Исследование условий получения жидкой фазы титановых сплавов внутри цилиндрических тел при индукционном нагреве

• Автор: Масликов, Павел Александрович
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 147 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ И ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ
1.1. Состояние и перспективы развития производства литых изделий из титановых сплавов
1.2. Основная идея и описание предлагаемой технологии получения жидкой фазы титановых сплавов внутри цилиндрических заготовок
на воздухе и при нормальном давлении при индукционном нагреве
1.3. Постановка задачи
Выводы по главе
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СОПРЯЖЕННЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ И ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ НЕМАГНИТНЫХ ТЕЛАХ
Выводы по главе
3. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РАСПЛАВА ВНУТРИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЗАГОТОВКИ ИНДУКЦИОННЫМ МЕТОДОМ
3.1. Одномерная численная модель системы электромагнитной обработки титановых сплавов для получения расплава внутри цилиндрической заготовки, разработанная в программном пакете ANSYS
3.2. Двумерная численная модель системы электромагнитной обработки титановых сплавов для получения расплава внутри цилиндрической заготовки индукционным методом, разработанная в программном пакете UNIVERSAL 2D
3.3. 20-модель сопряженных электромагнитных и тепловых полей, разработанная в программном пакете ANSYS, для исследования

процесса образования расплава внутри слитка
3.4. Сравнение результатов моделирования в программных пакетах ANSYS и UNIVERSAL 2D
3.5. Подбор оптимальных входных параметров режима работы индукционной системы для образования расплава внутри титановой
заготовки в программном пакете ANSYS на частоте 4 кГц
Выводы по главе
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ РАСПЛАВА ВНУТРИ ТИТАНОВЫХ СЛИТКОВ РАЗНЫХ ВЫСОТЫ И ДИАМЕТРА НА ВОЗДУХЕ ПРИ НОРМАЛЬНОМ ДАВЛЕНИИ
4.1. Исследования нагрева титановых заготовок 020x30мм и 030x35мм
на лабораторном макете
4.2. Исследования нагрева титановых заготовок 060x100мм на экспериментальной установке с целью получения расплава внутри слитка на частоте 4 кГц
4.3. Дополнительные исследования электромагнитной системы
воздействия на металлы для оценки роли МГД процессов на высокой
частоте
Выводы по главе
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МГД ПРОЦЕССОВ НА
ФОРМИРОВАНИЕ ВАННЫ РАСПЛАВА ВНУТРИ ТИТАНОВОГО СЛИТКА ПРИ ИНДУКЦИОННОМ НАГРЕВЕ
5.1. Математическое описание движения расплава под воздействием силы электромагнитного поля
5.2. Двумерная численная модель сопряженных тепловых и
магнитогидродинамических процессов в слитке в осесимметричной постановке, разработанная в программном пакете FLUENT
5.3. Двумерная численная модель системы электромагнитной обработки титановых сплавов с имитацией расчета гидродинамической задачи,

разработанная в программном пакете А1Ч8У
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

объему заготовки. Для создания предпосылок для решения тепловой задачи электрический расчет должен дать количественную картину распределения электромагнитного поля в объеме нагреваемого тела. В тоже время, в процессе электрического расчета определяются интегральные параметры индукционной установки, характеризующие ее как потребителя энергии. Указанные задачи являются наиболее общими при моделировании любой индукционной нагревательной системы, и без их решения невозможен сколько-нибудь точный анализ процесса нагрева. Конкретизация требований, которым должна удовлетворять математическая модель, связана с анализом особенностей исследуемой индукционной системы.
После решения электрической задачи, происходит формирование массива внутренних источников теплоты в узлах пространственной сетки загрузки. Одновременно задаются граничные условия для тепловой задачи, причем на торцах и поверхности заготовки условия теплообмена могут быть разными. В дальнейшем производится расчет температурного поля в заготовке, как с внутренними источниками теплоты, так и без них. После чего полученные данные обрабатываются. В программе после каждого шага по времени при решении тепловой задачи предусмотрена проверка радиальных температурных перепадов. В случае, когда максимальный перепад превышает заданную величину, определяемую из условия ограничения термонапряжений, происходит уменьшение мощности нагрева (увеличение числа витков индуктора или снижение напряжения на индукторе) и расчет осуществляется заново. Информация о распределении полей источников и температуры выводится в виде массивов чисел или в графической форме.
При разработке моделей расчета сопряженных электромагнитных и тепловых полей использовать модульный принцип, предполагающий создание специализированной библиотеки стандартных подпрограмм для решения задач индукционного нагрева. На базе этой библиотеки создаются модели, учитывающие те или иные особенности технологического процесса, различные режимы нагрева, возможность нагрева заготовок различных материалов [26,42].