連成解析 誘導加熱による歯車の焼入れ

概 要

時間変動する電流を流し、歯車の発熱密度分布及び温度分布を求めます。 比透磁率は温度に依存する(強連成)場合と、 依存しない(弱連成)場合について解析を行いました。

図1に解析対象を示します。

概要図

             図1.概要図

●使用したモジュール
「PHOTO-EDDYjωとTHERMOの連成」
本モジュールは発熱ファイルを介さず自動で解析することができます。

図2、図3に解析で使用したメッシュデータを示します。

メッシュ図全体 メッシュ図解析対象
    図2.メッシュ図 全体      図3.メッシュ図 解析対象

解析条件

1.磁場解析(PHOTO-EDDYjω)

○電気・磁気特性
空気 比透磁率
1.0
電気伝導率
0.0[S/m]
コイル 比透磁率
1.0
電気伝導率
0.0[S/m]
金属 比透磁率
温度依存(下図)
電気伝導率
5.0×106[S/m]

比透磁率の温度依存性
        図4.比透磁率の温度依存性
         ※1仮想的な物性値としています。

○入力条件
電流値
2000[A]
周波数
100[kHz]


2.熱伝導解析(PHOTO-THERMO)

○熱特性
  空気、コイル
熱伝導率
0.0256[W/mK]
比熱
1000[J/kgK]
質量密度
1.161[kg/m3]

  金属
熱伝導率
50[W/mK]
比熱
461[J/kgK]
質量密度
7800[kg/m3]

○入力条件
発熱温度
磁場解析の結果を使用
時刻ステップ
5.0秒間(0.25秒ピッチ、20ステップ)

解析結果

磁束密度 実部 磁束密度 虚部

       (a)実部             (b)虚部
              図5.磁束密度[T]

発熱密度分布 温度依存性あり(強連成) 発熱密度分布 温度依存性なし(弱連成)

  (a) 温度依存性あり(強連成)      (b) 温度依存性なし(弱連成)※1
           図6.発熱密度分布[W/m3]

  ※1:最初に計算された発熱密度が最終ステップまで使用されます。

発熱量[W]の時間変化

             図7.発熱量[W]の時間変化

※1:1ステップ目のみ発熱を計算※2:温度による物性値の変化が生じたときに発熱を計算 各ステップで使用されている発熱量がプロットされています。毎ステップにおいて発熱が計算 されているわけではありません。

温度分布 温度依存性あり(強連成) 温度分布 温度依存性なし(弱連成)
  (a) 温度依存性あり(強連成)     (b) 温度依存性なし(弱連成)
             図8.温度分布[℃]

使用したソフトウェア

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