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Multiphysik des Induktionshärtens

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​Scharfes Anbraten für Simulanten – das richtige Härteprofil durch Induktionshärteprozesse

​Der Prozess des Induktionshärtens zeichnet sich aufgrund seines großen Temperaturmaximums bei etwa 1000°C durch hohe Nichtlinearitäten in den Bereichen Elektromagnetik, Temperaturfeld und Strukturmechanik aus. Besonders die Geschehnisse in der gehärteten Randschicht lasen sich dabei kaum analytisch prognostizieren. Im Rahmen dieses Seminars erlernen Sie die Definition der relevanten Nichtlinearitäten in ANSYS. Das inkludiert u.a. das Verhalten über Curie-Temperatur, die Einbettung von phasenabhängigen Dilatogrammen und anisotrope Materialeigenschaften. Die Durchführung sowie Auswertung der gekoppelten Analyse und die Untersuchung von prozessverbessernden Maßnahmen runden das Seminar ab.

ZIELGRUPPE

​Das Seminar richtet sich an Anwender des Induktionshärtens, die bereits erste Erfahrungen mit elektromagnetisch-thermischen Simulationen gesammelt haben und zusätzlich mechanische Aspekte (Eigenspannungen, Gefügeumwandlung, usw.) betrachten wollen.

IHR NUTZEN

​Erlernen der Grundlagen der Simulation des Induktionshärtens:

  • Anwendung der nichtlinearen Wechselstromanalyse
  • Definition von nichtlinearen Materialdaten
  • Berücksichtigung phasenabhängiger Dilatogramme
  • Visualisierung der Orte der Phasenumwandlung
  • Auswertung verbleibender Eigenspannungen und Dehnungen

Agenda

Tag 1

„Ich hab‘ da mal was vorbereitet“

Bidirektionale Kopplung – Fokus Maxwell

  • ​Harmonischer Löser für nicht-lineare Materialien
  • Thermal Modifier
  • Temperaturvorgabe in Maxwell
  • Auswertung von Wirbelströmen und Wärmequellen
  • Übung: Wirbelströme in Bratpfanne

Bidirektionale Kopplung – Fokus Mechanical

  • ​Nichtlineare thermische Eigenschaften
  • Anisotrope Materialeigenschaften
  • Definition und Zuweisung von zylindrischen Koordinatensystemen
  • Export des Temperaturfeldes nach Lösung
  • Verwendung des Feedback-Iterator für stationären Zustand
  • Übung: Induktive Erwärmung einer Bratpfanne (statisch)

Auftauen der nötigen APDL-Kenntnisse

  • ​*DO-Schleifen
  • *IF-Abfragen
  • D-Kommandos
  • Datenstruktur „Projektverzeichnis“
  • MP-Materialdefinition
  • Übung: Transiente Erwärmung eines Quaders

Von stationärer zu transienter Analyse

  • ​Entwicklung einer APDL-Routine zur Umschaltung
  • Wechsel des Analysetyps (statisch – transient)
  • Export und Import von Temperaturdateien
  • Rückgabe der transienten Temperatur an Maxwell
  • Übung: Induktive Erwärmung einer Bratpfanne (transient)

Tag 2

Abschmecken und Servieren

Kopplung an Strukturmechanik

  • ​Mechanische Randbedingungen in ANSYS Mechanical
  • Lasteintrag aus geschriebenen Temperaturdateien per APDL
  • Auswertung von Verzügen und Eigenspannungen
  • Übung: Verformung der erwärmten Bratpfanne

Definition der Phasenumwandlung - Härten

  • ​Änderung der Materialdaten bei Austenitisierung
  • Einpflegen von phasenabhängigen Dilatogrammen
  • Erweiterung der sonstigen Materialdaten durch Phasenabhängigkeit
  • Definition des gehärteten Gefüges (Spannungs-Dehnungs-Kennlinie, Dilatogramme)
  • Übung: zu stark induktiv erhitzte Bratpfanne (> 800°C)

Auswertung der mechanischen Analyse

  • ​Betrachtung von verbleibenden Spannungen und Dehnungen aus dem Härteprozess
  • Begutachtung der mechanischen Randbedingungen
  • Visualisierung der gehärteten Bereiche
  • Übung: zu stark induktive erhitzte Bratpfanne (> 800°C)

Technologische Verbesserung des Induktionsprozesses – Tipps und Tricks

  • ​Technologische Begutachtung des Prozesses
    Ideen für Prozessalternativen
  • Was sind Feldführungselemente?
  • Die Wahl der richtigen Frequenz
  • Energiesparen durch Einsatz einer hohen Leistung – wie kann das passen?

ERGÄNZENDE VERANSTALTUNGEN