Компьютерное моделирование электротепловых процессов и термомеханических напряжений при индукционном нагреве движущихся медных слитков

Abstract

Разработана методика компьютерного расчета электромагнитных и тепловых процессов, а также термомеханических напряжений при индукционном нагреве медных цилиндрических слитков, непрерывно движущихся в переменном магнитном поле длинного индуктора. В основу методики положен численный метод конечных элементов, реализованный в пакете программ Comsol. Проведен сравнительный анализ нагрева слитка при различной частоте источника питания, и для двух случаев – при наличии шихтованного магнитопровода, прилегающего к наружной стороне цилиндрического индуктора, и без магнитопровода. Показано, что максимальное значение термомеханического напряжения в слитке достигается на его поверхности на выходе из индуктора. При выбранной длине индуктора (6 м) это значение не превышает предела прочности материала.

Розроблено методику комп'ютерного розрахунку електромагнітних і теплових процесів, а також термомеханічної напруги при індукційному нагріві мідних циліндричних зливків, які безперервно рухаються у змінному магнітному полі довгого індуктора. В основу методики покладено чисельний метод кінцевих елементів, реалізований у пакеті програм Comsol. Проведено порівняльний аналіз нагріву зливка при різній частоті джерела живлення і для двох випадків: за наявності шихтованого магнітопроводу, прилеглого до зовнішньої сторони циліндричного індуктора, і без магнітопровода. Показано, що максимальне значення термомеханічного напруження в зливку досягається на його поверхні на виході з індуктора. При вибраній довжині індуктора (6 м) це значення не перевищує межі міцності матеріалу.

A computing technique is developed to determine and study the electromagnetic and thermal processes as well as thermomechanical stress at induction heating of cylindrical ingots continuously moving in alternating magnetic field of long inductor. The technique is based on finite-element method realized in program Comsol. The comparative analysis of ingot heating is carried out for different frequencies of supply source and for two cases: 1) at available laminated core that adjoins to external side of cylindrical inductor; 2) without core. As shown, the maximum value of thermomechanical stress in the ingot is on its surface at outlet from the inductor. At given inductor length (6 m) this value does not exceed ultimate strength of the material.