感应加热线圈参数对被试件温度场的影响分析

针对感应线圈参数对感应加热温度场的影响问题,以ANSYS软件为工具,采用磁热耦合分析的方法,对不同参数水平条件下的电磁感应加热过程进行了有限元计算。运用仿真结果对比分析的方法,研究了感应线圈形状、与加热面间的距离、线圈铜管宽度以及铜管间距对感应加热温度场的影响规律。并以平板被试件为对象,设计了平板感应加热测温试验,对仿真结果进行了试验验证。研究结果表明,感应加热温度场高温区域的形状与线圈形状相似;线圈与加热面之间距离越小,加热温度幅值越大,但对温度分布基本无影响;铜管越细或铜管间距越小,加热最高温度越高,且高温区域向平板边缘移动。     

基于热循环曲线法的低合金高强钢对接接头焊接残余应力数值模拟

以Q345低合金高强钢对接接头为研究对象,建立热-冶金-力学耦合的三维有限元模型,在考虑相变情况下采用三维双椭球体热源模型对单道焊的焊接温度场进行数值模拟,再基于提取的热循环曲线(TCC)对该热源模型进行简化。分别采用三维双椭球体热源模型和基于TCC简化的热源模型对单道焊和多道焊对接接头的残余应力进行计算,并进行了试验验证。结果表明：根据温度场模拟得到的单焊道焊缝TCC与试验结果吻合良好,相对误差小于2.34%,验证了提取的TCC的准确性;采用三维双椭球体热源模型和基于TCC简化热源模型模拟得到的接头残余应力与试验结果吻合良好,其中单焊道接头纵向残余应力相对误差分别小于11.38%,4.34%,验证了2种模拟方法的准确性;与三维双椭球体热源模型相比,基于TCC简化热源模型的计算效率提高32%以上。     

半组合式曲轴感应加热过程的数值模拟

从麦克斯韦方程组和导热微分方程出发,导出了感应加热工件的电磁场、温度场分布基本方程;并以电磁场和温度场有限元分析为基础,建立了有限元分析模型.利用通用有限元软件ANSYS对大型半组合式船用曲轴红套感应加热过程进行仿真分析,得到了工件温度分布图,并通过实验进行了验证,为其红套工艺的制定提供了参考和依据.     

高频感应钎焊硬质合金刀具温度场分布规律

基于三维瞬态温度场理论模型进行高频感应钎焊硬质合金刀具三维瞬态温度场模拟分析,分别研究在快速加热、最大温度恒温加热和降温阶段的温度场分布规律。研究结果表明:在快速加热阶段,温度是由刀具感应面向内部进行传递,并且内、外层具有较大的温差;在最大温度恒温加热阶段,当感应加热到最大焊接温度690℃时,内部温度还没有达到预期的最大加热温度;在降温阶段,温度由刀具内部向外表面部传递,并且内、外层温差较大。研究结果为焊接硬质合金刀具残余热应力研究提供参考,为提高焊接式硬质合金刀具质量提供指导。     

齿根过渡圆弧对全齿槽成形磨削温度和残余应力影响的研究

在齿轮全齿槽成形磨削过程中,考虑相邻三个热源（齿底热源、过渡圆弧热源、齿廓热源）的耦合效应,建立了磨削温度场的三维有限元仿真模型,计算了全齿槽成形磨削温度,并在此基础上,采用基于热-结构耦合的有限元方法计算了磨削引起的残余应力,分析了磨削温度场和残余应力场的分布特征,以及齿根过渡圆弧的大小对磨削温度和磨削后齿根处残余应力分布的影响。结果表明,过渡圆弧半径对磨削温度的影响相对较小,但对齿根处残余应力的影响较大;与没有过渡圆弧的齿槽相比,当过渡圆弧半径超过2 mm时,磨削后齿根最大残余应力降低20%以上。实验测量结果与有限元仿真结果一致,证明了模拟结果的正确性。     

激光加热辅助铣削钛合金TC4的有限元分析

研究了在激光加热辅助条件下的钛合金铣削机理,采用高斯分布热源模型作为热流量载荷,并考虑了钛合金材料的Johnson-Cook本构模型和Johnson-Cook失效断裂准则。建立了在激光加热辅助条件下铣削过程的顺序热力耦合有限元分析模型,计算了工件温度场分布和工件表面应力等。通过分析对比仿真和实验结果,在可接受的误差范围内,验证了模型的准确性,证实了模型的可行性和有效性。     

高温自润滑材料电磁感应熔渗加热过程数值分析

为制备具有优良高温自润滑性能的材料,基于电磁感应加热特点的理论分析,对应用电磁感应加热方式,驱使润滑材料向烧结基体材料孔隙中熔渗的加热过程,建立了电磁场与温度场的耦合分析模型。采用多场耦合的有限元方法,对感应加热过程中的磁场和温度场进行了瞬态仿真,研究了不同的电流密度和频率对磁场和温度场分布的影响。结果表明,通过选择合适的电流密度与频率组合进行加热,可获得有利于润滑材料熔渗的加热温度与温度梯度场,从而有助于不同自润滑材料电磁感应熔渗工艺参数的选择。     

船用曲轴红套过程中线圈的结构改进及位置影响研究

针对曲轴感应加热后温度分布不均匀及形变不规则的问题,提出将电磁感应加热时的矩形线圈改为弧形线圈的方法。首先应用感应加热理论,建立了电磁场与温度场的数学模型;其次使用电磁-热-结构流程的顺序耦合法,对特定型号的船用曲轴进行电磁感应加热仿真,并与已有加热方式的仿真结果进行对比分析,同时考虑弧形线圈位置对曲柄内各场分布的影响;最后得到改进后曲柄孔周围温度差为12. 15℃,孔椭圆度为0. 29 mm,线圈与孔同心且半径为1 000mm时场分布最均匀的结论。通过对比改进加热线圈前后曲柄孔周围温度场与结构场的分布,证实电磁感应加热过程中曲柄孔周围变形不均的问题得到改善。     

聚晶金刚石复合片高频感应钎焊的试验研究

采用部分不等间隙接头设计方案和Ag Cu Zn Cd钎料 ,通过在空气中高频感应加热 (钎焊温度 6 90℃ ) ,成功实现了PCD复合片与 4 5钢刀杆的高强度焊接。根据钎焊试验结果 ,分析了钎料润湿性、钎焊温度、恒温保持时间和钎焊金属表面粗糙度对接头强度的影响     

基于热力耦合的磨削残余应力仿真与试验研究

基于淬硬轴承钢GCr15平面磨削试验,通过X射线衍射法对磨削表面残余应力进行测量。依据热弹塑性理论和Johnson-Cook塑性模型,建立了平面磨削有限元模型,研究了不同移动热源模型对磨削残余应力仿真结果的影响。结果表明,不同的热源模型对残余拉应力层的深度无显著影响,椭圆热源模型计算的残余应力与实验测量值最为吻合。     

航空铝合金高速铣削温度场的三维有限元模拟及试验研究

为研究航空铝合金7050-T7451高速铣削过程中的温度场分布规律,在对螺旋刃立铣加工过程传热学模型分析和简化的基础上,对航空铝合金7050-T7451高速铣削过程中工件—刀具接触面温度分布进行三维有限元模拟,并重点研究热源强度计算、热载荷施加等关键技术。在相同的切削条件下,进行铣削温度试验,且模拟结果与试验结果比较吻合。研究表明所建立的三维铣削温度有限元模型能正确地模拟高速铣削过程中的工件温度场分布。     

磨削淬火技术中温度场的理论研究

磨削淬火是利用磨削热对工件表面进行热处理,使工件表层发生马氏体相变,达到与表面强化处理一样的性能。本文采用倾斜移动热源模型对工件温度场进行了理论计算并与Jeager移动热源模型进行了比较;分析了各加工参数对工件表面最高温度的影响;利用实验研究验证了理论分析结果。研究结果表明,在磨削淬火技术中,采用倾斜移动热源模型,可提高磨削淬火技术温度场的预测精度。     

基于多场耦合的感应钎焊砂轮热变形分析

针对感应钎焊砂轮热变形问题，利用有限元分析方法对温度场、组织场及应力应变场三场耦合进行模拟，研究了扫描速度和钎焊温度对砂轮热变形的影响，并对组织场形貌进行了实验验证。结果表明：仿真得到的组织场结果与实验相符，冷却到室温下的组织为铁素体、珠光体及少量马氏体；扫描速度从0.25mm/s增大至2mm/s时，相变层厚度从4.3mm降低至2.6mm,残余应力从218MPa增大至657MPa,最大变形量从7μm增大到20μm;在相同扫描速度下，900℃～950℃范围内的最大变形量变化不明显。     

可调弧度感应加热装置的设计

钢管内壁滚涂衬塑是提高钢管防腐性能和使用寿命的重要手段之一.为适应不同直径钢管的感应加热需求,本文设计了一种可调弧度的感应加热装置,并进行了电磁场仿真、电磁-热耦合仿真和性能试验.利用Maxwell软件对两种不同绕制方式的感应器进行电磁场仿真分析,发现采用涡状绕制方式的感应器磁场分布更集中;并与ANSYS workbench软件进行电磁-热耦合仿真分析,仿真结果表明该装置能够满足钢管衬塑的加热要求.加热试验和粉末熔融试验表明:在电流为460 A,频率为8000 Hz时,加热装置能在10 s左右将钢管内壁加热至聚烯烃粉末熔融温度,且粉末熔融过程中不产生刺激性气体,塑料层成型良好,满足钢管衬塑加热要求.     

反应成型模具耦合温度场数值模拟与试验研究

研究模具加热系统耦合温度场问题。根据模具加热系统的传热机理,将加热系统分为外部可控温度场和内部固化反应温度场。提出将模具内部反应固化温度场,作为外加可控温度场内载荷的耦合温度场建模方法,并进行数值模拟。以团絮状聚酯模塑料(Bulk molding compound,BMC)固化成型模具为研究对象,进行温度场试验;采用误差敏度分析法,对外加可控温度场进行热源强度误差敏度分析,计算出误差最大位置,以此来提高模具加热系统的制造精度,降低试验误差;通过改进加热工艺,实施三段式加热,结合多通道比例积分微分(Proportion-integration-differentiation,PID)控制器控制技术,按给定曲线拟合升温;数值模拟与试验结果吻合较好,模具型腔温度场的均匀性达到行业标准要求。     

基于钎焊金刚石工具技术的高频感应加热研究

利用高频感应加热方式，在相同的加热功率、不同的钎焊时间下钎焊金刚石磨盘节块样品，对不同节块样品的钎料层和金刚石磨粒形貌进行观察，并结合对不同样品磨粒的剪切破坏力的测量，分析高频感应钎焊时间对金刚石工具钎焊质量的影响。结果发现在相同的真空度和加热功率的条件下，针对特定基体，必定存在一个最佳的钎焊时间。     

高精度热缩夹头温度场数值模拟

依据电磁场理论,建立了高速精密热缩夹头的温度场模型,利用有限元分析软件ANSYS进行了温度场数值模拟,对规格为φ16的热缩夹头进行了感应加热温度测鼍实验,实验数据与模拟分析有较好的吻合,为揭示高精度热缩央头感应加热规律、进行高精度热缩夹头的开发及其参数优化提供了理论依据.     

基于电磁-热-结构耦合的船用曲轴红套工艺仿真

船用曲轴的红套工艺过程多采用感应加热方式对曲拐进行加热.针对加热过程电磁-热-结构多场耦合问题的复杂性,以某型号船用曲轴为参考对象,对加热过程进行数值模拟分析.在研究曲轴材料随温度变化的非线性物理特性基础上,在电磁场-温度场-应力场的顺序耦合过程中,加入温度场对电磁场的双向耦合分析,分析温度场对电磁场的反馈作用;归纳感应加热过程的电磁场、温度场及应力场的分布规律;对比研究曲拐加热时矩形加热器的相对位置、加热时间对曲拐的温度场分布的影响,确定曲拐加热后满足红套孔椭圆度要求的电流密度、电流频率、矩形加热器相对位置及加热时间等设计参数,为科学制定红套工艺提供有效参考.     

高频感应淬火实现表面同时加热途径

正高频淬火加热方式有两种:第一种是同时加热淬火,即将工件需要淬火的表面同时加热,随后进行急剧的冷却;第二种是循序连续加热淬火,即用感应加热工件的一小部分表面,同时工件由上向下移动,使表面循序连续加热和冷却。进行多品种、小批量零件的生产时,不同材料可能需要使用不同的淬火冷却介质,故大多采用同时加热的淬火方式。若淬火表面积较大的零件,受设备功率等因素的限制,则考虑采用连续     

大型复杂框架结构焊接变形与应力控制仿真

针对大型复杂结构件有限元计算效率低下的问题,提出了分段移动温控体热源高效算法,并将该算法应用于挖掘机中框架非连续焊的分层逐项优化中,对分段移动温控体热源模型和逐点移动双椭球热源模型的计算效率进行了对比。结果表明,取对称焊与跳焊相结合的焊接方式所得到的焊接残余应力和角变形量最小,左右两侧立板处焊接残余应力峰值相较于原工艺方案,降幅率分别为38.46%和42.13%,降低效果显著;分段移动温控体热源模型与逐点移动双椭球热源模型模拟结果相比,两者得到的变形量变化趋势一致,计算精度相当,但前者计算效率显著要高。将模拟结果与测量结果进行对比,两者高度一致,验证了热源模型及优化工艺的准确性。