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下線圈周圍的磁場變化并計算被加熱物體上的感應(yīng)電流，從而進一步預(yù)測由于歐姆損耗導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)溫度變化，進一步耦合結(jié)構(gòu)分析還可以預(yù)測結(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，結(jié)合Marc先進的網(wǎng)格重劃分技術(shù)和接觸體設(shè)置可以模擬結(jié)構(gòu)和線圈具有相對運動時的磁場變化以及感應(yīng)電流的生成。然而，由于分析不僅涉及結(jié)構(gòu)和溫度場的計算，還包括電、磁等多物理場的分析，因此需要完整的進行包括結(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運動時，針對空氣的網(wǎng)格進行重劃分就會顯著的增加分析的工作量甚至出現(xiàn)計算困難。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，Marc自動應(yīng)用結(jié)構(gòu)部分的材料特性進行此區(qū)域的感應(yīng)電流、溫度場、結(jié)構(gòu)部分的計算。這意味著使用者不再需要在結(jié)構(gòu)運動時針對周邊空氣進行大范圍的網(wǎng)格重劃分計算，而是由程序根據(jù)結(jié)構(gòu)的運動情況，自動判定與空氣重疊的部位，并對此部位賦予結(jié)構(gòu)的全部材料特性進行計算。這一功能將大大的減少使用者進行感應(yīng)熱分析的建模和計算工作量，尤其是對于復(fù)雜的模具結(jié)構(gòu)進行感應(yīng)加熱時，將大幅減少前處理工作中針對周邊空氣建模的工作量以及整體的分析時間。

　　下面將以六組環(huán)形線圈對中心管狀結(jié)構(gòu)在軸向相對移動過程中所對應(yīng)的感應(yīng)熱問題為例，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，將結(jié)構(gòu)簡化為二維軸對稱模型。采用Marc最新的“雙重網(wǎng)格(dual mesh)”電磁感應(yīng)熱分析功能分別對線圈、管狀結(jié)構(gòu)、周圍空氣進行建模和定義，分析結(jié)構(gòu)運動過程中感應(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，需要按照真實的結(jié)構(gòu)形狀進行線圈和管狀結(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”)對于加熱過程是極為重要的因素。為了正確的捕捉感應(yīng)電流，需要對結(jié)構(gòu)部分網(wǎng)格或者結(jié)構(gòu)將會移動到的區(qū)域的網(wǎng)格進行足夠的細化。通常情況下，單元邊長需要小于趨膚深度(skin depth)。趨膚深度與激勵頻率(f)、磁導(dǎo)率(μ)、電導(dǎo)率(σ)相關(guān)，具體定義如下：