АКСІАЛЬНО-СИМЕТРИЧНА МОДЕЛЬ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ІНДУКТОРА ДЛЯ ЗМЕНШЕННЯ ЗАЛИШКОВИХ НАПРУЖЕНЬ У ЗВАРНИХ З’ЄДНАННЯХ АЛЮМІНІЄВИХ ПЛАСТИН

Анотація

Зварні шви в металевих конструкціях схильні до утворення залишкових напружень, що значно знижує їхні міцнісні характеристики та довговічність. Традиційні методи зменшення цих напружень часто є трудомісткими або недостатньо ефективними. У цьому контексті перспективним напрямом є застосування імпульсного електромагнітного поля (ІЕМП), яке дає змогу знизити рівень залишкових напружень. У даному дослідженні представлено комплексний підхід до вивчення процесів, що відбуваються під час імпульсної електромагнітної обробки зварних з'єднань. Основну увагу приділено розробці аксіально-симетричної моделі магнітного поля індуктора та аналізу його впливу на алюмінієві пластини. Метою наукової роботи є встановлення розподілу магнітних сил і густини вихрових струмів в алюмінієвій пластині за допомогою аксіально-симетричної моделі індуктора, реалізованої методом скінченних елементів з явним урахуванням ефекту близькості провідників обмотки та витіснення струму, аналіз впливу екрануючої пластини на інтенсифікацію цих параметрів та верифікація отриманих результатів шляхом порівняння результатів чисельного моделювання з експериментальними даними. Розроблено аксіально-симетричну модель індукційної системи в циліндричній системі координат на основі системи рівнянь Максвелла. Розрахунок імпульсного струму в обмотці індуктора виконано з використанням рівняння електричного кола за другим законом Кірхгофа та електромагнітної моделі, реалізованої в ANSYS Maxwell 2D. Розподіл об’ємної густини магнітної сили в об’ємі пластини розраховується як сила Лоренца, використовуючи стандартну форму дивергенції тензора Максвелла. Проаналізовано вплив екрануючої пластини на інтенсифікацію магнітних сил, густини струму та магнітного тиску. Задля верифікації результатів проведено порівняння чисельного моделювання з експериментальними даними, що були опубліковані раніше. Визначено опір та індуктивність системи для різних частот струму за наявності та відсутності екрануючої пластини. Встановлено моменти максимуму амплітудних значень напруженості магнітного поля, густини вихрових струмів, густини магнітної сили та магнітного тиску. Проаналізовано розподіл густини вихрових струмів, густини магнітної сили та напруження магнітних сил по радіальній координаті на поверхні пластини. Результати моделювання узгоджуються з експериментальними даними, що підтверджує адекватність моделі. Бібл. 17, рис. 9.