Marc電磁感應(yīng)加熱分析

　　Marc在早期版本中已經(jīng)提供了電磁感應(yīng)熱的分析功能。利用這一功能，使用者可以模擬在特定頻率的電流激勵(lì)下線圈周圍的磁場(chǎng)變化并計(jì)算被加熱物體上的感應(yīng)電流，從而進(jìn)一步預(yù)測(cè)由于歐姆損耗導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)溫度變化，進(jìn)一步耦合結(jié)構(gòu)分析還可以預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)上的應(yīng)力分布、彈塑性變形、應(yīng)變的變化等。

　　與此同時(shí)，結(jié)合Marc先進(jìn)的網(wǎng)格重劃分技術(shù)和接觸體設(shè)置可以模擬結(jié)構(gòu)和線圈具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的磁場(chǎng)變化以及感應(yīng)電流的生成。然而，由于分析不僅涉及結(jié)構(gòu)和溫度場(chǎng)的計(jì)算，還包括電、磁等多物理場(chǎng)的分析，因此需要完整的進(jìn)行包括結(jié)構(gòu)以及周圍空氣在內(nèi)的模型的創(chuàng)建。那么，當(dāng)結(jié)構(gòu)和線圈具有較大的相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，針對(duì)空氣的網(wǎng)格進(jìn)行重劃分就會(huì)顯著的增加分析的工作量甚至出現(xiàn)計(jì)算困難。因此在Marc最新版本中提供了最新的“雙重網(wǎng)格(dual mesh)”電磁感應(yīng)熱分析功能，利用這一功能，在實(shí)現(xiàn)原有的感應(yīng)熱分析外，還允許結(jié)構(gòu)和周圍空氣分別采用獨(dú)立的網(wǎng)格，在結(jié)構(gòu)和空氣網(wǎng)格出現(xiàn)重疊區(qū)域時(shí)，Marc自動(dòng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)部分的材料特性進(jìn)行此區(qū)域的感應(yīng)電流、溫度場(chǎng)、結(jié)構(gòu)部分的計(jì)算。這意味著使用者不再需要在結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)針對(duì)周邊空氣進(jìn)行大范圍的網(wǎng)格重劃分計(jì)算，而是由程序根據(jù)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況，自動(dòng)判定與空氣重疊的部位，并對(duì)此部位賦予結(jié)構(gòu)的全部材料特性進(jìn)行計(jì)算。這一功能將大大的減少使用者進(jìn)行感應(yīng)熱分析的建模和計(jì)算工作量，尤其是對(duì)于復(fù)雜的模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行感應(yīng)加熱時(shí)，將大幅減少前處理工作中針對(duì)周邊空氣建模的工作量以及整體的分析時(shí)間。

　　下面將以六組環(huán)形線圈對(duì)中心管狀結(jié)構(gòu)在軸向相對(duì)移動(dòng)過(guò)程中所對(duì)應(yīng)的感應(yīng)熱問(wèn)題為例，介紹在Marc中的定義方法和分析流程，基于結(jié)構(gòu)的形狀等特點(diǎn)，將結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為二維軸對(duì)稱模型。采用Marc最新的“雙重網(wǎng)格(dual mesh)”電磁感應(yīng)熱分析功能分別對(duì)線圈、管狀結(jié)構(gòu)、周圍空氣進(jìn)行建模和定義，分析結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中感應(yīng)電流、溫度等的變化情況。具體流程如下：

　　首先創(chuàng)建線圈、管狀結(jié)構(gòu)、空氣的二維軸對(duì)稱模型，具體如下圖所示，其中采用最新的“雙重網(wǎng)格(dual mesh)”電磁感應(yīng)熱分析功能，需要按照真實(shí)的結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行線圈和管狀結(jié)構(gòu)部分的網(wǎng)格劃分，而空氣的網(wǎng)格可以獨(dú)立劃分，并且允許與結(jié)構(gòu)部分存在重疊區(qū)域。由于趨膚效應(yīng)存在，材料感應(yīng)電流深度(即所謂的“趨膚深度”)對(duì)于加熱過(guò)程是極為重要的因素。為了正確的捕捉感應(yīng)電流，需要對(duì)結(jié)構(gòu)部分網(wǎng)格或者結(jié)構(gòu)將會(huì)移動(dòng)到的區(qū)域的網(wǎng)格進(jìn)行足夠的細(xì)化。通常情況下，單元邊長(zhǎng)需要小于趨膚深度(skin depth)。趨膚深度與激勵(lì)頻率(f)、磁導(dǎo)率(μ)、電導(dǎo)率(σ)相關(guān)，具體定義如下：