基于有限元和邊界元方法的軸類(lèi)感應(yīng)加熱分析及數(shù)值模擬.pdf

1、感應(yīng)加熱具有加熱速度快、物料內(nèi)部發(fā)熱效率高、加熱均勻，且具有產(chǎn)品質(zhì)量好、幾乎無(wú)污染、可控性好及易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此近年來(lái)得到了迅速發(fā)展。隨著對(duì)其工藝與精度要求的不斷提高，對(duì)感應(yīng)加熱進(jìn)行數(shù)值模擬就顯得更加重要。隨著有限元技術(shù)的高速發(fā)展，很多研究人員開(kāi)始了基于有限元方法的感應(yīng)加熱數(shù)值模擬研究，并已經(jīng)取得了一定的成果，但是也存在諸如計(jì)算量大，需人為設(shè)定邊界的不足；邊界元方法是從有限元方法發(fā)展而來(lái)的一種比較新的數(shù)值模擬方法，在處

2、理電磁場(chǎng)仿真計(jì)算中有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如可以降低求解問(wèn)題的維數(shù)、比較簡(jiǎn)單地處理無(wú)窮遠(yuǎn)邊界條件等，為感應(yīng)加熱的數(shù)值模擬技術(shù)開(kāi)辟了新的途徑。本文以電磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)的基本原理為基礎(chǔ)，分別建立軸對(duì)稱(chēng)工件的有限元和邊界元分析模型，并運(yùn)用通用有限元分析軟件ANSYS實(shí)現(xiàn)了感應(yīng)加熱中電磁-熱耦合場(chǎng)的有限元仿真計(jì)算，運(yùn)用MATLAB實(shí)現(xiàn)了感應(yīng)加熱中電磁場(chǎng)的邊界元仿真計(jì)算。 首先，給出了軸類(lèi)工件感應(yīng)加熱的電磁-熱耦合場(chǎng)有限元模型，在電磁場(chǎng)建模過(guò)程中，重

3、點(diǎn)介紹了矢量磁勢(shì)與標(biāo)量電勢(shì)法數(shù)學(xué)模型的運(yùn)用；在溫度場(chǎng)建模過(guò)程中，主要分析了非線(xiàn)性瞬態(tài)溫度場(chǎng)的控制方程。最后給出了電磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)耦合計(jì)算的原理和流程。 其次，給出了軸類(lèi)工件感應(yīng)加熱的電磁場(chǎng)邊界元模型，并利用一種表面電流的近似方法，用拉普拉斯方程的基本解代替亥姆霍茲方程基本解用于感應(yīng)加熱電磁場(chǎng)的邊界積分方程，降低了基本解在邊界上的奇異性，避免了細(xì)分邊界及其所帶來(lái)的大計(jì)算量。 最后，利用有限元分析軟件ANSYS，對(duì)諧性電磁場(chǎng)和