A evolução dos padrões para materiais fabricados por adição está gerando uma demanda crescente por testes de pequenos espécimes em altas temperaturas. Descubra como a MTS e a TRUMPF usaram simulação multifísica para prever o desempenho dos projetos de gripes e bobinas de aquecimento antes de construir protótipos físicos para testes de TMF em materiais fabricados por adição.
Visão Geral da Simulação TMF
Embora a MTS já tivesse desenvolvido um grip patenteado para testes de pequenos espécimes com capacidade de carga estática de 2,2 kN e capacidade de carga dinâmica de 1,1 kN para aplicações de tração e fadiga totalmente reversa, essa aplicação exigia uma maior capacidade de carga. Para esta simulação, a solução proposta consistia em um grip mecânico classificado em 5 kN em carregamento de fadiga totalmente reverso e uma bobina de indução em estilo de garfo aberto.
Requisitos de Simulação
As características da simulação multifísica incluíram:
- Capacidade de realizar simulações 2D e 3D dependendo da geometria do espécime e da bobina
- Campo eletromagnético da bobina de indução tipicamente simulado como um problema de domínio de frequência
- Campo térmico dentro do espécime pode ser simulado como estacionário ou transitório
- Campos térmicos e magnéticos podem ser acoplados através de propriedades materiais dependentes da temperatura, como condutividade elétrica, permeabilidade relativa, condutividade térmica e capacidade calorífica específica
- Consideração da transferência de calor por radiação, convecção e condução
- Consideração dos efeitos de extremidade devido à fixação das extremidades do espécime que se conectam a garras potencialmente resfriadas a água
Requisitos adicionais específicos para a aplicação de aquecimento:
- Temperatura máxima alcançável: 900°C
- Taxas de aquecimento e resfriamento: 30 K/s
- Distribuição uniforme de temperatura ao longo do comprimento do gage: dentro de 10 K
Resultados da Simulação
Com esta simulação, a MTS e a TRUMPF alcançaram os seguintes resultados:
- Temperatura de até 900°C
- Taxas de aquecimento de até 30 K/s
- Taxas de resfriamento foram fortemente dependentes dos valores de temperatura nas garras
- Delta T ao longo do comprimento do gage foi de 14,8 K, melhor uniformidade poderia ser alcançada através de iterações adicionais no design da bobina
- Bobina em forma de garfo com frente aberta atendeu à maioria dos requisitos de aquecimento e a todos os requisitos de acessibilidade
Conclusão
A simulação é uma maneira eficiente e de baixo custo de avaliar os projetos propostos de garras e bobinas de aquecimento antes de construir protótipos físicos. A MTS e a TRUMPF podem usar design baseado em modelos para identificar áreas de risco e melhorar os designs de componentes para testes de TMF em materiais fabricados por adição.
