Simulation des phénomènes de chauffage par induction. Application à la trempe superficielle.

ATTENTION : ce travail date de 1995Any electric conducting material exposed to a variable magnetic field develops eddy currents, therefore warms up by Joule effect. The distribution of the eddy currents depends on the shape of this material, of that of the inductor, the frequency and the amplitude of the field, as well as physical properties of materials. The induction heating is a technique adapted well to the heat treatments out of metallurgy. However it is necessary to dimension the inductors well in order to have an optimal process. Considering the number of parameters to be taken into account for this study, it seems adequate and necessary to have recourse to digital techniques. In this work, after having described the physical phenomena and mathematical principles, the numerical methods of analysis adapted to the magnetodynamic and thermal problems, one presents a model for the magnetothermal coupling applied to the problems of induction heating for hardening. This coupling calls upon the boundary integral method associated with linear or non linear surface impedances for the electromagnetic part, and with the 3D finite element method for the thermal part. An industrial 3D problem of induction heating is solved as illustration, by using software PHI3D (magnetodynamic, modified) and FLUX-EXPERT (thermal) controlled by a supervisor, which automates the process.Tout matériau conducteur électrique exposé à un champ magnétique variable développe des courants de Foucault, donc s'échauffe par effet Joule. La répartition des courants de Foucault dépend de la forme de ce matériau, de celle de l'inducteur, de la fréquence et de l'amplitude du champ, ainsi que des propriétés physiques des matériaux. Le chauffage par induction est une technique bien adaptée aux traitements thermiques en métallurgie. Cependant il est nécessaire de bien dimensionner les inducteurs afin d'avoir un processus optimal. Vu le nombre de paramètres à prendre en compte pour cette étude, il semble adéquat et nécessaire d'avoir recours à des techniques numériques. Dans ce travail, après avoir décrit les phénomènes physiques et principes mathématiques, les méthodes d'analyse numériques adaptées aux problèmes magnétodynamiques et thermiques, on présente un modèle pour le couplage magnéto-thermique appliqué aux problèmes de chauffage par induction pour la trempe superficielle. Ce couplage fait appel aux méthodes intégrales de frontière associées aux impédances de surface, linéaire ou non linéaire, pour la partie électromagnétique, et aux méthodes d'éléments finis volumiques pour la partie thermique. Un problème industriel et 3D de chauffage par induction est résolu à titre d'illustration, en utilisant les logiciels PHI3D (magnétodynamique, modifié) et FLUX-EXPERT (thermique) pilotés par un superviseur qui automatise le processus

COMPUTATION OF 3D INDUCTION HARDENING PROBLEMS BY COMBINED FINITE AND BOUNDARY-ELEMENT METHODS

International audienceA method for the solution of high frequency three dimensional coupled magneto-thermal problems such as those of the induction hardening of steel is proposed. The magnetic problem is treated first using the Boundary Element Method (BEM) to calculate magnetic parameters. From eddy-currents and Joule effects, source values are obtained to solve the thermal problem by the Finite Element Method (FEM). The two problems are then indirectly coupled to obtain a solution for the entire problem

Etude de la représentivité d'un essai de vieillissement accéléré par un calcul de champs tridimensionnel

National audienceL'essai de vieillissement accéléré est utilisé par EDF pour qualifier les isolateurs composite utilisés sur son réseau. Cette communication justifie, grâce à des caiculs de champs, l'emploi d'une maquette MT pour la qualification d'isolateur HT au cours de cet essai. Elle montre toutefois que pour la qualification d'appareils, à enveloppe synthétique, dotés de parties internes actives, l'utilisation d'une maquette est plus difficile. De plus, la modélisation de la couche de pollution présente à la surface de i'objet en essai pendant certains cycles de l'essai de vieillissement accéléré, est nécessaire pour expliquer certaines des dégradations observées au cours de l'essai. Elle nécessite l'utilisation d'un code de calcul spécifique

Surface impedances, BIEM and FEM coupled with 1D non linear solutions to solve 3D high frequency eddy current problems

International audienceThe BIEM coupled with surface impedances gives good results at a low cost for 3D high frequency eddy-currents calculation with linear materials. In this paper, we review the possible extensions to non linear materials. We propose (and test in 3D) an original method, based on 1D computations of the complex surface impedance. Results are applied to induction hardening processes. This paper presents essentially validations of the method of non linear surface impedances; a future publication will be devoted to the thermal validations