L'evoluzione degli standard per i materiali fabbricati con additive manufacturing sta creando una crescente domanda di test su piccoli campioni a temperature elevate. Scopri come MTS e TRUMPF hanno utilizzato la simulazione multiphysica per prevedere le prestazioni dei design di maniglie e bobine di riscaldamento prima di costruire prototipi fisici per i test di fatica termomeccanica dei materiali additivi.
Panoramica della Simulazione TMF
Sebbene MTS avesse già sviluppato un'impugnatura brevettata per test su piccoli campioni con una capacità di carico statica di 2,2 kN e una capacità di carico dinamica di 1,1 kN per applicazioni di trazione e di fatica completamente invertita, questa applicazione richiedeva una maggiore capacità di carico. Per questa simulazione, la soluzione proposta consisteva in un'impugnatura meccanica con una capacità di 5 kN in carico di fatica completamente invertito e in una bobina di induzione a forcella aperta.
Requisiti di Simulazione
Le caratteristiche della simulazione multiphysica includevano:
- Capacità di implementare simulazioni 2D e 3D a seconda della geometria della prova e della bobina
- Campo elettromagnetico della bobina di induzione generalmente simulato come un problema nel dominio delle frequenze
- Campo termico all'interno della prova può essere simulato sia come stazionario che come transitorio
- I campi termici e magnetici possono essere accoppiati tramite proprietà materiali dipendenti dalla temperatura, come la conduttività elettrica, la permeabilità relativa, la conduttività termica e la capacità termica specifica
- Considerazione del trasferimento di calore tramite radiazione, convezione e conduzione
- Considerazione degli effetti di estremità dovuti alla presa delle estremità della prova, che si attaccano a maniglie potenzialmente raffreddate ad acqua
Requisiti specifici aggiuntivi per l'applicazione di riscaldamento:
- Temperatura massima raggiungibile: 900°C
- Tassi di aumento per riscaldamento e raffreddamento: 30 K/s
- Distribuzione uniforme della temperatura lungo la lunghezza della sonda: entro 10 K
Risultati della Simulazione
Con questa simulazione, MTS e TRUMPF hanno ottenuto i seguenti risultati:
- Temperatura fino a 900°C
- Tassi di riscaldamento fino a 30 K/s
- I tassi di raffreddamento erano fortemente dipendenti dai valori di temperatura alle maniglie
- Delta T lungo la lunghezza della sonda era di 14,8 K; una migliore uniformità potrebbe essere ottenuta attraverso ulteriori iterazioni nel design della bobina
- Bobina a forma di forchetta con fronte aperto soddisfaceva la maggior parte delle esigenze di riscaldamento e tutte le esigenze di accessibilità
Conclusione
La simulazione è un modo efficiente e a basso costo per valutare i design proposti per le maniglie e le bobine di riscaldamento prima di costruire prototipi fisici. MTS e TRUMPF possono utilizzare un design basato su modelli per identificare le aree di rischio e migliorare i progetti dei componenti per i test TMF dei materiali fabbricati con additive manufacturing.
