ЧИСЕЛЬНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРИ РОЗРАХУНКАХ ТЕХНОЛОГІЧНИХ СИСТЕМ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ОБРОБКИ. ЧАСТИНА І: РОЗПОВСЮДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО ПОЛЯ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2078-9130.2024.1.314367Ключові слова:
чисельне моделювання, розрахунковий аналіз, електромагнітне поле, деформування, електромагнітна формовка, метод скінченних елементів.Анотація
У статті розглянуто проблему чисельного моделювання при розрахунках розповсюдження електромагнітного поля у системах електромагнітної формовки. З проведеного аналізу відкритих інформаційних джерел випливає, що проблема чисельного моделювання при створенні нових технологічних операцій електромагнітної формовки або при удосконаленні вже існуючих є актуальною у науковому та практичному сенсі. Це пов’язано із необхідністю виконувати адекватний чисельне моделювання розрахунковий аналіз технологічних систем і технологічних операцій на етапі створення та удосконалення. Стосовно технологічних систем електромагнітної обробки розрахункові схеми і моделі повинні надавати змогу досліджувати розповсюдження нестаціонарного електромагнітного поля та досліджувати процеси нелінійного деформування технологічних елементів, яке викликано силовою взаємодією наведеного електромагнітного поля із полем джерела. Адекватне чисельне моделювання повинно спиратись на відповідні розрахункові процедури, основою для яких є чисельні методи. У статті обґрунтовано необхідність використання чисельних методів для проведення розрахункового аналізу, які дозволяють створювати розрахункові схеми наближені до реальності у більшій мірі у порівнянні із випадком використання аналітичних підходів та методів. Найбільш ефективним чисельним методом є метод скінченних елементів, який дозволяє проводити аналіз нестаціонарного електромагнітного поля та деформування в рамках однієї і тієї ж розрахункової схеми. У цьому випадку в рамках методу скінченних елементів можуть бути створені ітераційні схеми, що дозволяють враховувати нелінійні ефекти. Тут нелінійні ефекти можуть бути обумовлені залежністю механічних та електрофізичних властивостей матеріалу від температури, пластичним характером деформування, а також необхідністю обліку контактних явищ. Наведено результати з моделювання розповсюдження електромагнітного поля одновиткового індуктора.
Посилання
Lange K., Pöhlandt K. (Eds.). Handbook of metal forming. New York et al.: McGraw-hill. London, 1985. Vol. 8. 900 p.
Herlach F. Strong and ultrastrong magnetic fields and their applications. Berlin, 1985. Vol. 57. 367 p.https://doi.org/10.1007/3-540-13504-9
Mamalis A. G., Manolakos D. E., Kladas A. G., Koumoutsos A. K. Electromagnetic forming and powder processing: trends and developments. Applied Mechanics Reviews. 2004, vol. 57, no. 4, pp. 299–324. https://doi.org/10.1115/1.1760766
Rudnev V., Loveless D., Cook R. L. Handbook of induction heating. New York, 2017. 772 р. https://doi.org/10.1201/9781315117485
Belyy I. V., Fertik S. M., Khimenko L. T. Spravochnik po magnitno-impul'snoy obrabotke metallov. [Handbook on magnetic-pulse processing of metals.] Kharkov, 1977. 188 p.
Psyk V., Risch D., Kinsey B. L., Tekkaya A. E., Kleiner M. Electromagnetic forming – a review. Journal of Materials Processing Technology. 2011, vol. 211, no. 5, pp. 787–829. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2010.12.012
Thomas J. D., Triantafyllidis N. On electromagnetic forming processes in finitely strained solids: Theory and examples. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 2009, no. 57(8), pp. 139–1416. https://doi.org/10.1016/j.jmps.2009.04.004
Mamalis A. G., Manolakos D. E., Kladas A. G., Koumoutsos A. K. Electromagnetic forming tools and processing conditions: numerical simulation. Materials and Manufacturing Processes. – 2006. – no. 21(4). – pp. 411–423. https://doi.org/10.1080/10426910500411785
Podol’cev A. D., Kucheryavaya I. N. Elementy teorii I chislennogo analiza electromagnitnykh processov v provodyaschikh sredakh [Elements of the theory and numerical calculation of electromagnetic processes in conducting media]. Kiev, 1999. 362 p.
Stiemer M., Unger J., Svendsen B., Blum H. Algorithmic formulation and numerical implementation of coupled electromagnetic-inelastic continuum models for electromagnetic metal forming. International journal for numerical methods in engineering. 2006, no. 68 (13), pp. 1301–1328. https://doi.org/10.1002/nme.1738
Stiemer M., Unger J., Svendsen B., Blum H. An arbitrary Lagrangian Eulerian approach to the three-dimensional simulation of electromagnetic forming. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. – 2009. – no. 198 (17–20). – pp. 1535–1547. https://doi.org/10.1016/j.cma.2009.01.014
Batygin Y. V., Golovashchenko S. F., Gnatov A. V. Pulsed electromagnetic attraction of sheet metals–fundamentals and perspective applications. Journal of Materials Processing Technology. 2013, vol. 213, no. 3, pp. 444–452. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2012.10.003
Batygin Y. V., Golovashchenko S. F., Gnatov A. V. Pulsed electromagnetic attraction of nonmagnetic sheet metals. Journal of Materials Processing Technology. 2014, vol. 214, no. 2, pp. 390–401. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2013.09.018
Altenbach H., Morachkovsky O., Naumenko K., Lavinsky D. Inelastic deformation of conductive bodies in electromagnetic fields. Continuum Mechanics and Thermodynamic. 2016, vol. 28, no. 5. рр. 1421–1433. https://doi.org/10.1007/s00161-015-0484-8
Lavinskii D. V., Morachkovskii O. K. Elastoplastic Deformation of Bodies Interacting Through Contact Under the Action of Pulsed Electromagnetic Field. Strength of Materials. 2016, vol. 48, no. 6. pp. 760–767. https://doi.org/10.1007/s11223-017-9822-3
