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基于ANSYS的电渣炉感应加热耦合场的数值模拟

作　者: 金玉龙
导　师: 夏永发
学　校: 东北大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 电渣炉感应加热残余应力数值模拟电磁场温度场有限元分析耦合场
分类号: TF061.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

随着冶金工业的快速发展,对于钢锭的使用则变得越来越普遍。而电渣炉则是生产钢锭的主要设备之一,因此,电渣炉的设计合理与否是决定钢锭工作情况的主要指标。在电渣炉使用过程中,由于所通交变电流高达24000A,因此在其周围就产生一个较大的交变磁场。根据电磁场理论,变化着的磁场会产生感应电动势,从而使涡流回路产生大量的热,即感应加热。大量的热能使零件表面产生严重的变形,因此研究感应加热的数值模拟是非常必要的。通过数值模拟不但能够反映出工件内部的电磁场,涡流场和温度场的变化规律,而且对于减少试验成本,提供感应器设计的指导原则和改进工艺参数具有实际的指导意义。本文利用ANSYS/Multiphysics软件模拟电渣炉夹具的感应加热的大致过程。ANSYS/Multiphysics软件用有限元方法可以模拟不同的物理现象,包括各种物理现象之间的交互(耦合)。本文中应用了电磁-热耦合和热-应力耦合。本文在计算感应加热时首先将电流和电源频率加载在导电柱和石墨电极的有限元模型上进行电磁谐波分析。程序计算了由电流产生的电磁场和夹具表面的涡电流所产生的焦耳热。接下来通过瞬态热分析计算了夹具的温度分布。由于夹具的电磁物性参数是温度的函数,因此电磁分析需要重复进行,这也会引起电磁场的变化,所以瞬态热分析也需要重复进行。如此,通过电磁和热的循环分析来修正前一次计算的感应加热的电磁场和温度场。然后文中还计算了冷却后夹具表面的温度场与残余应力场的分布。最后计算了施加电磁屏蔽极后夹具表面感应加热后的电磁场与温度场分布。

基于ANSYS的电渣炉感应加热耦合场的数值模拟

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