CC BY
42
УДК 621.983.044.7.001.24
В.И. Желтков, д-р физ-мат. наук., пр°ф., (4872)33-24-88, [email protected], (Россия, Тула, ТулГУ),
В.Д. Кухарь, д-р. техн. наук., проф., зав. кафедрой, (4872)35-18-32, [email protected], (Россия, Тула, ТулГУ),
А.Е. Киреева, канд. тех. наук, доц., (4872)35-18-32, [email protected], (Россия, Тула, ТулГУ)
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССА ОБЖИМА ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЗАГОТОВКИ ОДНОВИТКОВЫМ ИНДУКТОРОМ
Представлены исследования электродинамических характеристик процесса обжима цилиндрической заготовки одновитковым индуктором.
Ключевые слова: индуктор, математическая модель, заотовка, обжим.
На бае разработанной математической модели [1], которая позволяет описать электродинамические процессы в системе трехмерных тел, разделенных непроводящей средой, были проведены исследования обжима цилиндрической заготовки одновитковым индуктором, конструкция которого представлена на рис.1, а геометрические размеры витка индуктора приведены на рис. 2.
Е
34
60
34
Рис.1. Конструкция одноеиткоеого индуктора: 1 - токопуоеод;
2 - рабочий виток; 3 - бандаж;
4 - шпилька; 5 - заготовка
Рис. 2. Геометрические размеры витка одноеиткоеого индуктора
Принималось, что виток индуктора изготовлен из стаи 65Г, которая имеет следующие физические характеристики:
ч-9 Ом х м
- удельное сопротивление, 10
- теплоемкость, Дж/ кг х К
- плотность, кг/м3........
- модуль Юнга, ГПа........
....80
..380
.8430
200
- коэффициент Пуассона..................................0,34
Материал обжимаемой заготовки АМг2М принимался упругопластическим с линейным законом упрочнения и имел следующие характеристики:
- удельное сопротивление, 10~9 Ом х м...................47,6
- теплоемкость, Дж/ кгх К................................280
- плотность, кг/м3......................................2700
- пластический модуль, ГПа...............................0,6
- модуль Юнга, ГПа........................................80
- коэффициент Пуассона..................................0,34
Геометрические размеры обжимаемой заготовки являлись следующими: наружный диаметр 57 мм, толщина. 1,2 мм и высота 38 мм, длина обжимаемого участка 6 мм.
Для реализации математической модели была разработана интерактивна программа в среде MathLab 7.0, интерфейс которой обеспечивал: загрузку геометрических и физических параметров процесса; назначение сценария исследования; интерпретацию результатов в виде серии полей (лини уровня) изучаемых физических величин: скалярного и векторного потенциалов, объемных токов и пондеромоторных си.
На рис.З приведен интерфейс программы._______________________
ЕТ)_СгарЬ_1пЬ
: §
Расчет электродинамического состояния системы "Индуктор ■ заготовка"
— Загрузить задачу из файла -
Материал индуктора - медь, уд. электропроводность 5.448* 10Л7 1 /Ом Материал заготовки - алюминий, уд. электропроводность 3.297*10А71/Ом Воздух - уд. электропроводность 3.623*10Л31Юм
Пояснения к задаче (произвольный текст)
Размеры системы, м Наружный диаметр индуктора Внутренний диаметр индуктора Наружный диаметр заготовки Внутренний диаметр заготовки
Высота пакета Ширина зазора
по нар. диаметру индуктора, м
— Файлы для сохранения: -------
Сетка КЭ(*.тез)
Параметры сетки------
Количество узлов по радиусу индуктора Количество узлов по радиусу зазора Количество узлов по радиусу заготовки Количество узлов по высоте
Количество узлов по углу ,
исключая зазор
(зазор - последний слой К Э)
Параметры импульса Амплитуда, В 10000
Длительность, мкс 1
Форма - полусинусоидальная
Р Параметры прообразования Фурье : Кратность диапазона частот га Узлов в диапазоне д
Матрицы задачи (*.та1) Результаты (*тез, \mres): Файл за грузки задачи (*.ізк)
— Вычисл./Сохр. П Матрицы
Г~| Поля токов и сил
Вычислить
Сохранить
: Управление визуализацией - Вид графика: —
Выход
(*) линии уровня
О по времени
О Сетка КЭ 0ТО«
0 Сила
О Скал.потенц. О Вект. потенц.
|— Компоненту: — ® радиальную
0 осевую
0 окружную
— Поле в сечении: —
© мередиональном, угол (град): 0 осевом, высота (м):
Номер момента времени:
Время, мкс:
Точек для вспом.сетки
График по времени для точки:
(*) узел 0 Точка с координатами:
Ц^Н[а1 Радиус, м: -|
Высота, м: п
Угол, град.: о
Показать
Рис.3. Интерфейс программы
На рис.4 представлена 3D сетка конечных элементов, для которой
производились расчеты.
V, и
Рис. 4. Сетка конечных элементов:
1- заготовка; 2 - индуктор; 3 - зазор
Численные эксперименты проводились для четырех типов установок одинаковой энергоёмкости с различными напряжениями заряда. Данные о параметрах контуров установки приедены в таблице.
Параметры разрядных контуров
Ж, кДж С,мкФ Ь, нГн ^обст-> кГц Я, мОм
0,33 1120 91,7 15,923 9,6
0,33 280 114,7 28,035 23
0,33 72 83,17 71,500 34
0,33 12 156,7 117,000 115
В результате расчетов были получены характерные графики распределения радиальной пондеромоторной силы по высоте заготовки для каждого разрядного контура (рис. 6) в сечении А-А (рис. 5).
Рис. 5. Сечение А-А
5
Е
0
-5
s -10
2
I
| -15
i-20 C -25
-30
-35
-40
-45
%
п
Езг У > ГЕЕ
\ ff
о о Д«Д»Г о а
о о
о
а э
о
а с
6 6
л a
W I
05 Z мм
а
б
-15 -10
-5
0
15
20
Z,mm
Z.m м
в г
Рис. 6. Графики распределения пондер о моторной силы по высоте (Z) заготовки для первого (а), второго (б), третьего (в) и четвертого (г)
разрядных контуров
Анализ графиков показал, что распределение пондеромоторных сил не равномерно по высоте заготовки. Эта неравномерность обусловлена тем, что высота заготовки превышает высоту индуктора, и неоднородностью распределения токов по высоте и толщине витка индуктора.
Библиографический список
1. Особенности удовлетворения граничным условиям в МКЭ - моделировании электродинамики системы «индуктор - заготовка» / В.И. Желтков [и др.] // Вестник ТулГУ. Серия. Актуальные вопросы механики. Тула: ТулГУ, 2008. Вып.4. Том 2. С. 71 - 75.
Geltkov V.I., Kuchar V.D., Kireeva A.E.
The investigation of the electrodynamic characteristics of the cylindrical piece squeezing by the loop inductor/
The paper presents the study of electrodynamic characteristics of the process of crimping the cylindrical workpiece single-turn inductor.
Получено 05.08.09
