钢轨全断面在线感应加热温度场数值模拟

利用有限元软件ANSYS,对钢轨全断面在线感应加热时的温度场进行数值模拟,分析了在线感应加热过程中钢轨内部温度的变化规律.通过实验与模拟结果对比发现,温度场的模拟结果与实验结果吻合度很好,对后续的工艺和设备的优化起到了一定的指导意义.     

半固态铝合金感应加热工艺参数的模拟研究

应用改进的ANSYS软件对ZL101铝合金试样在各种不同工艺参数下（如保温时间、电流密度、频率、试样形状等）的感应加热温度及温度均匀性进行了模拟。实验发现加热毕后停留时间、线圈的电流密度、试样形状等对模拟结果有很大影响。同时在相同加热参数条件下，对模拟所得结果与感应加热的实测数据进行了比较，结果两者较为吻合，表明计算机模拟是成功的。     

A356铝合金半固态重熔温度场的有限元模拟

对A356铝合金非树枝晶坯料在不同感应加热条件下的温度场进行了有限元模拟。发现频率，保温时间及试样尺寸等均对温度场有明显的影响。实验得出铝合金半固态感应加热时最好采用中频（640－1000Hz。应用有限元法对尺寸不同的铝合金试样的实际感应加热温度及其分布进行模拟，结果与实测结果吻合较理想。     

电源频率对感应加热过程影响的模拟试验及验证

运用有限元分析软件Deform对钢管的感应加热建立有限元模型,针对不同频率下的感应加热过程进行了模拟,分析了频率对感应加热影响,对感应加热过程中钢管内外表面的温差变化及加热效率进行了计算与比较,总结了设计中频率选择的规律。并通过钢管的加热试验,验证了模拟结果与试验结果一致。     

铝合金半固态感应加热的计算机模拟

根据实际条件确定了感应加热线圈的计算结构和材料的有关参数, 应用改进的商业ANSYS软件, 采用一维轴对称模型对铝合金中频感应加热温度及其分布进行了模拟. 结果表明, 在大功率和小功率的加热条件下, 模拟结果与实测结果均相当吻合.     

球扁钢感应加热温度场模拟与工艺优化

球扁钢采用电磁感应加热技术实现在线淬火热处理。感应加热过程中球头与腹板存在较大温差,导致淬火后性能不均匀。借助数值模拟方法建立感应加热过程有限元模型,获得不同时刻球扁钢断面温度场分布。进一步采用二位控温法进行感应加热工艺优化,并借助有限元模型进行参数的设计和优化。模拟结果显示腹板与球头温度差由优化前的100℃左右,减少到优化后的少于30℃。采用新工艺进行实验,实验结果与模拟结果比较两者相差较小,验证了模型的准确性和新工艺的可行性。为实现球扁钢感应加热工艺快速选择和优化提供了可靠的数学模型。     

铁磁性材料感应加热过程的数值分析

基于以磁场强度和温度为变量的非线性材料物理性能模型,利用有限元软件Flux对铁磁性圆棒料的感应加热过程进行了数值分析,研究加热过程中温度、磁场强度的变化规律及对材料性能参数的影响。同时,搭建了感应加热实验研究平台,测得圆棒料若干点的表面温度和电源输出的有功功率曲线,与计算结果进行了对比分析,结果表明,模拟结果和实验测量数据十分吻合。验证了数值分析中所采用的材料物理性能模型的准确性,为今后铁磁性材料感应加热系统的设计提供了理论依据和实验基础。     

电源频率对钢管感应加热过程影响的模拟试验及验证

运用有限元分析软件Deform对钢管的感应加热建立有限元模型,针对不同电源频率下的感应加热过程进行了模拟,分析了频率对感应加热影响,对感应加热过程中钢管内外表面的温差变化及加热效率进行了计算与比较,总结了设计中频率选择的规律。并通过钢管的加热试验,验证了模拟结果与试验结果一致。     

大口径挤压三通差温制坯新技术研究

为解决目前大口径热挤压三通生产过程中初始管坯加热时间长、能源浪费严重等问题,根据超音频感应加热设备的特点,提出了利用“梨”形铜线圈对管坯局部进行感应加热的方法.实验结果表明,该方法可有效快速地为压包工序提供具有特殊温度场要求的管坯,同时实现了管坯局部感应加热过程在模拟软件中的模拟仿真,为后续的大型三通热挤压工艺有限元研究奠定了基础.     

基于感应加热的中碳钢温度控制实验与模拟研究

为了实现金属的快速加热和保温,以实现快速局部等温成形工艺,基于中频感应加热技术,研究了金属的局部快速升温和保温过程的加热制度。以45钢棒料为例,进行了多次感应加热实验,采用多段加热,通过调整不同阶段的加热功率和加热时间,使试样温度快速上升到指定温度并保温,从而得到了使试样局部快速升温并保温的感应加热工艺。为了验证加热过程中试样的温度分布均匀性,利用MSC. Marc有限元软件对该工艺进行模拟,结果表明:模拟与测试结果一致,且通过该工艺得到的试样局部温度分布均匀,因而此快速加热方法可用于中小零件的局部等温成形。     

厚壁筒形工件连续感应热处理有限元模拟

对麦克斯威方程组和导热微分方程进行分解化简 ,得到计算无限长轴对称工件的电磁场、感生涡流和温度场分布的基本方程。基于这些方程在ANSYS软件上实现了对厚壁筒形工件连续感应热处理的计算机模拟计算。计算了加热、淬火和回火等热处理过程中 ,工件温度变化和加热功率变化 ,预测工件淬火冷却时的组织转变 ,计算中考虑了工件材料物理参数随温度变化对加热过程的影响。通过模拟计算 ,实现了对连续感应热处理工艺的优化分析 ,而且找到了一种对连续感应热处理设备结构设计和工艺参数配置优化的方法     

Temperature field analysis of main steam pipe under local post weld heat treatment

In local post weld heat treatment, the temperature difference is the criterion of the process. The temperature field in the main stream pipe under heal post weld heat treatment is simulated by finite element method. A close-loop control program-is designed to simulate the temperature field of two different pipes. Both the skin effect of induction heating and electro-thermal coupled effect are considered in the heating model. The local heat treatment temperature difference at the inner and outer side of the pipe is analyzed and the different convection conditions are also considered. The simulation results show that in appropriate induction heating process, the temperature difference in the pipe can be controlled within 30 ℃.     

Unique Computer Modeling Approaches for Simulation of Induction Heating and Heat-Treating Processes

In the last decade, when discussing subjects related to a computer modeling of induction heating and heat treating, the word “usefulness” has been replaced by the word “necessity.” Modern computer simulation is capable of effectively simulating electromagnetic and thermal phenomena for many processes, including those that involve electromagnetic induction. This article discusses the state-of-the-art computer simulation of induction heating and heat treating providing answers to following questions: Why finite element analysis is not always the best tool for computer modeling of some induction heating applications? What are the limitations of generalized all-purpose commercial programs? What are the crucial tips that executives must know regarding computer modeling of induction heating? Several case studies will be reviewed in this article as well.     

Development and application of computer simulation code COSMAP on induction heat treatment process

Abstract

Induction heating reduces energy consumption, contributes to the protection of the environment, and improves productivity. This paper describes the development and application of computer simulation of induction heat treatment considered with coupling of temperature field and magnetic field. In this paper, the developed simulation code COSMAP is introduced as a CAE software system for considering the design of induction heat treatment process. It covers all aspects of heat treatment simulation, from magnetic and electrical to thermal states, phase transformation, residual stresses including as well all metallurgical phenomena.     

Finite-element simulation of induction heat treatment

An efficient finite-element procedure has been developed for the analysis of induction heat treatment problems involving nonisothermal phase changes. The finite-element procedure first simulates the magnetic field developed when currents flow through an induction coil by solving Maxwell’s electromagnetic field equations; at the following step, it calculates the temperature distribution in the workpiece due to eddy currents induced by the magnetic field. The final stage of the simulation involves the determination of the distributions of residual stress, hardness, and microstructure in the workpiece. The finite-element analysis includes temperature-dependent material properties, changes in permeability of the workpiece at the Curie temperature, a mixed hardening rule to describe the material constitutive model, and the incorporation of time-temperature-transformation (TTT) diagram. The procedure was applied to the simulation of the induction hardening of 1080 steel bar. Firstly, the magnetic field and temperatures developed in the workpiece during (a) the induction heating of an infinitely long 1080 steel cylinder by a single encircling coil and (b) the induction heating of a semi-infinite half-space by a single coil suspended above it were calculated using the finite-element procedures. These were validated by comparing them with analytical solutions derived for these configurations using a Green’s function method. Finally, to demonstrate the predictive capability and practical applicability of the current finite-element procedure, two examples pertaining to the induction heat treatment of an infinite 1080 steel bar of square cross section and a notched finite 1080 steel cylinder of circular cross section were analyzed to predict the magnetic field, temperature, and residual stress distributions. The current finite-element procedure could be used as a powerful design tool for linking induction heat treating parameters with the mechanical property attributes of the heat treated component.     

连续运动薄板横向磁通感应加热耦合场分析新方法

通过沿薄板运动反方向以单元格的形式平移薄板中的热源来取代薄板的连续运动，使得温度场的每次计算可以采用相同的热源分布，无需重新计算涡流场，大大减少了横向磁通感应加热耦合场数值仿真的时间。利用有限元数值计算结果作为神经网络的训练样本，分别建立了横向磁通感应加热装置出口处平均温度及其平均相对误差的预测模型。检验样本的结果表明所训练的神经网络具有很高的准确性。利用神经网络分析了频率和电流对平均温度及其平均相对误差的影响，并应用模拟退火法对频率和电流进行了优化以获得给定温度下的最小平均相对误差。     

有色金属轧机工作辊感应淬火过程数值模拟分析

对有色金属轧机工作辊感应淬火过程进行了数值模拟分析,通过模型简化,将复杂感应淬火过程转化为普通热交换过程。研究了不同加热层深度及线圈移动速率对工作辊淬火层深度、温度场、淬火后组织的影响,对大型有色金属轧机工作辊感应淬火过程参数设定具有指导意义。     

热处理数值模拟与远程服务

扼要归纳了上海交通大学在热处理计算机模拟研究中的一些体会。数值模拟技术在渗碳（或渗氮）中的应用，已能处理将工艺参数（温度、气体成分、传递系数、扩散系数等）作为时间函数的复杂的非线性问题，更加接近生产实际情况，同时考虑了形状因素的影响。以其为核心开发气体渗碳CAD软件，并与实时控制直接结合形成的智能化渗碳技术，已取得良好实用效果；淬冷过程的数值模拟应用瞬态温度场－相变－应力场相互耦合的非线性三维有限元模型，实现了复杂形状工件、复杂淬冷操作的模拟，并完成了生产试验验证，初步应用于生产。在总结过去的工作和结合国内外相关工作的基础上，本文指出，目前热处理模拟技术正逐步进入实用化阶段，并使热处理远程服务成为可能。热处理远程服务是借助因特网将服务中心与用户连接起来的不受地域限制的技术服务方式，可以进行即时的自助的技术服务，它将改变热处理传统技术服务方式，优化热处理技术资源配置，改变热处理技术人员的工作方法，使其能更多地在服务中心提供的虚拟环境中进行创造性思维和工作。     

台阶轴连续感应淬火组织硬度分布预测及其工艺优化

建立了S45C钢台阶轴连续感应淬火过程的分区模拟模型,加载相应的物性和工艺参数,采用感应加热结束时刻轴径向温度分布、Maynier模型、Carsi修正模型和钢CCT曲线拟合预测其淬硬层深度分布,通过联动分析各方法的模拟结果优化了连续感应淬火工艺参数。结果表明,感应淬硬层中关键点b的100%、50%和0%马氏体的模拟深度分别为1.31、1.49和2.97 mm,误差分别为-12.67%、-13.87%和-1.00%,关键点e分别为1.44、2.02、2.54 mm,误差分别为-4.00%、-3.38%和-18.06%,与试验结果较吻合。通过感应淬火工艺参数改变和物理模型调整等探讨了零件各点处的轴径淬硬层变化,给出拟优化的感应淬火工艺参数。初步探讨了换热系数h变化对感应淬硬层的影响。     

双回路线圈连续移动感应加热的数值分析

采用有限元数值计算方法,以带导磁体的双回路线圈为热源,建立电磁场与温度场双向耦合的连续移动感应加热模型,研究模具整形面和刃口在双回路线圈感应加热时的温度分布。结果表明,使用双回路线圈连续移动感应淬火可以得到稳定的模具淬火温度;模具整形面淬火时,集肤深度内热量主要来自感应涡流产生的焦耳热,温升曲线表现为带预热的双峰曲线,集肤深度外热量主要来自高温区的热传导,温升曲线表现为单峰曲线;模具刃口淬火时,有比较明显的尖角效应,温升曲线表现为单峰曲线。