Моделирование индуктора, использованного в экспериментах С. Ф. Головащенко Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 621.983.044.7.001.24

В.И. Желтков, д-р физ-мат. наук, проф., (4872)33-24-88, [email protected], (Россия, Тула, ТулГУ),

B.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)

МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНДУКТОРА, ИСПОЛЬЗОВАННОГО В ЭКСПЕРИМЕНТАХ С.Ф. ГОЛОВАЩЕНКО

Изложены исследования напряженно-деформированного состояния пятивит-кового индуктора, применявшегося в экспериментальном исследовании, проведенном

C. Ф. Головащенко.

Ключевые слова: напряженно-деформированное состояние, индуктор, заготовка, математическая модел ь.

На бае разработанной математической модели [1] проведено изучение напряженно-деформированного состояния пятивиткового индуктора, применявшегося в экспериментальном исследовании [2], проведенном С. Ф. Головащенко (рис. 1).

Материал индуктора - сплав АЛ4М с параметрами: модуль Юнга:

0,7 хЮ11 Па, коэффициент Пуассона - 0,34, плотность - 2650 кг/м3, предел текучестиа^-170 МПа. Параметры рабиения: 3 ячейки по ширине и 1

ячейка по высоте сечения индуктора. Каждый виток рабивася по дине на 24 ячейки.

Ф 7&Ь 7

Рис. 1. Индуктор, используемый в экспериментах С.Ф. Гллоеащенкл

Были использованы параметры установки «Импульс-А»: емкость конденсаторной батареи - 600 мкФ, напряжение - 2,081 кВ, сопротивление

токоподводов - 15 мОм. В качестве заготовки использовали медную трубу внешним радиусом 45 мм, длиной 90 мм и толщиной 1,5 мм. При расчете заготовка предполагалась неподвижной. Концы индуктора принимались жестко закрепленными и заделанными (фиксировались 2 слоя элеменов).

Так как рассматривалась упругая задача, то есть колебания считались незатухающими, а максимальные напряжения достигались в течение разряда индуктора, расчет ограничили временем 250 мкс.

Результаты расчетов показывают, что в индукторе идут волновые процессы и имеет место наложение стоячих волн раной длит: и направлений распространения, что находится в полном согласи с теоретическими представлениями. Можно выделить волны, соответствующие осевым перемещениям витка, и волны, отражающиеся от стенок сечения, а также колебания с частотой вынуждающей силы (рис. 2). Этим объясняется наличие ярко выраженных биений на графиках. Градиенты перемещений оказались малыми, что подтвердило возможность использования гипотезы малых деформаций.

20

0

-20

500 1000 1500 2000 2500 3000 1, мкс 4000

Рис.2. Радиальные перемещения точек наружной поверхности третьего витка индуктора (расчет)

Максимальные напряжения достигаются в срединном (третьем) витке индуктора на стороне, обращенной к заготовке. На рис. 3 приведено распределение интенсивности напряжений в опасном сечении индуктора в момент времени 1=210 мкс, соответствующий максимуму интенсивности напряжений.

В поверхностном слое существует локальная пластическая зона толщиной около 2 мм. Очевидно, при циклическом нагружении, начина с некоторого момента, возможно исчерпание запаса пластичности и разрушение. Кроме того, наличие такой зоны приводит к затуханию высших гармоник колебаний.

На рис. 2 приведены графики радиальных перемещений третьего витка индуктора, а на рис.4 - результаты экспериментального исследования.

180

160

і 140 w

'І 120 і

1100 8 80 І

ї 60 5 40 20 0

Г Д Е ~4>

В В

Б Б

A A

Д і Д —*. Е Д ч

Е Е Е і

31 z, мм

ОГ ДЕ

Рис. 3. Распределение интенсивности напряжений в опасном сечении

индуктора

0.04 О

-ао4

-0,08

-0,12

-Qf&

t \

Г S / / ч\ \\

\ ^ / У i 2 2.S уV \\ V 4.S /

\ Ч \ / V /

\ / ' Ч.

V /

і - JO3,

Рис. 4. Радиальные перемещения по результатам экспериментов (штрихпунктирная линия) и расчетов (сплошная линия) по результатам С. Ф. Головащенко

Наблюдается совпадение расчетных и экспериментальных результатов. Таким образом, разработанная модель может стать базовой для целого класса исследованнй процессов МИОМ.

32 33

(J а и OR

Библиографический список

1. Особенности удовлетворения граничным условиям в МКЭ - моделировании электродинамики системы: «индуктор - заготовка» / В.И. Желтков [и др.] // Вестник ТулГУ. Серия. Актуальные вопросьы механики. Тула: ТулГУ, 2008. Выр.4. Том 2. С. 71 - 75.

2. Головащенко С.Ф. Теория и методы1 проектирования технологических процессов электроимпульсной штамповки: дис. д-ра техн. наук . М: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1995. 460 с.

V.I. Geltkov, V. D. Kuchar, A. E. Kireeva

The modeling of the inductor, being used in the S. F. Golovashenko’s experiments This paper describes a study of stress-strain state pyativitkovogo inductor that was used in the pilot study conducted by S.F. Golovashchenko.

Получено 05.08.09