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Modélisation chauffage induction

Transports

Dans de nombreuses industries manufacturières, la modélisation du procédé de chauffage par induction joue un rôle important. Elle réduit les risques d’un mauvais choix de conception. Le caractère multiphysique reste bien présent dans ces simulations en électromagnétisme, thermique et mécanique.

Objectifs de la modélisation du chauffage induction

Une des applications industrielles de la modélisation de chauffage par induction est le frettage. C’est l’assemblage de deux pièces par un ajustement serré, dont le but peut être de transmettre un couple mécanique sur une pièce en rotation comme un rotor.

Dans ce cas l’enjeu demeure simple mais crucial : il faut correctement dimensionner la puissance injectée par des inducteurs. Ceci afin de suffisamment dilater l’alésage de la pièce qui va s’ajuster sur l’arbre en rotation, puis se rétracter en revenant à température ambiante.
Le principe physique de ces inducteurs est le même que celui utilisé dans les plaques de cuisson chez un particulier.

Résultat de la modélisation et informations obtenues

La simulation multiphysique du champ électromagnétique et du courant induit, du transfert thermique et de la déformation mécanique dans la pièce à dilater, permet de vérifier son dimensionnement pendant les phases de chauffe et de diffusion de la température. Cela apporte aussi les informations nécessaires pour choisir les bons paramètres du générateur de courant du premier coup.

La pièce se déforme juste assez pour réaliser l’assemblage mécanique, avec la marge nécessaire à ce type d’opération.

Champ électromagnétique du chauffage par induction

L’image permet de visualiser le champ magnétique créé par les inducteurs (lignes de champ en bleu).
Le courant induit dans la pièce s’affiche aussi (dégradé de couleurs de vert pour le minimum, à rouge pour le courant maximal juste sous les inducteurs).
Les pièces sont coupées sur un secteur à 90° pour une meilleure visualisation.

Dilatation de l'alésage pendant le frettage par induction

L’animation permet de visualiser l’élévation de température, avec la température maximale en jaune clair.
Elle s’affiche sur la géométrie déformée de la pièce au cours du temps (déformation amplifiée par rapport à la déformation réelle).

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