一种评估感应加热等效体热源模型的方法技术

本发明专利技术公开了一种评估感应加热等效体热源模型的方法，包括以下步骤：步骤一、通过一个局部而准确的耦合模型研究感生热源的分布特征；步骤二、根据得出的分布特征，得出一个等效体热源模型；步骤三、确定等效体热源模型与加热参数之间的关系；步骤四、将提出的模型应用于大型板材的热传导计算。本发明专利技术采用上述的一种评估感应加热等效体热源模型的方法，实现了感应加热等效体热源模型在工程应用中的推广，且能大幅减少计算时间，同时还能保持良好的工程精度。程精度。程精度。

【技术实现步骤摘要】
一种评估感应加热等效体热源模型的方法


[0001]本专利技术涉及热传导
，尤其是涉及一种评估感应加热等效体热源模型的方法。

技术介绍

[0002]在造船厂，感应加热被认为是一种优秀加热成形技术，可以解决板材成型中过度依赖工人经验的问题，如弯板成形和焊接后的矫形。感应加热的热传导物理过程可以通过磁
‑
热耦合模型进行精确计算。然而，这种方法由于在计算集肤深度时使用非常小的网格和空气区网格重新划分来模拟相对运动，所以非常耗时。
[0003]在过去的几年里，人们构建了一些等效热源来替代从磁
‑
热耦合法得到的感生热源。Luo等人提出了环形感应器的锯齿形热源。最大的热输入被认为是在环形感应器的内径和外径之间的区域。Bae等人提出了一个均匀的圆形表面热输入来研究船体板的弯曲。由于热传导率比热输入的移动速度要慢得多，所以整个过程中的热输入被假定为均匀。
[0004]Zhu和Luo从磁
‑
热耦合分析中得出一个简化的表面热源，以估计板材成型的热传导。基于这个热源和尺寸分析，确定了等效热源和五个加热参数之间的关系。Dong等人和Chang等人设计了一个表面热源来计算Q235钢板的静态感应加热。得到的结果与磁热耦合模型的结果一致，而且所需的计算时间从6.7分钟减少到3.7分钟。值得注意的是，上述热源均是二维模型。在理论上，三维空间模型更贴近实际感生热源。
[0005]Ueda等人在假设加热面的热输入为梯形、厚度方向分布为2mm的情况下，提出了双回路感应器的空间热输入。Osawa等人和Tango等人提出了一种建立环形感应器的空间热源的方法。用环境温度下的电流密度分布和与平均温度的变化系数来表示感应线加热的热源。Zhang等人提出了双回路感应器的梯形空间热源。热源沿板厚方向的分布被假定为热集肤深度。
[0006]然而，由于感生热源的分布特征比较复杂，现有的等效体热源（EVHS）模型主要基于经验假设，难以在工程应用中推广。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种评估感应加热等效体热源模型的方法，提出的感应加热等效体热源模型可以适用于工程应用中，且能减少计算时间，同时能保持良好的工程精度。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了一种评估感应加热等效体热源模型的方法，包括以下步骤：步骤一、通过一个局部而准确的耦合模型研究感生热源的分布特征；步骤二、根据得出的分布特征，得出一个等效体热源模型；步骤三、确定等效体热源模型与加热参数之间的关系；步骤四、将提出的模型应用于大型板材的热传导计算。
[0009]优选的，所述步骤一中的耦合模型包括磁
‑
热耦合模型和局部耦合模型，所述局部
耦合模型通过通用有限元分析软件建立，方法为：在网格划分中，在集肤深度层中生成3层网格，局部耦合模型共生成186030个网格和739464个节点，其中板材的尺寸为250
×
250
×
6mm，板块的网格为110000。
[0010]优选的，在直线型感应器中所述磁
‑
热耦合模型初步分析得出感生热源HG，在半无限模型中，HG在板厚的分布服从：；在厚度方向的感生热源遵循初始状态下的功率衰减方程，HG满足以下条件：，其中q
surf
(x,y)是HG在加热表面上的分布，q
v
(x,y,z)是HG在整个工件上的空间分布，δ为集肤深度，z为z轴上的坐标数值；沿直线Y=0时，q
surf
(x,y)分解为：，其中，q
surf,x=0
(y)是HG沿线X=0的函数，r
x
是X方向的有效半径，x为x轴上的坐标数值；沿线X=0，q
surf,x=0
(y)的HG的函数被拟合为：，其中，q
surf,max
=q
surf,x=0
(0)是表面HG的最大值；r
y
是Y方向的有效半径，y是y轴上的坐标数值；HG在表面的分布表示为：。
[0011]优选的，所述步骤二中的等效体热源模型的计算公式为：。
[0012]优选的，所述步骤三中感生热源的影响因素为电流I、板厚h、感应器和工件之间的气隙a、频率f、磁导率μ和电阻率ρ，等效体热源模型主要由q
surf,max
、r
x
、r
y
和δ决定，其中频率f、磁导率μ和电阻率ρ对等效体热源的影响通过集肤深度δ来表达，δ的计算公式为。
[0013]优选的，所述步骤四中对等效体热源模型进行精确性和高效性的验证。
[0014]因此，本专利技术采用上述一种评估感应加热等效体热源模型的方法，具有以下技术效果：
(1)通过第一步的局部耦合分析，研究了感生热源的分布特征。研究表明，实际模型中沿厚度方向的热源遵循功率衰减方程，一般认为该方程只适用于理想的半无限模型。这一观察结果量化了板厚中的感生热源HG分布特征，可以大大便利建立等效体热源（EVHS）模型。
[0015](2)基于感生热源的分布特征，提出了一个等效体积热源模型。该模型的所有关键参数都可以轻易得到。
[0016](3)确定了EVHS模型和感应加热参数之间的关系，通过给定的加热参数快速建立EVHS模型。此外，板厚对EVHS的影响不大，而电流和气隙对EVHS的两个有效半径略有影响。
[0017](4)应用EVHS模型对大型板材进行了热分析。所提出的EVHS模型的热分析结果与实验结果对应良好。与耦合模型相比，提出的模型可以大幅减少计算时间。
[0018](5)确定提出的EVHS模型的方法也可以扩展到其他类型的感应器。
[0019]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0020]图1是本专利技术一种评估感应加热等效体热源模型的方法实施例的磁
‑
热耦合法的流程图；图2是本专利技术一种评估感应加热等效体热源模型的方法实施例的一个局部而准确的模型；图3是本专利技术一种评估感应加热等效体热源模型的方法实施例的工件的材料特性；图4是本专利技术一种评估感应加热等效体热源模型的方法实施例的各厚度网格层X和Y坐标相同的点的感生热源分布图；图5是本专利技术一种评估感应加热等效体热源模型的方法实施例的沿线Y=0产生的热生成曲线和沿线X=0产生的热生成曲线；图6是本专利技术一种评估感应加热等效体热源模型的方法实施例的板厚对等效体热源模型的影响曲线；图7是本专利技术一种评估感应加热等效体热源模型的方法实施例的I、a对q
surf,max
的影响曲线；图8是本专利技术一种评估感应加热等效体热源模型的方法实施例的I、a对r
x
、r
y
的影响曲线；图9是本专利技术一种评估感应加热等效体热源模型的方法实施例的耦合模型在测量点的温度历史的比较曲线图和等效体热源模型在测量点的温度历史的比较曲线图。
具体实施方式...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种评估感应加热等效体热源模型的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、通过一个局部而准确的耦合模型研究感生热源的分布特征；步骤二、根据得出的分布特征，得出一个等效体热源模型；步骤三、确定等效体热源模型与加热参数之间的关系；步骤四、将提出的模型应用于大型板材的热传导计算。2.根据权利要求1所述的一种评估感应加热等效体热源模型的方法，其特征在于：所述步骤一中的耦合模型包括磁
‑
热耦合模型和局部耦合模型，所述局部耦合模型通过通用有限元分析软件建立，方法为：在网格划分中，在集肤深度层中生成3层网格，局部耦合模型共生成186030个网格和739464个节点，其中板材的尺寸为250
×
250
×
6mm，板块的网格为110000。3.根据权利要求2所述的一种评估感应加热等效体热源模型的方法，其特征在于：在直线型感应器中所述磁
‑
热耦合模型初步分析得出感生热源HG，在半无限模型中，HG在板厚的分布服从：；在厚度方向的感生热源遵循初始状态下的功率衰减方程，HG满足以下条件：，其中q
surf
(x,y)是HG在加热表面上的分布，q
v
(x,y,z)是HG在整个工件上的空间分布，δ为集肤深度，z为z轴上的坐标数值；沿直线Y=0时，q

【专利技术属性】
技术研发人员：朱叶，左锦荣，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：