基于有限元和邊界元方法的軸類感應(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、幾乎無污染、可控性好及易于實現(xiàn)生產(chǎn)自動化等一系列優(yōu)點，因此近年來得到了迅速發(fā)展。隨著對其工藝與精度要求的不斷提高，對感應(yīng)加熱進行數(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)展而來的一種比較新的數(shù)值模擬方法，在處

2、理電磁場仿真計算中有著獨特的優(yōu)勢，如可以降低求解問題的維數(shù)、比較簡單地處理無窮遠邊界條件等，為感應(yīng)加熱的數(shù)值模擬技術(shù)開辟了新的途徑。本文以電磁場和溫度場的基本原理為基礎(chǔ)，分別建立軸對稱工件的有限元和邊界元分析模型，并運用通用有限元分析軟件ANSYS實現(xiàn)了感應(yīng)加熱中電磁-熱耦合場的有限元仿真計算，運用MATLAB實現(xiàn)了感應(yīng)加熱中電磁場的邊界元仿真計算。 首先，給出了軸類工件感應(yīng)加熱的電磁-熱耦合場有限元模型，在電磁場建模過程中，重

3、點介紹了矢量磁勢與標量電勢法數(shù)學(xué)模型的運用；在溫度場建模過程中，主要分析了非線性瞬態(tài)溫度場的控制方程。最后給出了電磁場和溫度場耦合計算的原理和流程。 其次，給出了軸類工件感應(yīng)加熱的電磁場邊界元模型，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，避免了細分邊界及其所帶來的大計算量。 最后，利用有限元分析軟件ANSYS，對諧性電磁場和