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齿轮感应淬火的多时间尺度电磁-热多物理耦合分析研究

Time multiscale Electromagnetic-thermal Multiphysics Coupling Analysis of Induction Hardening Process of Gears

2023-06-19 13:35

作者

郑天宇，周亚星，靳剑钊 (ZHOU Yaxing，ZHENG Tianyu， JIN Jianzhao)

摘要

感应加热淬火以其易控、节能、高效的优势被广泛应用于机械加工领域，是一项重要的热处理工艺，其低碳环保的特性符合我国提出的“双碳”战略。目前国内的感应加热设备较少借助于计算机辅助工程软件进行优化设计，设备的运行效率和制造成本还有进一步提升的空间。为了给感应加热设备的优化提供指导，本文基于自主开发的电磁及多物理仿真平台EMPbridge，考虑了感应加热过程中材料参数随温度的变化，对电磁-热多物理耦合问题进行了仿真分析。本问题中电磁场变化的时间周期（微秒级）远小于感应加热升温的时间（秒级），因此存在多时间尺度问题，若电磁、热均采用时域求解，且利用电磁场变化的时间步长进行时间离散，时间步数将过于庞大。本文采用频域、时域混合的仿真方法，在频域中求解电磁场得到涡流损耗，进而耦合到热场中作为热源对热场进行时域求解，相比于同时求解时域电磁和时域热问题，大幅降低了计算量，缩短了计算时间。此外，由于磁导率和电导率随温度变化，导致与其相关的涡流分布以及由涡流损耗引起的热场分布也随之变化成为双向耦合问题，本文详细阐述了此电磁-热双向耦合问题的计算流程。本文的仿真结果展示了感应加热参数与齿轮加热效果的关系，为工程实践和设备优化提供了指导。

内容

来源：数字仿真论坛

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