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.     

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。     

基于简化热源的金刚石磨粒高频感应连续钎焊温度场仿真研究

针对高频感应连续钎焊温度场有限元仿真多场耦合计算复杂、效率低的问题,提出一种基于高斯分布的高频感应钎焊简化热源模型代替复杂的耦合计算,该模型的参数与感应器结构尺寸以及加热率密切相关。通过与传统电磁场—温度场耦合模型以及试验结果进行对比发现：相对于电磁场—温度场耦合模型,简化热源模型的网格数量和运算时间分别减少26.4%和44.6%,两者的计算结果误差最大为8.02%,而电磁场—温度场耦合模型获得的温度分布和加热曲线更接近试验测试结果;基于简化热源模型的高频感应连续钎焊温度场仿真结果与试验值之间的误差为10.1%,表明该模型能较好地预测移动感应加热的温度;移动感应钎焊仿真结果显示,扫描速度对工件残余应力的影响比较显著,而钎焊温度对工件残余应力的影响不明显。     

非均匀磁场环境下坯料感应加热模拟技术研究

在总结感应加热常规数值模拟方法的基础上,分析了线圈端部磁力线逸散对磁场分布的影响以及线圈在空载及满载情况下的磁场分布差异,提出了按二维问题进行非均匀磁场环境下感应加热数值模拟分析的必要性.通过多工位建模的方法实现了坯料在线圈中的运动,解决了二维感应加热数值模拟时坯料在不同工位上的温度场数据传递的难题.提出了按不同温度范围选用辐射系数的方法.感应加热实际工况的数值模拟结果表明,按二维问题得到的坯料温升过程比一维方法更加符合实际状况.     

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。     

中频感应加热器在机械装拆中的运用

介绍了中频感应加热器的原理、结构和系统组成,并用Ansys有限元分析软件的磁一热耦合分析功能,对中频感应器加热进行了计算机数值模拟分析,用顺序耦合的方法计算了热磁耦合作用下的温度场分布。系统利用单片机的优良控制功能,实现了对所需加热工件进行时间或温度的自动控制。     

轴承感应拆装器的计算机仿真研究

通过Matlab及ANSYS有限元分析软件,对所设计的轴承内环感应拆装器进行了计算机仿真研究.通过对感应加热过程中拆装器内的电磁场的计算机模拟,得出了磁场的分布规律,证明了涡流集肤效应的存在,方便了感应加热装置的设计.     

摩擦焊接过程的热力耦合有限元分析

采用热力耦合有限元分析方法,综合考虑摩擦焊接过程中不同的产热机制、随温度变化的材料性能、飞边形成及摩擦系数随速度、温度、压力的变化规律,直接由焊件材料的性能参数及设定的焊接规范参数(轴向压力与转速随时间的变化曲线)对焊接全过程的焊接参数(摩擦转矩、轴向缩短量及平均温度)、物理参量场(温度场、应力场、变形场)及焊合区金属晶粒尺寸的变化规律进行了数值模拟,得到了焊接过程中摩擦表面上切应力、加热功率、温度及轴向压应力的分布及变化规律,实现了对焊合区金属晶粒尺寸的数值模拟。     

钟罩式感应炉的结构设计及温度场有限元分析

文中根据感应炉的特点,设计了一种新型钟罩式感应加热炉。为了获取炉膛温度的分布情况,对炉膛的温度场进行了有限元分析,模拟了不同加热载荷下,不同升温时间下的温度场分布情况。分析结果表明理论温度从炉膛边缘向中心呈现递减变化,为实际感应炉的设计和工艺安排提供了指导。     

神经元网络反演LY2铝合金焊接过程热导率

结合数值模拟与温度测量,通过神经元网络,反演了LY2铝合金焊接过程热导率随温度变化情况。对热导率分段线性化后,在稳定状态下热导率数据的±20%范围内,将热导率分段线性值同时变化1%时的数据分为一组,利用有限元模型,计算对应每组热导率数据的焊接温度场;以温度为输入,热导率为输出,代入神经元网络进行训练,直至收敛,将实测温度代入训练好的网络,网络输出即为反演的热导率数值。分别对焊接加热和冷却两个过程的热导率进行了反演,结果表明,温度变化方向对铝合金热导率的影响是显著的,即热导率会随材料的加热或者冷却,出现不同程度的“滞后”现象。     

模拟－测量结合反演焊接条件下材料热导率

联合数值模拟与温度场测量手段,反演了LY2铝合金焊接过程的热导率数据。将热导率数据分段线性化后,采用稳态下的低温数据及外推的高温数据作为初值,将其代入有限元模型中,模拟出焊接过程的温度场。使用热电偶测量了实际情况下的温度场,并计算温度模拟与测量之间的误差。应用遗传算法,计算出了不断改变热导率初值时温度模拟与试验间误差的最小值,此时对应的热导率数值即为所求。计算结果表明,热导率随温度变化速度的不同,出现不同的滞后现象。在此基础上,给出了焊接条件下热传导材料系数随温度及温度变化速度之间关系的模型。     

技术文摘专栏

导热油加热大型胶带硫化机热板温度场有限元分析 【摘要】：应用ANSYS有限元分析软件．以导热油为加热载体,对大型胶带硫化机热板瞬态温度场进行分析,得到热板温度场的分布状态及热板的温度随时间的变化情况。同时与蒸汽加热进行对比研究,从理论上证明了导热油加热大型胶带硫化机具有高效节能的优点．     

曲轴红套感应加热的数值仿真

为了将感应加热技术应用于曲轴红套工艺中,建议在曲臂孔内侧布置一个圆形线圈的同时,在位于曲臂孔与曲柄销之间的曲臂外围再布置一个矩形线圈,通过建立曲臂感应加热有限元分析模型,利用ANSYS软件对不同线圈参数条件下曲臂在感应加热过程中的温度场分布情况进行了数值仿真研究,结果表明,通过调整感应线圈电流密度、交变频率等工艺参数,可以确保曲臂孔四周温度分布均匀,进而满足曲轴红套工艺质量的要求。此外,还对感应加热的影响因素进行了探讨。     

薄板T型接头TIG焊温度场的研究

运用大型有限元分析软件ABAQUS,建立了适当的模型对薄板T型TIG焊接接头的温度场进行了数值模拟。模拟中考虑了随温度变化的材料性能,考虑了模型的对流和辐射换热以及潜热的影响。采用热电偶测量了典型位置的温度场以验证模拟结果,结果表明,建立的模型能较准确地模拟薄板TIG焊的温度场。     

重轨淬火感应加热过程数值模拟

根据电磁感应理论和热传导基本理论,建立了重轨淬火感应加热过程的有限元数值模型。对重轨横截面上涡流透入深度的变化进行了分析,并对计算得的加热结束后温度分布情况与实际数据进行对比,具有较好的一致性。利用该模型可以对重轨感应淬火工艺的研究提供重要参考依据。     

B1500HS钢加热及空冷过程温度场模拟研究

采用数值模拟与试验测定相结合的方法,对不同尺寸热冲压超高强钢B1500HS薄板在加热和空冷过程中的温度变化规律进行了研究。通过试验测定,确定了不同尺寸薄板在加热过程中的升温速率和空冷过程中降温速率的影响规律;借助ABAQUS有限元模拟软件,根据试验测定结果,获得了较准确的坯料加热和空冷过程综合换热系数,建立起坯料加热及空冷过程数值模拟模型,同时分析坯料空冷过程中温度场分布规律;为汽车B柱热冲压工艺的合理制定提供理论依据。     

高弹联轴器橡胶件的三维瞬态温度场分析

高弹联轴器橡胶件的温度分布将影响其自身寿命和轴系运行的可靠性。结合传热学和有限元解耦理论,分析得到动态扭转载荷作用下橡胶件的温度场分布变化过程和温度变化曲线。开展动态热机械分析,根据得到的损耗因子随温度的变化关系在温度场计算中进行损耗分析迭代。利用扭转振动试验台开展了橡胶件温度分布测试试验,对比了将损耗因子作为定值和考虑损耗因子温度相关性的两种计算方法与实测数值的误差,验证了有限元数值模拟方法的有效性。研究表明,考虑损耗因子温度相关性的计算方法计算精度更高,进一步分析可得到高弹联轴器的许用扰动转矩,为联轴器以及轴系的性能监测和高弹联轴器的设计优化提供理论依据。     

运用Deform数值模拟的钢锭加热规范的制定

钢锭的加热是大锻件生产的一个重要环节,加热规范的制定长期以来只能依靠经验公式。随着有限元技术的发展,数值模拟技术越来越多地运用于生产实际。借助于有限元软件Deform-3D对八角形钢锭的加热过程进行数值模拟,获得了钢锭加热过程的温度场和应力场。结果表明:钢锭表面与心部温差将出现两次峰值;钢锭内部应力以心部轴向应力为最大,且在整个过程中会出现两次应力峰值。通过正交试验方法探讨了相变期保温温度、相变期保温时间、温度头等对加热总时间的影响规律,得到了最优的钢锭加热规范。