【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于整體感應加熱仿真，具體涉及一種軋輥整體感應加熱溫度場磁熱雙向耦合的離散化仿真方法。
技術介紹
1、整體感應熱處理技術作為大型鍛鋼軋輥制造過程中的關鍵核心工藝，具有節能、高效和便于自動化等一系列優點。它的加熱效果受到多種參數因素的影響，當電源的參數、感應加熱線圈的截面形狀和長度等參數不同時，會直接影響軋輥的加熱效率和整體溫度。
2、為了研究感應加熱中不同參數對加熱效果的影響，優化相關參數，指導實際軋輥感應加熱工藝。軋輥感應加熱的有限元數仿真分析很有必要，不僅可以替代現場模擬輥感應加熱試驗來優化相關的參數，達到減少成本節約能源的目的；同時可通過仿真提前獲知在特定工藝條件下加熱后軋輥的溫度變化及溫度分布情況，進一步可指導軋輥感應加熱后組織狀態及工藝合理性評估。
3、目前多種有限元軟件可實現對軋輥整體感應加熱的有限元仿真，但現有的軋輥整體感應加熱仿真大都在固定頻率電流或電壓輸入條件下進行穩態加熱仿真。對于實際整體感應加熱工藝在電流幅值和頻率隨時間實時連續變化條件下，加熱過程中被加熱軋輥材料的物理性能隨溫度變化，反過來又影響電磁感應和加熱特性的磁熱雙向耦合問題，現有方法難以完整的仿真實際軋輥的整體感應加熱。即使采用部分軟件中的電磁模塊和熱模塊聯合仿真，又會引起計算量及計算結果文件呈幾何級數的增加，導致實際應用中無法真正應用的結果。針對現有軟件在軋輥整體感應加熱磁熱雙向耦合仿真中存在的致命問題及現場生產中對借助仿真手段進行工藝仿真和優化的迫切需求。
技術實現思路>
1、針對現有仿真軟件在軋輥整體感應加熱有限元仿真計算中，當加載隨時間變化的輸入電流時加熱引起材料物理性能變化，無法實現下一時刻迭代考慮物理性能變化開展磁熱雙向耦合計算的問題，本專利技術提供了一種軋輥整體感應加熱磁熱雙向耦合的離散化仿真方法。
2、為了達到上述目的，本專利技術采用了下列技術方案：
3、一種軋輥整體感應加熱溫度場磁熱雙向耦合的離散化仿真方法，在對軋輥整體感應加熱的有限元仿真中，將時間離散化，同時將加熱溫度離散化為連續區間，然后以離散化后溫度區間內的電磁和熱物性參數作為對應溫度區間的電磁和熱物性參數，在電磁模塊和熱模塊對應加熱溫度區間調取作為模型對應時間的輸入參數，完成軋輥整體感應加熱仿真中，對材料物性參數隨加熱溫度變化的磁熱雙向耦合。具體包括以下步驟：
4、步驟1，軋輥整體感應加熱溫度場有限元仿真模擬輸入電流參數離散化；
5、步驟2，軋輥整體感應加熱溫度場有限元仿真磁熱參數離散化處理；
6、步驟3，軋輥整體感應加熱溫度場有限元仿真計算步長設置；
7、步驟4，軋輥整體感應加熱溫度場有限元仿真電磁模塊仿真模型建立；
8、步驟5，軋輥整體感應加熱溫度場仿真電磁感應歐姆損耗及電磁場計算；
9、步驟6，軋輥整體感應加熱溫度場仿真熱模塊計算。
10、進一步，所述步驟1軋輥整體感應加熱溫度場有限元仿真模擬輸入電流參數離散化的具體方法是：
11、根據現場擬定的工藝流程和實際工藝流程對應的加熱過程中擬定的溫升情況、工藝實施擬采用的整體感應加熱爐參數和待加熱軋輥參數，確定軋輥初始溫度狀態、輸入電流參數隨時間的變化曲線以及預期溫度隨時間的變化曲線；對輸入電流進行離散化處理。
12、進一步，所述對輸入電流進行離散化處理，具體包括以下步驟：
13、首先，根據擬定工藝條件下軋輥的溫升范圍和材料電磁感應參數 b- h曲線隨溫度變化的特征，將溫度進行離散化，對整個溫升范圍劃分為若干個溫度區間；
14、然后，根據擬定工藝條件下的預期溫升曲線，確定達到某一溫度區間的加熱時間區間以及對應于加熱時間區間的電流參數變化區間，再將對應時間區間內每60?s作為一個子區間，每個子區間輸入4個周期的正弦交流電參數，依此確定每個溫度區間對應的加熱時間區間的離散化電流參數，最終確定整個加熱過程仿真中模型電流的輸入。
15、進一步，所述步驟2軋輥整體感應加熱溫度場有限元仿真磁熱參數離散化處理的具體方法是：
16、基于擬定工藝條件下預期溫升確定及劃分的溫度區間，以劃分的溫度區間的中值溫度作為基準溫度，測試獲取待加熱軋輥材料在不同溫度區間中值溫度條件下的電磁特性 b- h曲線、相對磁導率和熱物性參數。
17、進一步，所述步驟3軋輥整體感應加熱溫度場有限元仿真計算步長具體設置是：
18、根據確定達到某一溫度區間的加熱時間區間以及對應于加熱時間區間的電流參數變化區間，在等長的子區間內每隔60?s輸入的4個周期的正弦電流采用0.0001?s的小步長，在每間隔60?s的時間段采用20?s的大步長。
19、進一步，所述步驟4軋輥整體感應加熱溫度場有限元仿真電磁模塊仿真模型建立的具體方法是：
20、結合軋輥整體感應加熱爐的結構特征、軋輥結構特征以及加熱流程，將模型簡化為二維軸對稱模型，在ansys電磁仿真模塊中建立包含感應加熱器線圈和聚磁硅鋼片、軋輥截面的二維軸對稱幾何模型；
21、按照基于溫升范圍劃分的溫度區間，將軋輥整體感應加熱工藝流程在電磁模塊的仿真模型計算流程劃分為對溫度區間數量對應的工況；同時在熱模塊中建立與電磁模塊中完全對應的軋輥軸對稱二維模型，將熱模塊中的加熱仿真時間步按溫升區間對應的時間區間起始時刻劃分為與電磁模塊中工況對應的分析步。
22、對于每一個工況進行模型的材料設置，特別軋輥材料調用所屬工況溫度下的 b-h曲線，再對每個模型進行網格劃分。
23、進一步，所述步驟5軋輥整體感應加熱溫度場仿真電磁感應歐姆損耗及電磁場計算的具體方法是：
24、在ansys電磁模塊的maxwell?2d模塊的瞬態求解器中建立軋輥整體電磁感應加熱不同的工況，針對不同溫度和時間區間的工況建立與之對應的加熱時間區間、加熱時間區間內對應的電流參數和計算步長；
25、其中電流和計算步長以excel表格的方式調取輸入，在電磁模塊每個工況的dataset中保存按時間區間劃分好的電流和計算步長的excel表格數據，方便后續計算損耗時的調用；
26、最后設置每個工況不同的計算時間和存儲步長，進行歐姆損耗的計算和結果的儲存；
27、進一步，所述步驟6軋輥整體感應加熱溫度場仿真熱模塊計算的具體方法是：
28、在ansys熱模塊中建立與電磁模塊中完全相同的軋輥二維軸對稱模型，并選擇求解器類型為瞬態熱求解器；在分析步按不同溫度區間對應的加熱時長劃分為對應個數的分析步，每個分析步的起始時間與溫度區間對應的時間區間的起始值保持對應；
29、然后再在transientthermal中設置軋輥的密本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種軋輥整體感應加熱溫度場磁熱雙向耦合的離散化仿真方法，其特征在于：在對軋輥整體感應加熱的有限元仿真中，將時間離散化，同時將加熱溫度離散化為連續區間，然后以離散化后溫度區間內的電磁和熱物性參數作為對應溫度區間的電磁和熱物性參數，在電磁模塊和熱模塊對應加熱溫度區間調取作為模型對應時間的輸入參數，完成軋輥整體感應加熱仿真中，對材料物性參數隨加熱溫度變化的磁熱雙向耦合。
2.根據權利要求1所述的一種軋輥整體感應加熱溫度場磁熱雙向耦合的離散化仿真方法，其特征在于：包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的一種軋輥整體感應加熱溫度場磁熱雙向耦合的離散化仿真方法，其特征在于：所述步驟1軋輥整體感應加熱溫度場有限元仿真模擬輸入電流參數離散化的具體方法是：
4.根據權利要求3所述的一種軋輥整體感應加熱溫度場磁熱雙向耦合的離散化仿真方法，其特征在于：所述對輸入電流進行離散化處理，具體包括以下步驟：
5.根據權利要求2所述的一種軋輥整體感應加熱溫度場磁熱雙向耦合的離散化仿真方法，其特征在于：所述步驟2軋輥整體感應加熱溫度場有限元仿真磁熱參數離散化處理
6.根據權利要求2所述的一種軋輥整體感應加熱溫度場磁熱雙向耦合的離散化仿真方法，其特征在于：所述步驟3軋輥整體感應加熱溫度場有限元仿真計算步長設置具體是：
7.根據權利要求2所述的一種軋輥整體感應加熱溫度場磁熱雙向耦合的離散化仿真方法，其特征在于：所述步驟4軋輥整體感應加熱溫度場有限元仿真電磁模塊仿真模型建立的具體方法是：
8.根據權利要求2所述的一種軋輥整體感應加熱溫度場磁熱雙向耦合的離散化仿真方法，其特征在于：所述步驟5軋輥整體感應加熱溫度場有限元仿真電磁模塊仿真模型建立的具體方法是：
9.根據權利要求2所述的一種軋輥整體感應加熱溫度場磁熱雙向耦合的離散化仿真方法，其特征在于：所述步驟6軋輥整體感應加熱溫度場仿真熱模塊計算具體是：
...【技術特征摘要】
1.一種軋輥整體感應加熱溫度場磁熱雙向耦合的離散化仿真方法，其特征在于：在對軋輥整體感應加熱的有限元仿真中，將時間離散化，同時將加熱溫度離散化為連續區間，然后以離散化后溫度區間內的電磁和熱物性參數作為對應溫度區間的電磁和熱物性參數，在電磁模塊和熱模塊對應加熱溫度區間調取作為模型對應時間的輸入參數，完成軋輥整體感應加熱仿真中，對材料物性參數隨加熱溫度變化的磁熱雙向耦合。
2.根據權利要求1所述的一種軋輥整體感應加熱溫度場磁熱雙向耦合的離散化仿真方法，其特征在于：包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的一種軋輥整體感應加熱溫度場磁熱雙向耦合的離散化仿真方法，其特征在于：所述步驟1軋輥整體感應加熱溫度場有限元仿真模擬輸入電流參數離散化的具體方法是：
4.根據權利要求3所述的一種軋輥整體感應加熱溫度場磁熱雙向耦合的離散化仿真方法，其特征在于：所述對輸入電流進行離散化處理，具體包括以下步驟：
5.根據...
【專利技術屬性】
技術研發人員：秦曉峰，陳偉，楊萍，文韜略，王瑞，徐錕，
申請(專利權)人：太原理工大學，
類型：發明
國別省市：
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