两种计算方法,DEFORM最新感应加热功能及提升

两种计算方法,DEFORM最新感应加热功能及提升的图1



感应加热是一种广泛加工方式的理想选择,此种工艺经常被用于温锻/热锻前的预热工序或热处理工序。局部感应加热可用于如表面硬化和退火工艺,通过控制加热方式、深度和速度来提升产品性能。感应加热因快速、经济而常用于加热材料方面,交替电流通过铜线圈而产生一种线圈附近的电磁场。材料的阻抗诱使工件内部热的产生。



工程师们通过控制工艺参数如线圈设计、电流频率、和输入电压来达到不同的加热目的。DEFORM系统使得用户有能力在计算机上研究和优化感应加热工艺参数,帮助他们验证设计和进行试验对比。DEFORM的高级模拟功能允许用户优化加热结果如加热速率,位置及加热深度等。

在感应加热方面,DEFORM具有两种计算方法,有限单元法(FEM)和边界元法(BEM)。

  • FEM法的特点包括:必须建立空气网格;扫略过程困难;求解精度高;

  • BEM法的特点包括:简便的设置:无空气网格;方便控制扫掠过程;计算时间较长;


用户自定义BEM加热窗口(左下图)也可在3D感应模型里实现。局部感应窗口降低了等效模型尺寸并可保证合理的计算精度,通过计算窗口内的工件表面来降低计算规模。在合理的窗口尺寸外的区域被认为线圈对工件加热的影响很小。感应窗口也可随线圈移动,从而在扫掠过程中简化线圈/工件的模型设置。

两种计算方法,DEFORM最新感应加热功能及提升的图2
两种计算方法,DEFORM最新感应加热功能及提升的图3

SFTC已开发了很多功能进行感应加热计算,连续地提升求解时间和效率。DEFORMV12.1包括一种更新的BEM求解器,此算法可降低内存消耗和模拟时间。例如,上图中的3D BEM感应模型采用不同版本体现了4核并行计算的时间差异。

           V12.0: 6小时
           V12.1: 41分钟
           速度提升:约9倍

DEFORM-2D模块已早期具有2D FEM感应求解器,但限制是需要建立空气区域网格。此种方法对于线圈移动形式的感应计算比较困难,因为空气不得不被分割成多个实体并建立接触(左下图)。

DEFORM新版本支持2D FEM感应模型算法。其中一种方法,空气建立单一的网格区域并可与其他物体区域重合(左中图)。另一种算法在每一计算步自动产生空气网格(右中图),此算法不需要额外的模型,程序在后台执行计算。这些方法允许线圈自由移动,解决了多个空气网格和空气间接触的要求。

两种计算方法,DEFORM最新感应加热功能及提升的图4

2D FEM模型在精度方面比2D BEM(右上图)模型略有优势。在上述案例里,同时考虑精度和易用性方面,重叠空气网格和自动产生空气网格的FEM模型是最佳的。自动产生空气FEM模型和BEM模型花费的计算时间最短。 

两种计算方法,DEFORM最新感应加热功能及提升的图5

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