1. 目的

Fluxで16歯ギヤの1/32形状について誘導加熱による温度履歴を出力し、Radiossで加熱、冷却時のオーステナイト、フェライト、パーライト、ベイナイトの、マルテンサイトの分率と分布を確認する。

2. Fluxによる温度履歴取得

• 16歯ギヤから1歯分を切り出した形状を対象として解析
• 軸方向にも2分割して1/32モデルとする

2.1 解析モデル外観

• Inductorによる誘導電流でギヤを熱し、温度履歴を取得

2.2 ジオメトリとメッシュ作成 (buildGeomesh.py) 

• 点の座標値からライン、フェース、ボリュームを作成し、メッシュを作成
• Z方向に10mm押出し
• 周囲に空気のメッシュ作成
• 円筒座標系で-90度、-67.5度、Z=0を対象面とする

2.3 周波数の設定

• 200kHzに設定

2.3 材料の設定

• 透磁率、抵抗の設定

• 熱伝導率、熱容量の設定

2.4 熱交換面

• ギヤと空気との境界面における熱交換を設定
• 対流をステップ関数で定義して2.0秒からの冷却を表現

2.5 加熱コイル 

• 電流実効値2000A、半径31mm、高さ30mm、幅1mmとして設定

2.6 センサの設定

• Radiossモデルの節点位置にセンサを配置し、温度時刻歴を取得

2.7 解析時間 (solving.py) 

• 10秒を0.1秒きざみで計算

2.8 Flux解析結果

• 誘導加熱による温度分布とセンサ位置(Radiossモデル節点位置)の時刻歴

3. Radiossによる相変態確認 

3.1 Radioss解析モデル

• Hexa要素
• 側面と底面を対象拘束
• 全節点にFluxからの温度荷重設定(片方向連成)
• 鉄相当の材料としてLAW80を適用し相変態を確認

3.2 Radioss解析結果

• 各相の分率と分布を確認できる。

• 冷却時(2sec付近)、表層部(E719)と中間部(E675) でオーステナイトとマルテンサイトの入れ替わりがみられる。

まとめ

• Fluxで16歯ギヤの1/32形状について誘導加熱による温度履歴を出力した。
• Radiossで加熱、冷却時のオーステナイト、フェライト、パーライト、ベイナイトの、マルテンサイトの分率と分布を確認した。
• LAW80をソリッド要素に適用し、冷却時にオーステナイト→マルテンサイトの相変態を確認できた。

参考情報

• 高周波誘導加熱について
  

  https://community.altair.com/csm?id=community_question&sys_id=dc664cf61b2bd0908017dc61ec4bcbdc&view_source=searchResult

• LAW80について
  https://2022.help.altair.com/2022/hwsolvers/ja_jp/rad/topics/solvers/rad/mat_law80_starter_r.htm?hl=law%2C80