【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于整体感应加热仿真，具体涉及一种轧辊整体感应加热温度场磁热双向耦合的离散化仿真方法。
技术介绍
1、整体感应热处理技术作为大型锻钢轧辊制造过程中的关键核心工艺，具有节能、高效和便于自动化等一系列优点。它的加热效果受到多种参数因素的影响，当电源的参数、感应加热线圈的截面形状和长度等参数不同时，会直接影响轧辊的加热效率和整体温度。
2、为了研究感应加热中不同参数对加热效果的影响，优化相关参数，指导实际轧辊感应加热工艺。轧辊感应加热的有限元数仿真分析很有必要，不仅可以替代现场模拟辊感应加热试验来优化相关的参数，达到减少成本节约能源的目的；同时可通过仿真提前获知在特定工艺条件下加热后轧辊的温度变化及温度分布情况，进一步可指导轧辊感应加热后组织状态及工艺合理性评估。
3、目前多种有限元软件可实现对轧辊整体感应加热的有限元仿真，但现有的轧辊整体感应加热仿真大都在固定频率电流或电压输入条件下进行稳态加热仿真。对于实际整体感应加热工艺在电流幅值和频率随时间实时连续变化条件下，加热过程中被加热轧辊材料的物理性能随温度变化，反过来又影响电磁感应和加热特性的磁热双向耦合问题，现有方法难以完整的仿真实际轧辊的整体感应加热。即使采用部分软件中的电磁模块和热模块联合仿真，又会引起计算量及计算结果文件呈几何级数的增加，导致实际应用中无法真正应用的结果。针对现有软件在轧辊整体感应加热磁热双向耦合仿真中存在的致命问题及现场生产中对借助仿真手段进行工艺仿真和优化的迫切需求。
技术实现思路>
1、针对现有仿真软件在轧辊整体感应加热有限元仿真计算中，当加载随时间变化的输入电流时加热引起材料物理性能变化，无法实现下一时刻迭代考虑物理性能变化开展磁热双向耦合计算的问题，本专利技术提供了一种轧辊整体感应加热磁热双向耦合的离散化仿真方法。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用了下列技术方案：
3、一种轧辊整体感应加热温度场磁热双向耦合的离散化仿真方法，在对轧辊整体感应加热的有限元仿真中，将时间离散化，同时将加热温度离散化为连续区间，然后以离散化后温度区间内的电磁和热物性参数作为对应温度区间的电磁和热物性参数，在电磁模块和热模块对应加热温度区间调取作为模型对应时间的输入参数，完成轧辊整体感应加热仿真中，对材料物性参数随加热温度变化的磁热双向耦合。具体包括以下步骤：
4、步骤1，轧辊整体感应加热温度场有限元仿真模拟输入电流参数离散化；
5、步骤2，轧辊整体感应加热温度场有限元仿真磁热参数离散化处理；
6、步骤3，轧辊整体感应加热温度场有限元仿真计算步长设置；
7、步骤4，轧辊整体感应加热温度场有限元仿真电磁模块仿真模型建立；
8、步骤5，轧辊整体感应加热温度场仿真电磁感应欧姆损耗及电磁场计算；
9、步骤6，轧辊整体感应加热温度场仿真热模块计算。
10、进一步，所述步骤1轧辊整体感应加热温度场有限元仿真模拟输入电流参数离散化的具体方法是：
11、根据现场拟定的工艺流程和实际工艺流程对应的加热过程中拟定的温升情况、工艺实施拟采用的整体感应加热炉参数和待加热轧辊参数，确定轧辊初始温度状态、输入电流参数随时间的变化曲线以及预期温度随时间的变化曲线；对输入电流进行离散化处理。
12、进一步，所述对输入电流进行离散化处理，具体包括以下步骤：
13、首先，根据拟定工艺条件下轧辊的温升范围和材料电磁感应参数 b- h曲线随温度变化的特征，将温度进行离散化，对整个温升范围划分为若干个温度区间；
14、然后，根据拟定工艺条件下的预期温升曲线，确定达到某一温度区间的加热时间区间以及对应于加热时间区间的电流参数变化区间，再将对应时间区间内每60 s作为一个子区间，每个子区间输入4个周期的正弦交流电参数，依此确定每个温度区间对应的加热时间区间的离散化电流参数，最终确定整个加热过程仿真中模型电流的输入。
15、进一步，所述步骤2轧辊整体感应加热温度场有限元仿真磁热参数离散化处理的具体方法是：
16、基于拟定工艺条件下预期温升确定及划分的温度区间，以划分的温度区间的中值温度作为基准温度，测试获取待加热轧辊材料在不同温度区间中值温度条件下的电磁特性 b- h曲线、相对磁导率和热物性参数。
17、进一步，所述步骤3轧辊整体感应加热温度场有限元仿真计算步长具体设置是：
18、根据确定达到某一温度区间的加热时间区间以及对应于加热时间区间的电流参数变化区间，在等长的子区间内每隔60 s输入的4个周期的正弦电流采用0.0001 s的小步长，在每间隔60 s的时间段采用20 s的大步长。
19、进一步，所述步骤4轧辊整体感应加热温度场有限元仿真电磁模块仿真模型建立的具体方法是：
20、结合轧辊整体感应加热炉的结构特征、轧辊结构特征以及加热流程，将模型简化为二维轴对称模型，在ansys电磁仿真模块中建立包含感应加热器线圈和聚磁硅钢片、轧辊截面的二维轴对称几何模型；
21、按照基于温升范围划分的温度区间，将轧辊整体感应加热工艺流程在电磁模块的仿真模型计算流程划分为对温度区间数量对应的工况；同时在热模块中建立与电磁模块中完全对应的轧辊轴对称二维模型，将热模块中的加热仿真时间步按温升区间对应的时间区间起始时刻划分为与电磁模块中工况对应的分析步。
22、对于每一个工况进行模型的材料设置，特别轧辊材料调用所属工况温度下的 b-h曲线，再对每个模型进行网格划分。
23、进一步，所述步骤5轧辊整体感应加热温度场仿真电磁感应欧姆损耗及电磁场计算的具体方法是：
24、在ansys电磁模块的maxwell 2d模块的瞬态求解器中建立轧辊整体电磁感应加热不同的工况，针对不同温度和时间区间的工况建立与之对应的加热时间区间、加热时间区间内对应的电流参数和计算步长；
25、其中电流和计算步长以excel表格的方式调取输入，在电磁模块每个工况的dataset中保存按时间区间划分好的电流和计算步长的excel表格数据，方便后续计算损耗时的调用；
26、最后设置每个工况不同的计算时间和存储步长，进行欧姆损耗的计算和结果的储存；
27、进一步，所述步骤6轧辊整体感应加热温度场仿真热模块计算的具体方法是：
28、在ansys热模块中建立与电磁模块中完全相同的轧辊二维轴对称模型，并选择求解器类型为瞬态热求解器；在分析步按不同温度区间对应的加热时长划分为对应个数的分析步，每个分析步的起始时间与温度区间对应的时间区间的起始值保持对应；
29、然后再在transientthermal中设置轧辊的密本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种轧辊整体感应加热温度场磁热双向耦合的离散化仿真方法，其特征在于：在对轧辊整体感应加热的有限元仿真中，将时间离散化，同时将加热温度离散化为连续区间，然后以离散化后温度区间内的电磁和热物性参数作为对应温度区间的电磁和热物性参数，在电磁模块和热模块对应加热温度区间调取作为模型对应时间的输入参数，完成轧辊整体感应加热仿真中，对材料物性参数随加热温度变化的磁热双向耦合。
2.根据权利要求1所述的一种轧辊整体感应加热温度场磁热双向耦合的离散化仿真方法，其特征在于：包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种轧辊整体感应加热温度场磁热双向耦合的离散化仿真方法，其特征在于：所述步骤1轧辊整体感应加热温度场有限元仿真模拟输入电流参数离散化的具体方法是：
4.根据权利要求3所述的一种轧辊整体感应加热温度场磁热双向耦合的离散化仿真方法，其特征在于：所述对输入电流进行离散化处理，具体包括以下步骤：
5.根据权利要求2所述的一种轧辊整体感应加热温度场磁热双向耦合的离散化仿真方法，其特征在于：所述步骤2轧辊整体感应加热温度场有限元仿真磁热参数离散化处理
6.根据权利要求2所述的一种轧辊整体感应加热温度场磁热双向耦合的离散化仿真方法，其特征在于：所述步骤3轧辊整体感应加热温度场有限元仿真计算步长设置具体是：
7.根据权利要求2所述的一种轧辊整体感应加热温度场磁热双向耦合的离散化仿真方法，其特征在于：所述步骤4轧辊整体感应加热温度场有限元仿真电磁模块仿真模型建立的具体方法是：
8.根据权利要求2所述的一种轧辊整体感应加热温度场磁热双向耦合的离散化仿真方法，其特征在于：所述步骤5轧辊整体感应加热温度场有限元仿真电磁模块仿真模型建立的具体方法是：
9.根据权利要求2所述的一种轧辊整体感应加热温度场磁热双向耦合的离散化仿真方法，其特征在于：所述步骤6轧辊整体感应加热温度场仿真热模块计算具体是：
...【技术特征摘要】
1.一种轧辊整体感应加热温度场磁热双向耦合的离散化仿真方法，其特征在于：在对轧辊整体感应加热的有限元仿真中，将时间离散化，同时将加热温度离散化为连续区间，然后以离散化后温度区间内的电磁和热物性参数作为对应温度区间的电磁和热物性参数，在电磁模块和热模块对应加热温度区间调取作为模型对应时间的输入参数，完成轧辊整体感应加热仿真中，对材料物性参数随加热温度变化的磁热双向耦合。
2.根据权利要求1所述的一种轧辊整体感应加热温度场磁热双向耦合的离散化仿真方法，其特征在于：包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种轧辊整体感应加热温度场磁热双向耦合的离散化仿真方法，其特征在于：所述步骤1轧辊整体感应加热温度场有限元仿真模拟输入电流参数离散化的具体方法是：
4.根据权利要求3所述的一种轧辊整体感应加热温度场磁热双向耦合的离散化仿真方法，其特征在于：所述对输入电流进行离散化处理，具体包括以下步骤：
5.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦晓峰，陈伟，杨萍，文韬略，王瑞，徐锟，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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