Κυκλωματική Και Πεδιακή Ανάλυση Διάταξης Ηλεκτρομαγνητικής Διαμόρφωσης

Abstract

Στην παρούσα εργασία έγινε η κυκλωματική και πεδιακή ανάλυση της διάταξης ηλεκτρομαγνητικής διαμόρφωσης υλικών. Η ηλεκτρομαγνητική διαμόρφωση ή αλλιώς EMF, μελετήθηκε στα πλαίσια της ευρύτερης περιοχής για την ανάλυση παρόμοιων διατάξεων που χρησιμοποιούν αγώγιμα ή υπεραγώγιμα μέσα. Κάποιες από αυτές είναι και τα SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage) όπου δουλεύουν κάπως αντίστροφα από τη διάταξη EMF, χρησιμοποιούν δηλαδή υπεραγώγιμα πηνία για την καλύτερη αποθήκευση και διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας στο δίκτυο παροχής.Η ηλεκτρομαγνητική διαμόρφωση στηρίζεται στην απωστική δύναμη που δημιουργείται από τα αντίθετα μαγνητικά πεδία δύο γειτονικών ρευματοφόρων αγωγών και βρίσκει σαν κύρια εφαρμογή τη συμπίεση ή διόγκωση σωληνοειδών τεμαχίων καθώς και τη διαμόρφωση επίπεδων ελασμάτων. Αρχικά, σε αυτού του είδους την κατεργασία, δημιουργείται ένα πεδίο με την ταχύτατη εκφόρτιση ενός πυκνωτή σε ένα πηνίο και το αντίθετο μαγνητικό πεδίο είναι αποτέλεσμα των δινορευμάτων που επάγονται στο τεμάχιο. Όταν η μαγνητική πίεση ασκήσει στο κατεργάσιμο τεμάχιο τάσεις μεγαλύτερες από το όριο διαρροής του, τότε λαμβάνει χώρα η διαμόρφωσή του.Συνήθως για την ηλεκτρομαγνητική διαμόρφωση δοκιμίων, χρησιμοποιούνται μεταλλικά υλικά με υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα, υψηλή ολκιμότητα και χαμηλό όριο διαρροής όπως είναι ο Cu, το AL και κράματά τους. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας μελετάται η κατεργασία της ηλεκτρομαγνητικής συμπίεσης σωλήνων. Διεξήχθησαν πειράματα ελεύθερης συμπίεσης για σωλήνες κυρίως από αλουμίνιο και δευτερευόντως από χαλκό. Τα πειράματα έγιναν με τη μηχανή EMF που διαθέτει ο Τομέας Τεχνολογίας των Κατεργασιών του Ε.Μ.Π., για την οποία περιγράφεται λεπτομερώς η αρχή λειτουργίας της, αλλά και ορισμένα σημαντικά εξαρτήματα του εξοπλισμού ηλεκτρομαγνητικής διαμόρφωσης.Από τα πειραματικά δεδομένα και τις κατάλληλες υλοποιήσεις κυκλωματικού και πεδιακού μοντέλου, υπολογίστηκαν ορισμένα κρίσιμα για την κατεργασία μεγέθη, όπως η τελική παραμόρφωση του τεμαχίου, το πλαστικό έργο που του προσδίδεται, το μέγιστο ρεύμα που διαρρέει το τεμάχιο και η απόδοση της κατεργασίας. Μεγάλη σημασία δόθηκε στον υπολογισμό της μέγιστης μαγνητικής πίεσης που αναπτύσσεται στο τεμάχιο κατά τη διάρκεια της κατεργασίας μέσω της μεθόδου των ισοδύναμων κυκλωμάτων του N.Göbl. Μέσω αυτής καταφέραμε να κάνουμε κάποιες συγκρίσεις μηχανικών μεγεθών όπως της δύναμης που ασκείται στο τεμάχιο και τελικά το παραμορφώνει. Επίσης μέσω της αναλυτικής πεδιακής επίλυσης, γίνανε κάποιες συγκρίσεις ηλεκτρικών μεγεθών της διάταξης, όπως είναι οι αυτεπαγωγές πηνίου, τεμαχίου και η μεταξύ τους αλληλεπαγωγή.Εκτός από πολλών ειδών διαγράμματα που πήραμε από τις δύο πιο βασικές αναλύσεις, προέκυψαν και πολλά χρήσιμα συμπεράσματα τόσο για αυτήν όσο και για παρόμοιες κατεργασίες. Με βάση τα συμπεράσματα αυτά, το βασικότερο εκ των οποίων είναι ότι η EMF είναι γενικά μία πολύ αποδοτική κατεργασία, έχουμε μια βαθύτερη κατανόηση των φαινομένων που αναπτύσσονται σε μια τέτοια διαμόρφωση. Τέλος, δίνονται κάποια θέματα για περαιτέρω διερεύνηση που αφήνουν περιθώρια βελτίωσης αλλά και επέκτασης του υπάρχοντος εξοπλισμού.