Évolution des normes pour les matériaux fabriqués par additive générant une demande croissante pour des essais sur petits échantillons à haute température. Découvrez comment MTS et TRUMPF ont utilisé la simulation multiphysique pour prédire la performance des conceptions de prises et de bobines de chauffage avant de construire des prototypes physiques pour les essais de fatigue thermomécanique des matériaux fabriqués par additive.
Aperçu de la simulation TMF
Bien que MTS ait déjà développé une prise brevetée pour les essais de petits échantillons avec une capacité de charge statique de 2,2 kN et une capacité de charge dynamique de 1,1 kN pour les applications de traction et de fatigue complètement inversée respectivement, cette application nécessitait une capacité de charge supérieure. Pour cette simulation, la solution proposée consistait en une prise mécanique classée à 5 kN en charge de fatigue complètement inversée et une bobine d'induction de type fourche ouverte.
Exigences de simulation
Les caractéristiques de la simulation multiphysique comprenaient :
- Capacité à déployer des simulations 2D et 3D en fonction de la géométrie de l'échantillon et de la bobine
- Champ électromagnétique de la bobine d'induction généralement simulé comme un problème en domaine de fréquence
- Champ thermique à l'intérieur de l'échantillon pouvant être simulé soit comme stationnaire, soit comme transitoire
- Champs thermique et magnétique pouvant être couplés via des propriétés matérielles dépendant de la température, telles que la conductivité électrique, la perméabilité relative, la conductivité thermique, la capacité thermique spécifique
- Prise en compte du transfert de chaleur par radiation, convection et conduction
- Prise en compte des effets de bord dus à la prise des extrémités de l'échantillon qui se fixent à des prises potentiellement refroidies par eau
Exigences spécifiques supplémentaires pour l'application de chauffage :
- Température maximale atteignable : 900°C
- Taux de montée pour le chauffage et le refroidissement : 30 K/s
- Distribution de température uniforme sur la longueur de mesure : dans les 10 K
Résultats de simulation
Avec cette simulation, MTS et TRUMPF ont obtenu les résultats suivants :
- Température jusqu'à 900°C
- Taux de chauffage allant jusqu'à 30 K/s
- Les taux de refroidissement étaient fortement dépendants des valeurs de température aux prises
- Delta T sur la longueur de mesure était de 14,8 K, une meilleure uniformité pourrait être atteinte grâce à des itérations supplémentaires de conception de bobine
- Bobine en forme de fourche avec front ouvert répondait à la plupart des exigences de chauffage et à toutes les exigences d'accessibilité
Conclusion
La simulation est un moyen efficace et peu coûteux d'évaluer les conceptions proposées de prises et de bobines de chauffage avant de construire des prototypes physiques. MTS et TRUMPF peuvent utiliser la conception basée sur des modèles pour identifier les zones de risque et améliorer les conceptions des composants pour les essais de fatigue thermomécanique des matériaux fabriqués par additive.
