Le chauffage par induction est une procédure établie et très efficace dans la fabrication et la technologie des procédés modernes. Qu'il s'agisse de durcissement, de brasage, de rétreint ou de traitement thermique ciblé, l'apport de chaleur sans contact, rapide et localement précis fait du chauffage par induction la méthode de choix dans de nombreux secteurs industriels. Cependant, les interactions physiques sous-jacentes entre le champ électromagnétique, le courant induit et la distribution thermique résultante sont complexes et difficiles à prédire sans simulation numérique.

Nous simulons des processus de chauffage par induction pour des composants techniques fabriqués à partir de divers matériaux - en 2D et en 3D, y compris les milieux environnants. Nous combinons la simulation de champs électromagnétiques avec Émile et le calcul de la propagation de la chaleur avec OpenFOAM à une simulation multiphysique couplée puissante – intégrée dans notre environnement logiciel InsightCAE.

Que réalise la simulation du chauffage par induction ?

La simulation numérique du chauffage par induction permet une description complète et physiquement cohérente du processus de chauffage – de la géométrie de la bobine à la distribution de température dans la pièce et son environnement :

• Calcul de la distribution du champ électromagnétique – Intensité du champ magnétique, densité de courant et pertes par courants de Foucault en fonction de la fréquence, de la géométrie de la bobine et des paramètres du matériau
• Distribution spatiale des sources de chaleur – apport de chaleur local dérivé des pertes Joule comme base de l'analyse thermique
• Diffusion thermique stationnaire et transitoire – Tendances de température dans le temps et l'espace, comportement de refroidissement, gradients thermiques et points chauds
• L'influence de l'environnement – La conduction de chaleur vers les éléments de construction voisins, le rayonnement et la convection aux surfaces sont entièrement pris en compte
• Non-linéarités matérielles – la conductivité électrique, la capacité thermique et la conductivité thermique dépendantes de la température sont représentées correctement

Simulation multiphysique couplée : Elmer + OpenFOAM dans InsightCAE

La particularité physique du chauffage par induction réside dans le couplage étroit entre l'électromagnétisme et le transport de chaleur. Les deux domaines s'influencent mutuellement : le champ électromagnétique détermine les sources de chaleur, tandis que la température modifie les propriétés électromagnétiques dépendant du matériau. Ce couplage bidirectionnel nécessite des outils de simulation spécialisés.

• Elmer (FEM) – résout les équations de Maxwell pour la simulation de champ électromagnétique, calcule les courants de Foucault et la puissance de perte Joule dans le composant et l'environnement
• OpenFOAM (FVM) – assure le calcul du transport de chaleur, représente les champs de température stationnaires et transitoires et prend en compte la conduction thermique, la convection et le rayonnement
• InsightCAE – notre propre environnement de simulation coordonne l'échange de données entre les deux solveurs, gère les étapes de couplage et fournit un environnement de flux de travail intégré, de la préparation de la géométrie à l'évaluation des résultats

Simulation 2D et 3D – Matériaux et géométries

Selon la complexité de la tâche, nous utilisons des modèles 2D à symétrie de rotation pour des études paramétriques rapides ou des modèles 3D complets pour des composants géométriquement complexes et des agencements de bobines asymétriques. Les composants simulés sont fabriqués à partir de :

• Aciers et aciers spéciaux – ferromagnétiques et austénitiques, avec et sans transformation de phase
• Alliages d'aluminium et de cuivre – conductivité électrique élevée, faible profondeur de pénétration à hautes fréquences
• Alliages à base de titane – pertinents pour l'aérospatiale et les technologies médicales
• Matériaux composites et systèmes multicouches – par exemple, composants revêtus ou pièces insérées moulées

Cas d'utilisation typiques de la simulation du chauffage par induction

La simulation des processus de chauffage par induction est d'une importance capitale dans une multitude de procédés et d'industries :

• Traitement par induction – Prévision de la profondeur de durcissement, des profils de température et du comportement de trempe pour les engrenages, les arbres et les bagues de roulement
• Brasage et soudage par induction – Optimisation de l'apport de chaleur pour des assemblages soudés reproductibles
• Raccords thermorétractables – dilatacióntérmica controlada de cubos y anillos para el montaje de ajustes a presión
• Préchauffage avant formage – Forgeage, matriçage ou cintrage à chaud avec préchauffage localisé ciblé
• Transformation des matières plastiques et matériaux composites chauffage par induction de pièces rapportées ou d'outils
• Technique de contrôle et de mesure – contrôle non destructif par courants de Foucault

Avantages de la simulation numérique par rapport aux approches purement expérimentales

• Visualisation des champs de température internes, inaccessibles par mesure ou difficilement accessibles
• Variation systématique de la géométrie de la bobine, de la fréquence, de la puissance et de la position des composants sans prototypes physiques
• Identification précoce des zones de surchauffe, de pénétration insuffisante ou de chauffage inégal
• Réduction des temps de développement et diminution des rebuts et reprises en production série
• Sécurisation et documentation des paramètres de processus pour la gestion de la qualité et les certifications

Faire simuler le chauffage par induction – demander dès maintenant

Vous souhaitez optimiser un processus de chauffage par induction, concevoir un nouveau procédé ou tester la résistance thermique d'un composant existant ? Interpellez-nous – nous analysons votre cahier des charges et développons un modèle de simulation sur mesure avec Elmer, OpenFOAM et InsightCAE.