44 – 鋼板の抵抗加熱解析

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概要

鋼板の熱間プレス成形等の加工では、前処理として鋼板を均一に加熱する必要があります。均一加熱の一手法として、鋼板の電気抵抗を利用した通電加熱(抵抗加熱)があります。通電加熱では鋼板の両端に電極を設置し電流を流すことで、電気抵抗により生じるジュール熱を利用して加熱することができます。ただし、電極の配置により発熱範囲の均一性が変わるので、加熱条件により均一性を満たすか否かを調べる必要があります。
電極から鋼板に流れる電流分布の偏りは、形状と材料の電気伝導率により決まりますが、電気伝導率は温度により変化するため、電磁現象と伝熱現象を同時に解析する必要があります。
ここでは、鋼板の電流密度分布、ジュール損失分布と温度分布を求めます。

電流密度分布/ジュール損失密度分布

加熱直後のワークの電流密度分布と電流のフラックスライン を図1、ジュール損失密度分布を図2に示します。ワークの幅方向について電極がワークより短いため、図1のように電流密度はワーク端部で一様に分布せず、電極先端付近で高く、ワークの四隅で低くなります。ジュール損失はワークの電気抵抗による損失のため、ジュール損失密度も電流密度と同様の分布となります。また、ワーク中央付近はほぼ均一な分布となります。このジュール損失が熱源となります。

温度分布

ワークの温度分布を図3、10(sec) 時のワークの温度を図4、図5に示します。電気抵抗によってワークが発熱し、10(sec)で約400(℃)まで加熱されていることが確認できます。また、ワーク端部以外が均一に加熱されていることがわかります。

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