Розрахункове оцінювання пружно-пластичного деформування систем тіл при дії електромагнітного поля

Abstract

Статтю присвячено розрахунками електромагнітних полів (ЕМП) і напружено-деформованого стану (НДС) складених конструкцій з урахуванням контактної взаємодії. Велика кількість технічних і технологічних пристроїв працюють під дією ЕМП. У деяких випадках силова дія електромагнітного поля є настільки значимою, що вона може викликати незворотне деформування або руйнування елементів. Магнітно-імпульсна обробка матеріалів (МІОМ) є одним з найбільш яскравих прикладів силового дії ЕМП. Ефективність технологічної операції МІОМ визначається, з одного боку, працездатністю індуктора, а з іншого боку – виникненням в заготовці непружних деформацій. Розрахункові оцінки характеристик індуктора і процесу непружного деформування заготовки можуть бути виконані на основі розподілу характеристик НДС. Дана робота ілюструє реалізацію таких оцінок для одного класу технологічних систем, що складаються з складеного багатовиткового індуктора з допоміжним екраном, який розглядається разом із заготовкою, яка має вм'ятину. Завдання було вирішене за допомогою чисельного методу, заснованого на методі скінченних елементів (МСЕ). Особливості контактного взаємодії були враховані шляхом введення шарів контактних елементів. Розподіл компонентів НДС отримано з урахуванням розподілу EMП в квазістаціонарному наближенні для часового максимуму. Визначено раціональні значення деяких конструктивних і експлуатаційних характеристик технологічної системи.

The article deals with issues related to the calculation of electromagnetic fields (EM-fields) and the stress-strain state (SSS) of composite structures, taking into account contact deformation. A large number of technical and technological facilities work under the action of EM-fields. In some cases, the force action of the electromagnetic field is so significant that it can cause irreversible deformation or destruction of the elements. Electromagnetic forming (EMF) is one of the most striking examples of the force action of an EM-field. The efficiency of the technological operation of EMF is determined on the one hand by the efficiency of the inductor and on the other hand by the appearance in the workpiece of inelastic deformations. The calculation estimates of the inductor performance and inelastic deformation of the workpiece can be carried out on the basis of the distribution of the characteristics of the SSS. This work illustrates the implementation of such estimates for one class of technological systems consisting of a composite multi-turn inductor with an auxiliary screen, which is considered together with a workpiece that has a dent. The problem was solved by a numerical method, which is based on the finite element method. The peculiarities of contact interaction were taken into account by introducing layers of contact elements. The distribution of the components of the SSS is obtained taking into account the distribution of the EM-field in the quasi-stationary approximation for the time maximum. The rational values of some design and operational characteristics of the technological system are defined.