付加製造材料の標準が進化する中で、高温での小型試験に対する需要が高まっています。MTSとTRUMPFが、物理的なプロトタイプを構築する前に、グリップと加熱コイルの設計性能を予測するためにマルチフィジックスシミュレーションをどのように活用したかを学びましょう。これは、付加製造材料の熱機械疲労（TMF）試験のためです。.
TMFシミュレーション概要
MTSはすでに、引張および完全反転疲労アプリケーションにそれぞれ2.2 kNの静的および1.1 kNの動的荷重容量を持つ小型試料テスト用の特許取得済みグリップを開発していましたが、このアプリケーションではより高い荷重容量が必要でした。このシミュレーションのために提案されたソリューションは、完全反転疲労荷重で5 kNの評価を受けた機械式グリップと、オープンフォークスタイルの誘導コイルで構成されていました。
シミュレーション要件
マルチフィジックスシミュレーションの特性には以下が含まれます：
- 試料とコイルの形状に応じて2Dおよび3Dシミュレーションを展開できる能力
- 誘導コイルの電磁場は通常、周波数領域の問題としてシミュレーションされる
- 試料内部の熱場は、定常または過渡的にシミュレーションできる
- 熱場と磁場は、電気伝導率、相対透磁率、熱伝導率、比熱容量などの温度依存の材料特性を介して結合できる
- 放射、対流、および伝導を介した熱伝達の考慮
- 水冷式のグリップに取り付けられる試料の端を掴むことによる端効果の考慮
加熱用途のための追加の特定要件：
- 達成可能な最大温度：900°C
- 加熱および冷却の勾配率：30 K/s
- ゲージ長さにわたる温度分布の均一性：10 K以内
シミュレーション結果
このシミュレーションにより、MTSとTRUMPFは以下の結果を達成しました：
- 温度は900°Cまで
- 加熱率は30 K/sまで
- 冷却率はグリップでの温度値に強く依存していた
- ゲージ長さにおけるデルタTは14.8 Kで、追加のコイル設計の反復を通じてより良い均一性を達成できた
- 前面が開いたフォーク型コイルは、ほとんどの加熱要件およびすべてのアクセス要件を満たした
結論
シミュレーションは、物理的プロトタイプを構築する前に提案されたグリップおよび加熱コイルの設計を評価するための効率的で低コストな方法です。MTSとTRUMPFは、モデルベースの設計を使用してリスクのある領域を特定し、付加製造材料のTMFテストのためのコンポーネント設計を改善できます。
