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誘導加熱解析事例

連成 有限要素法 周波数応答 過渡応答

誘導加熱炉の連成解析

交流電源に接続されたコイルの中に金属等の
導体を置くと、コイルと導体は離れているにも
かかわらず導体の表面が発熱します。これは
誘導現象による表皮効果で、導体の表面付近
に高密度の渦電流が発生し、そのジュール熱で
導体の表面が発熱したからです。
今回は、コイルと金属で構成されるモデルでこの
渦電流の発生している様子をF-MAGを使用して
シミュレーションしてみました。
誘導加熱解析モデル
※ 金属に使用した非線形磁化特性は
  右図の通りです。
非線形磁化特性

解析結果は下図の通りです。

誘導加熱解析 磁束密度分布 誘導加熱解析 磁束密度
磁束密度分布コンター図 (金属部分) 磁束密度ベクトル線図 (金属部分)
誘導加熱解析 渦電流密度分布 誘導加熱解析 渦電流密度分布
渦電流密度分布コンター図(金属部分) 渦電流密度ベクトル線図(金属部分)
誘導加熱解析 発熱密度
発熱密度分布コンター図(金属部分)

熱伝導/熱応力連成解析

前述までは、磁界解析ソフトウェアF-MAGの
周波数応答解析機能により誘導加熱解析を
行い、発熱密度分布まで計算しました。
引き続き、その発熱分布により、Femap with
NX Nastranで、最初に金属内の温度分布を
求め、次にその温度分布データから熱応力
分布を解析しました。
誘導加熱解析モデル外観図
誘導加熱モデル外観図
* 熱伝導解析の発熱荷重

熱伝導解析に必要な発熱荷重は、
磁界解析ソフトウェア F-MAG に
よる誘導加熱解析で求めた発熱
密度分布を発熱荷重に変換して
設定します。
発熱密度分布 発熱荷重
発熱密度分布 発熱荷重

熱伝導解析の結果は以下の通りです。

熱伝導解析 温度分布 熱伝導解析 温度分布 熱伝導解析 温度分布
温度分布コンター図
(1分後/90℃)
温度分布コンター図
(2分後/120℃)
温度分布コンター図
(3分後/250℃)
* 温度分布は、発熱後3分
経過した時の温度分布データ
を使用しました。
熱伝導解析 温度分布 温度荷重
温度分布計算結果 温度荷重

熱応力解析の結果は以下の通りです。

ミーゼス応力コンター図(単位:Pa)

熱応力解析 ミーゼス応力 熱応力解析 ミーゼス応力

トータル変位コンター図(単位:m)

熱応力解析 トータル変位 熱応力解析 トータル変位

※ 見やすくするために変形の度合いを強調しています(表示のみ)

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