A coupled multi-physics model for induction heat treatment processes

• Autorzy: Cardinaux D. , Bay F. , Chastel Y.

Warianty tytułu

PL

Wielofizyczny model obróbki cieplnej z nagrzewaniem indukcyjnym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Several multi-physics problems are coupled in induction heat treatment processes. This makes them often difficult to control and understand. For instance, anticipations or minimizing distortions generated by such a process usually may require long and costly try-outs. A specific computational tool has been developed to help designing and optimizing this class of heat treatment operations. The tool is based on a multi-physics model which couples electromagnetic equations, heat transfer, mechanical response of the material, and metallurgical phase changes. This paper gives a short presentation of this tool. Emphasis is placed on analyzing which phenomena have to be taken into account. Simulations of the induction heating of a crankshaft are also presented.

PL

Obróbka cieplna z nagrzewaniem indukcyjnym obejmuje szereg zjawisk fizycznych. W konsekwencji ten proces jest trudny do sterowania i zrozumienia. Przykładowo, przewidywanie i minimalizacja zniekształcenia wyrobu wywołanego nagrzewaniem indukcyjnym wymaga wielu kosztownych prób. Opracowano dedykowane narzędzie numeryczne dla wspomagania projektowania tego typu operacji obróbki cieplnej. Narzędzie opiera się na wielo fizycznym modelu, który łączy równania elektromagnetyczne, transportu ciepła, mechanicznej odpowiedzi materiału i metalurgicznego opisu przemian fazowych. W artykule opisano podstawy modelu. Nacisk położono na ocenę, które mają najistotniejsze znaczenie i powinny być uwzględnione w analizie. Zaprezentowano wyniki symulacji nagrzewania indukcyjnego wału korbowego.

Słowa kluczowe

EN

multi-physics coupling; electromagnetism; metallurgy; finite elements; heat transfer; solid mechanics

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 10, No. 4
• Strony: 307--312
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Cardinaux D.

autor

Bay F.

autor

Chastel Y.

• MINES ParisTech, CEMEF - Centre de Mise en Forme des Materiaux, CNRS UMR 7635, 06904 Sophia Antipolis Cedex, France,

Bibliografia

• Aliaga, C, 2000, Simulation numérique par elements finis en 3D du comportement thermomécanique au cours du traitement thermique d'aciers: application à la trempe de pièces forgées ou coulées, PhD Thesis, ENSMP.
• Avrami, M., 1939, Kinetics of phase change I: general theory, J. Chem. Phys., 7, 1103-1112.
• Avrami, M., 1940, Kinetics of phase change II: transformation-time relations for random distribution nuclei, J. Chem. Phys., 8, 212-224.
• Avrami, M., 1941, Kinetics of phase change III: Granulation, phase change and microstructure, J. Chem. Phys., 9, 177-184.
• Bay, F., Labbé, V., Favennec, Y., Chenot, J.-L., 2002, A numerical model for induction heating processes coupling electromagnetism and thermomechanics, International Journal for Numerical Methods in Engineering, 58, 839-867.
• Bossavit, A., 1993, Electromagnctisme en vue de la modélisation, Mathématiques et applications, 14, Springer-Verlag, Paris, France.
• Chenot, J. L., Bay F., 2005, Modeling of metal forming processes and multi-physics coupling, COMPLAS VIII, International Conference on Computational Plasticity, Barcelona.
• Denis, S., Simon, A., 1986, Discussion on the role of transformation plasticity in the calculation of quench stresses, Conference proceedings of Int. Conf. Residual Stresses, Garmish, 1-9.
• Gie, H., Sarmant, J. P., 1985, Electromagnétisme, 1-2, Collection des Sciences Physiques, Technique et Documentation, Lavoisier.
• Johnson, W.A., Mehl, R.F., 1939, Reaction kinetics in processes of nucleation and growth, Trans AIME, 135, 416-458.
• Koistinen, D.P., Marburger, R.E., 1959, A general equation prescribing extent of the austenite-martensite transformation in pure iron-carbon alloys and plain carbon steels, Acta Metallurgica, 7, 59-60.
• Nédélec, J. C, 1986, A new family of mixed finite elements in R3, Numer. Math., 50, 57-81.
• Niclas, A., 1998, Prise en compte des gradients de propriétés liés au traitement thermique dans le dimensionnement des pièces mécaniques, PhD Thesis, ENSAM Paris.
• Rudnev, V., Loveless, D., Cook, R., Black, M., 2003, Handbook of induction heating, Marcel Dekker, New York.