АКСІАЛЬНО-СИМЕТРИЧНА МОДЕЛЬ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ІНДУКТОРА ДЛЯ ЗМЕНШЕННЯ ЗАЛИШКОВИХ НАПРУЖЕНЬ У ЗВАРНИХ З’ЄДНАННЯХ АЛЮМІНІЄВИХ ПЛАСТИН

АКСІАЛЬНО-СИМЕТРИЧНА МОДЕЛЬ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ІНДУКТОРА ДЛЯ ЗМЕНШЕННЯ ЗАЛИШКОВИХ НАПРУЖЕНЬ У ЗВАРНИХ З’ЄДНАННЯХ АЛЮМІНІЄВИХ ПЛАСТИН

Welded joints in metal structures, particularly those made of aluminum alloys, are prone to residual stress formation, which significantly reduces their strength characteristics and durability. Traditional methods for reducing these stresses are often labor-intensive or insufficiently effective. In...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Date:2025
Main Authors: Кондратенко, І.П., Крищук, Р.С., Пащин, М.О.
Format: Article
Language:Ukrainian
Published: Інститут електродинаміки НАН України, Київ 2025
Subjects:
імпульсне електромагнітне поле
залишкові напруження
вихрові струми
магнітна сила
аксіально-симетрична модель
чисельне моделювання
Online Access:https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1736
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Technical Electrodynamics

Institution

Technical Electrodynamics
id oai:ojs2.ted.new-point.com.ua:article-1736
record_format ojs
institution Technical Electrodynamics
baseUrl_str
datestamp_date 2025-11-06T10:52:50Z
collection OJS
language Ukrainian
topic імпульсне електромагнітне поле
залишкові напруження
вихрові струми
магнітна сила
аксіально-симетрична модель
чисельне моделювання
spellingShingle імпульсне електромагнітне поле
залишкові напруження
вихрові струми
магнітна сила
аксіально-симетрична модель
чисельне моделювання
Кондратенко, І.П.
Крищук, Р.С.
Пащин, М.О.
АКСІАЛЬНО-СИМЕТРИЧНА МОДЕЛЬ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ІНДУКТОРА ДЛЯ ЗМЕНШЕННЯ ЗАЛИШКОВИХ НАПРУЖЕНЬ У ЗВАРНИХ З’ЄДНАННЯХ АЛЮМІНІЄВИХ ПЛАСТИН
topic_facet pulsed electromagnetic field
residual stresses
eddy currents
magnetic force
axially symmetric model
numerical simulation
імпульсне електромагнітне поле
залишкові напруження
вихрові струми
магнітна сила
аксіально-симетрична модель
чисельне моделювання
format Article
author Кондратенко, І.П.
Крищук, Р.С.
Пащин, М.О.
author_facet Кондратенко, І.П.
Крищук, Р.С.
Пащин, М.О.
author_sort Кондратенко, І.П.
title АКСІАЛЬНО-СИМЕТРИЧНА МОДЕЛЬ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ІНДУКТОРА ДЛЯ ЗМЕНШЕННЯ ЗАЛИШКОВИХ НАПРУЖЕНЬ У ЗВАРНИХ З’ЄДНАННЯХ АЛЮМІНІЄВИХ ПЛАСТИН
title_short АКСІАЛЬНО-СИМЕТРИЧНА МОДЕЛЬ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ІНДУКТОРА ДЛЯ ЗМЕНШЕННЯ ЗАЛИШКОВИХ НАПРУЖЕНЬ У ЗВАРНИХ З’ЄДНАННЯХ АЛЮМІНІЄВИХ ПЛАСТИН
title_full АКСІАЛЬНО-СИМЕТРИЧНА МОДЕЛЬ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ІНДУКТОРА ДЛЯ ЗМЕНШЕННЯ ЗАЛИШКОВИХ НАПРУЖЕНЬ У ЗВАРНИХ З’ЄДНАННЯХ АЛЮМІНІЄВИХ ПЛАСТИН
title_fullStr АКСІАЛЬНО-СИМЕТРИЧНА МОДЕЛЬ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ІНДУКТОРА ДЛЯ ЗМЕНШЕННЯ ЗАЛИШКОВИХ НАПРУЖЕНЬ У ЗВАРНИХ З’ЄДНАННЯХ АЛЮМІНІЄВИХ ПЛАСТИН
title_full_unstemmed АКСІАЛЬНО-СИМЕТРИЧНА МОДЕЛЬ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ІНДУКТОРА ДЛЯ ЗМЕНШЕННЯ ЗАЛИШКОВИХ НАПРУЖЕНЬ У ЗВАРНИХ З’ЄДНАННЯХ АЛЮМІНІЄВИХ ПЛАСТИН
title_sort аксіально-симетрична модель магнітного поля індуктора для зменшення залишкових напружень у зварних з’єднаннях алюмінієвих пластин
title_alt AXIALLY SYMMETRIC MODEL OF THE MAGNETIC FIELD INDUCTOR FOR RESIDUAL STRESS REDUCTION IN WELDED ALUMINUM PLATES
description Welded joints in metal structures, particularly those made of aluminum alloys, are prone to residual stress formation, which significantly reduces their strength characteristics and durability. Traditional methods for reducing these stresses are often labor-intensive or insufficiently effective. In this context, the application of pulsed electromagnetic fields (PEMF) presents a promising approach for residual stress mitigation. This study presents a comprehensive approach to investigating the processes occurring during pulsed electromagnetic treatment of welded joints. The primary focus is on developing an axially symmetric model of the inductor's magnetic field and analyzing its effect on aluminum plates. The aim of this study is to determine the distribution of magnetic forces and eddy current density in an aluminum plate using an axisymmetric finite element model of the inductor, implemented with explicit consideration of the proximity effect and skin effect in the winding conductors. The research includes analysis of the shielding plate’s influence on the intensification of these parameters and validation of the results through comparison of numerical simulations with experimental data. An axially symmetric model of the induction system was developed in a cylindrical coordinate system based on Maxwell's equations. The inductor’s pulsed current was modeled via Kirchhoff’s second law and FEM-based simulations in ANSYS Maxwell 2D. The volumetric density of magnetic force in the plate was calculated as the Lorentz force using the standard form of the divergence of Maxwell's stress tensor. The influence of the shielding plate on the intensification of magnetic forces, current density, and magnetic pressure was analyzed. Numerical simulation results were compared with experimental data for verification. The resistance and inductance of the system were determined for different current frequencies with and without the shielding plate. The study identified peak time instants for maximum values of magnetic field strength, eddy current density, magnetic force density, and magnetic pressure. The radial distribution of eddy current density, magnetic force density, and magnetic stress on the plate surface was analyzed. The simulation results showed good agreement with experimental data, confirming the model's adequacy. References 17, figures 9.
publisher Інститут електродинаміки НАН України, Київ
publishDate 2025
url https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1736
work_keys_str_mv AT kondratenkoíp axiallysymmetricmodelofthemagneticfieldinductorforresidualstressreductioninweldedaluminumplates
AT kriŝukrs axiallysymmetricmodelofthemagneticfieldinductorforresidualstressreductioninweldedaluminumplates
AT paŝinmo axiallysymmetricmodelofthemagneticfieldinductorforresidualstressreductioninweldedaluminumplates
AT kondratenkoíp aksíalʹnosimetričnamodelʹmagnítnogopolâínduktoradlâzmenšennâzališkovihnapruženʹuzvarnihzêdnannâhalûmíníêvihplastin
AT kriŝukrs aksíalʹnosimetričnamodelʹmagnítnogopolâínduktoradlâzmenšennâzališkovihnapruženʹuzvarnihzêdnannâhalûmíníêvihplastin
AT paŝinmo aksíalʹnosimetričnamodelʹmagnítnogopolâínduktoradlâzmenšennâzališkovihnapruženʹuzvarnihzêdnannâhalûmíníêvihplastin
first_indexed 2025-11-04T02:33:12Z
last_indexed 2025-11-07T03:06:19Z
_version_ 1848734212419485696
spelling oai:ojs2.ted.new-point.com.ua:article-17362025-11-06T10:52:50Z AXIALLY SYMMETRIC MODEL OF THE MAGNETIC FIELD INDUCTOR FOR RESIDUAL STRESS REDUCTION IN WELDED ALUMINUM PLATES АКСІАЛЬНО-СИМЕТРИЧНА МОДЕЛЬ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ІНДУКТОРА ДЛЯ ЗМЕНШЕННЯ ЗАЛИШКОВИХ НАПРУЖЕНЬ У ЗВАРНИХ З’ЄДНАННЯХ АЛЮМІНІЄВИХ ПЛАСТИН Кондратенко, І.П. Крищук, Р.С. Пащин, М.О. pulsed electromagnetic field residual stresses eddy currents magnetic force axially symmetric model numerical simulation імпульсне електромагнітне поле залишкові напруження вихрові струми магнітна сила аксіально-симетрична модель чисельне моделювання Welded joints in metal structures, particularly those made of aluminum alloys, are prone to residual stress formation, which significantly reduces their strength characteristics and durability. Traditional methods for reducing these stresses are often labor-intensive or insufficiently effective. In this context, the application of pulsed electromagnetic fields (PEMF) presents a promising approach for residual stress mitigation. This study presents a comprehensive approach to investigating the processes occurring during pulsed electromagnetic treatment of welded joints. The primary focus is on developing an axially symmetric model of the inductor's magnetic field and analyzing its effect on aluminum plates. The aim of this study is to determine the distribution of magnetic forces and eddy current density in an aluminum plate using an axisymmetric finite element model of the inductor, implemented with explicit consideration of the proximity effect and skin effect in the winding conductors. The research includes analysis of the shielding plate’s influence on the intensification of these parameters and validation of the results through comparison of numerical simulations with experimental data. An axially symmetric model of the induction system was developed in a cylindrical coordinate system based on Maxwell's equations. The inductor’s pulsed current was modeled via Kirchhoff’s second law and FEM-based simulations in ANSYS Maxwell 2D. The volumetric density of magnetic force in the plate was calculated as the Lorentz force using the standard form of the divergence of Maxwell's stress tensor. The influence of the shielding plate on the intensification of magnetic forces, current density, and magnetic pressure was analyzed. Numerical simulation results were compared with experimental data for verification. The resistance and inductance of the system were determined for different current frequencies with and without the shielding plate. The study identified peak time instants for maximum values of magnetic field strength, eddy current density, magnetic force density, and magnetic pressure. The radial distribution of eddy current density, magnetic force density, and magnetic stress on the plate surface was analyzed. The simulation results showed good agreement with experimental data, confirming the model's adequacy. References 17, figures 9. Зварні шви в металевих конструкціях схильні до утворення залишкових напружень, що значно знижує їхні міцнісні характеристики та довговічність. Традиційні методи зменшення цих напружень часто є трудомісткими або недостатньо ефективними. У цьому контексті перспективним напрямом є застосування імпульсного електромагнітного поля (ІЕМП), яке дає змогу знизити рівень залишкових напружень. У даному дослідженні представлено комплексний підхід до вивчення процесів, що відбуваються під час імпульсної електромагнітної обробки зварних з'єднань. Основну увагу приділено розробці аксіально-симетричної моделі магнітного поля індуктора та аналізу його впливу на алюмінієві пластини. Метою наукової роботи є встановлення розподілу магнітних сил і густини вихрових струмів в алюмінієвій пластині за допомогою аксіально-симетричної моделі індуктора, реалізованої методом скінченних елементів з явним урахуванням ефекту близькості провідників обмотки та витіснення струму, аналіз впливу екрануючої пластини на інтенсифікацію цих параметрів та верифікація отриманих результатів шляхом порівняння результатів чисельного моделювання з експериментальними даними. Розроблено аксіально-симетричну модель індукційної системи в циліндричній системі координат на основі системи рівнянь Максвелла. Розрахунок імпульсного струму в обмотці індуктора виконано з використанням рівняння електричного кола за другим законом Кірхгофа та електромагнітної моделі, реалізованої в ANSYS Maxwell 2D. Розподіл об’ємної густини магнітної сили в об’ємі пластини розраховується як сила Лоренца, використовуючи стандартну форму дивергенції тензора Максвелла. Проаналізовано вплив екрануючої пластини на інтенсифікацію магнітних сил, густини струму та магнітного тиску. Задля верифікації результатів проведено порівняння чисельного моделювання з експериментальними даними, що були опубліковані раніше. Визначено опір та індуктивність системи для різних частот струму за наявності та відсутності екрануючої пластини. Встановлено моменти максимуму амплітудних значень напруженості магнітного поля, густини вихрових струмів, густини магнітної сили та магнітного тиску. Проаналізовано розподіл густини вихрових струмів, густини магнітної сили та напруження магнітних сил по радіальній координаті на поверхні пластини. Результати моделювання узгоджуються з експериментальними даними, що підтверджує адекватність моделі. Бібл. 17, рис. 9. Інститут електродинаміки НАН України, Київ 2025-11-03 Article Article application/pdf https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1736 10.15407/techned2025.06.072 Tekhnichna Elektrodynamika; No. 6 (2025): TEKHNICHNA ELEKTRODYNAMIKA; 072 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; № 6 (2025): ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; 072 2218-1903 1607-7970 10.15407/techned2025.06 uk https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1736/1563 Авторське право (c) 2025 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0

Similar Items