.632 北京科技大学学报 2006年第7期 线圈、近场空气区域单元类型为PLANE13;远场 用非线形谐性分析和瞬态热分析，在温度场计算 空气区域单元类型为INIFIN110,并且设定它们 中设定整个感应加热时间为20s,且每个时间步 的“Element Behavior"为Axisymmetric”. 长为1s:研究工件随时间变化的温度分布情况， 3.2求解计算 由此获得5,10,20s时，工件1/2横截面内部温度 利用分步计算方法，电磁场和温度场分别采 分布云图（如图3） (a) (b) 1=0 151004642277743109065140386 1704611037720370829703939037 307616208293404124.726156047 63712157042250373343704437055 120s 32469260.21548796715706943452 146.342374.088601833829.5791057 图3模拟不同加热时刻工件内部温度分布云图.(a)t=5s:(b)t=10s(c)t=20s Fig-3 Temperature distribution graphs in different time:(a)t=5s:(b)t=10s;(c)=20s 3.3结果分析 模拟数值偏高的结果；在15~20s过程中，感应加 由模拟结果分析得出：在20s感应加热过程 热速度成倍增加，对外辐射作用相对已经很小，同 中，工件内部温度分布是由感应生热和热传导综 时实际所利用的微电位计的反映灵敏程度有限， 合作用的结果，且感应生热起主导作用，另外，由 在图4中反映出了模拟数值相对较高的结果.由 于尖角效应，工件内部磁力线更多的集中在右部 此可知，ANSYS有限元数值模拟软件对特定工件 的外表层，因此，工件右下角的尖角处温度最高， 感应加热过程分析具有一定的指导作用， 逐渐向内部以层状方式递减，靠近工件的中心部 350 位由于几乎没有磁力线切割，多数以热传导方式 300 一·一实际结果 一A一模拟结果 为主，温度上升缓慢 2504 同时，在现场实验中，利用热电偶和微电位计 150 实测工件下底距外边缘13.5mm处M点（图3） I00 的温度随时间变化曲线.由于实际利用的实验设 中* 50 备所限，在工件感应加热过程中，人工利用微电位 计对工件M点进行点接触式温度测量记值，最 后实验结果同模拟结果比较可知，有限元数值模 图4工件外表面M点实际与模拟温度变化曲线 拟方法同实际有较好的趋势性， Fig.4 Temperature variation curves of point M by measure- ment and simulation 图4为工件表面M点实际结果和模拟结果 温度变化曲线图，根据图中的比较结果考虑：在 4 有限元模拟对工件感应热处理后 感应加热前15s,由于有限元模拟过程中始终忽 略工件对外辐射所产生的热量，而且热电偶是以 组织的分析 外表面接触式与工件相连，因此，会存在实际比 为了进一步验证有限元法对感应热处理整个线圈、近场空气区域单元类型为 PLANE13；远场 空气区域单元类型为 INIFIN110‚并且设定它们 的“Element Behavior”为“Axisymmetric”． 3∙2 求解计算 利用分步计算方法‚电磁场和温度场分别采 用非线形谐性分析和瞬态热分析．在温度场计算 中设定整个感应加热时间为20s‚且每个时间步 长为1s．研究工件随时间变化的温度分布情况． 由此获得5‚10‚20s 时‚工件1／2横截面内部温度 分布云图（如图3）． 图3 模拟不同加热时刻工件内部温度分布云图．（a） t＝5s；（b） t＝10s；（c） t＝20s Fig．3 Temperature distribution graphs in different time： （a） t＝5s；（b） t＝10s；（c） t＝20s 3∙3 结果分析 由模拟结果分析得出：在20s 感应加热过程 中‚工件内部温度分布是由感应生热和热传导综 合作用的结果‚且感应生热起主导作用．另外‚由 于尖角效应‚工件内部磁力线更多的集中在右部 的外表层．因此‚工件右下角的尖角处温度最高‚ 逐渐向内部以层状方式递减．靠近工件的中心部 位由于几乎没有磁力线切割‚多数以热传导方式 为主‚温度上升缓慢． 同时‚在现场实验中‚利用热电偶和微电位计 实测工件下底距外边缘13∙5mm 处 M 点（图3） 的温度随时间变化曲线．由于实际利用的实验设 备所限‚在工件感应加热过程中‚人工利用微电位 计对工件 M 点进行点接触式温度测量记值．最 后实验结果同模拟结果比较可知‚有限元数值模 拟方法同实际有较好的趋势性． 图4为工件表面 M 点实际结果和模拟结果 温度变化曲线图．根据图中的比较结果考虑：在 感应加热前15s‚由于有限元模拟过程中始终忽 略工件对外辐射所产生的热量‚而且热电偶是以 外表面接触式与工件相连．因此‚会存在实际比 模拟数值偏高的结果；在15～20s 过程中‚感应加 热速度成倍增加‚对外辐射作用相对已经很小‚同 时实际所利用的微电位计的反映灵敏程度有限‚ 在图4中反映出了模拟数值相对较高的结果．由 此可知‚ANSYS 有限元数值模拟软件对特定工件 感应加热过程分析具有一定的指导作用． 图4 工件外表面 M 点实际与模拟温度变化曲线 Fig．4 Temperature variation curves of point M by measure￾ment and simulation 4 有限元模拟对工件感应热处理后 组织的分析 为了进一步验证有限元法对感应热处理整个 ·632· 北 京 科 技 大 学 学 报 2006年第7期