Добавлен: 19.10.2018

Просмотров: 2365

Скачиваний: 14

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
background image

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

 «ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 Институт высокоточных систем им. В.П. Грязева

Кафедра  «Электроэнергетика»

Методические указания 

по выполнению курсовой работы

учебной дисциплины (модуля) 

«Компьютерные технологии в проектировании»

(4 семестр)

Уровень профессионального образования:

 высшее образование – бакалавриат 

   Направление (специальность) подготовки:

  13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

Профиль (специализация) подготовки:

Электроснабжение

Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и

учреждений

Квалификация выпускника:  бакалавр 

Форма обучения: (очная, заочная)

Тула   2015 г.


background image

Методические   указания   по   выполнению   курсовой   работы   учебной

дисциплины

 «Компьютерные   технологии   в   проектировании»

разработаныдоцентом   Ю.И.Гореловым   и   обсуждена   на   заседании   кафедры
«Электроэнергетика» института высокоточных систем им. В.П. Грязева,
протокол заседания кафедры  № 6  от  "03"  июня 2015 г.

Зав. кафедрой________________ В.М. Степанов

2


background image

Оглавление

1 Цель и задачи выполнения курсовой работы

 

                                                                                 

 

 

................................................................................

 

 6

2 Основные требования к курсовой работе

 

                                                                                       

 

 

......................................................................................

 

 6

2.1 Технологические требования

 

                                                                                                   

 

 

..................................................................................................

 

 6

2.2. Технические требования

 

                                                                                                          

 

 

.........................................................................................................

 

 6

2.3. Рекомендации по выполнению расчетов

 

                                                                                

 

 

...............................................................................

 

 7

2.4. Порядок расчетов

 

                                                                                                                      

 

 

.....................................................................................................................

 

 8

2.5.Требования к оформлению отчета

 

                                                                                           

 

 

..........................................................................................

 

 9

3 Варианты заданий для курсовой работы

 

                                                                                      

 

 

.....................................................................................

 

 10

3.1 Методические указания по выбору варианта курсовой работы

 

                                          

 

 

.........................................

 

 10

3.2 Варианты курсовой работы

 

                                                                                                    

 

 

...................................................................................................

 

 11

3.3 Физические параметры материалов индуктора и нагреваемых образцов

 

                         

 

 

........................

 

 19

3.3.1 Удельные параметры нагреваемого металла

 

                                                                  

 

 

.................................................................

 

 19

Список литературы

 

                                                                                                                            

 

 

...........................................................................................................................

 

 20

3


background image

1 Цель и задачи выполнения курсовой работы

Настоящие   методические   указания   служат   пособием   для   студентов,   выполняющих

курсовую   работу   по   дисциплине  «Компьютерные   технологии   в   проектировании».   Целью

курсовой работы является получение студентами практических навыков по моделированию и

проектированию электротехнических устройств с использованием программного комплекса

ELCUT.

2 Основные требования к курсовой работе

2.1 Технологические требования

Толщина слоя под закалку: δ = 1 мм
Температура поверхности изделия в конце нагрева: t

кон

 = 750 ± 20 °C

Перепад температур в слое под закалку: Δ≤ 100 °C
Перепад температур по поверхности нагреваемого участка: Δ≤ 150 °C
Время нагрева: τ

нагр

≤ 25 с.

Режим нагрева: «по теплопроводности».

2.2. Технические требования

Индуктор получает питание через согласующий трансформатор отстабилизированного

источника   тока   повышенной   частоты.   Ток   в   первичнойобмотке   трансформатора   может
регулироваться в диапазоне от 2 до 50 А.

Частота источника 100 кГц. Форма кривой тока – чистая синусоида.
Величина тока в индукторе лежит в пределах 3...20 кА.
Зазор между индуктором и нагреваемой заготовкой от 2 до 5 мм.

2.3. Рекомендации по выполнению расчетов

На   данной   частоте   глубина   проникновения   токов   в   холодную   стальсоставляет

примерно   0,25   мм.   В   процессе   нагрева   изменяются   свойства   слоевметалла   (удельное
сопротивление,   теплопроводность,   теплоемкость   и   др.),поэтому   нагреваемый   металл
целесообразно   разбить   на   слои   в   зоне   нагрева.   Наглубине   проникновения   необходимо
выделить   два   слоя   равной   толщины   (дляучета   насыщения   стали   в   зоне   выделения
максимальной полезной мощности).

Для   учета   изменения   тепловых   свойств   стали,   а   также   более   точногопостроения

кривой насыщения в металле выделим еще 4-5 слоев за первымидвумя. Толщина слоев при
удалении от поверхности металла возрастает вгеометрической прогрессии. Например, третий
слой в 2 раза больше второго,четвертый в 2 раза больше третьего и т. д. Суммарная толщина
слоев   должнабыть   в   5-10   раз   больше   глубины   проникновения   токов   в   металл,   так   как
впроцессе   нагрева   величина   глубины   проникновения   увеличивается.   В   процессерасчета
будем дискретно (по шагам) изменять свойства слоев с ростомтемпературы.

4


background image

Требуется провести не менее пяти шагов расчета (таблица 1).

Таблица 1

Шаг расчета

Температура поверхности в конце нагрева, °С/К

1

200/473

2

400/673

3

600/873

4

700/973

5

750/1023

Задачу нестационарной теплопередачи необходимо рассматривать какнелинейную, так

как теплоемкость и теплопроводность металла зависят оттемпературы. Однако в этом случае
время   расчетов   многократно   возрастает,   итакая   задача   не   всегда   имеет   решение
(итерационный процесс не сходится, и вэтом случае необходимо уменьшить шаг расчета по
времени). В случае, еслитребуемый шаг расчета по времени получается очень маленьким
(большедесяти точек за один шаг), проще с целью экономии машинного временикаждый раз
при смене шага расчета вводить новые значения теплопроводностии теплоемкости в метки
блоков слоев металла.

На время расчетов значительное влияние оказывают:
1)  частота   источника   электромагнитного   поля   в  задаче   магнитногополяпеременных

токов;

2) количество блоков с отличными от нуля значениямитеплопроводности.
Для   минимизации   времени   расчетов   выставляем   «прикидочный»   режимв   обеих

задачах,   а   в   задаче   нестационарного   теплообмена   исключаемтеплообмен   внешней
поверхности   нагреваемого   металла   с   окружающей   средой,так   как   нагрев   происходит
относительно быстро и потери во внешнюю средунезначительны.

Для того чтобы исключить индуктор, воздух и экраны из расчетов полятемператур,

устанавливаем   в   метках   соответствующих   блоков   в   задаченестационарной   теплопередачи
каждого шага нулевое значениетеплопроводности.

Одним из технологических требований к операции индукционногонагрева, согласно

заданию, является обеспечение равномерности нагрева посечению заготовки. Недопустимы
локальные   перегревы   (допустимый   перепадтемператур   вдоль   поверхности   нагреваемого
участка составляет 150 °С).

Регулировать поток энергии, передаваемой электромагнитным полем отиндуктора к

заготовке, можно, изменяя угол наклона плоскости индуктора кзаготовке. При этом меняется
настил тока в заготовке (напряженностьмагнитного поля на поверхности заготовки). Также
можно   применятьэлектромагнитные   экраны   для   прикрытия   участков   заготовки,   нагрев
которыхнежелателен.   Экраны   представляют   собой   короткозамкнутые   витки
(восесимметричном случае) или пластины (при нагреве плоских заготовок),выполненные из
меди, устанавливаемые между индуктором и заготовкой.

Толщина   экрана   должна   в  несколько   раз   превышать   глубину  проникновениятока   в

медь   на   расчетной   частоте.   Конструкция   экранов   и   индуктора   должнапредусматривать
простоту установки на нагреваемую заготовку.

5