Numerické modelování úloh s interakcí fyzikálních polí a obvodů

Ing. Lukáš KOUDELA

Disertační práce

Numerical modeling and optimization of hot pressing

Anotace:

Tato dizertační práce se zabývá modelováním magneto-termo-elastických procesů, kterými je potřeba se zabývat při ohřevu v oboru tepelné upínací techniky. Popisuje termoelastický jev jako fyzikální proces, který je využíván ke spojování stopek nástrojů a tepelných upínačů. Dále jsou uvedeny principy, výhody a omezení dané technologie v porovnání s dalšími možnostmi upínání. Práce se zaměřuje na definici matematického modelu sdružené úlohy, která se skládá ze tří fyzikálních polí (magnetické, teplotní a pole termoelastických posuvů či deformací), mezi kterými jsou vazby vzhledem k teplotním závislostem nelineárního charakteru použitých materiálů. Možnosti daného matematického modelu jsou demonstrovány na numerickém řešení zvoleného ilustrativního příkladu rotačního indukčního ohřevu pomocí metody konečných prvků vyššího řádu přesnosti. Výsledky jsou verifikovány prostřednictvím provedených experimentálních měření. Současně jsou využity optimalizační algoritmy pro zlepšení dosažitelných parametrů tepelného upínání. Závěrem jsou stanoveny směry dalšího výzkumu a trendy pokračování práce v dané oblasti.

Abstract:

This thesis deals with the numerical modeling of magneto-thermo-elastic processes that needs to be considered during heating in the field of thermal clamping technology. Thermoelastic phenomenon is described as a physical process, which is used for connecting the tool shanks and thermal chucks. The principles, advantages and limitations of this technology are described in comparison with other clamping options. The main part of the work focuses on the definition of the mathematical model of this coupled problem, which consists of three physical fields (magnetic, thermal and thermoelastic displacement or deformation field), with mutual interactions due to temperature dependencies of the used materials exhibiting nonlinear characters. Possibilities of the mathematical model are demonstrated on the numerical solution of an illustrative example of rotation induction heating using the higher order finite element method. The results are verified by the experimental measurements. The optimization algorithms are also used to improve the parameters of thermal clamping. Finally, the directions for further research and the trends of next work in the area are established.

Klíčová slova

Tepelné upínání, indukční ohřev, feromagnetický materiál, nelineární sdružená úloha, magnetické pole, teplotní pole, pole termoelastických deformací, numerická analýza, metoda konečných prvků vyššího řádu přesnosti, Agros2D

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 15. 4. 2015

Zveřejnit od: 31. 12. 2999

Obhajoba závěrečné práce

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI

Fakulta elektrotechnická

Doktorský studijní program / obor:
Elektrotechnika a informatika / Elektrotechnika