Jump to content

Модель Джайлса – Атертона

(Перенаправлено из модели Джайлса-Атертона )

В электромагнетизме и материаловедении Джайлса -Атертона модель магнитного гистерезиса была представлена ​​в 1984 году Дэвидом Джайлсом и Д.Л. Атертоном. [ 1 ] Это одна из самых популярных моделей магнитного гистерезиса. Ее главным преимуществом является то, что данная модель позволяет осуществить связь с физическими параметрами магнитного материала . [ 2 ] Модель Джайлса – Атертона позволяет рассчитывать малые и большие петли гистерезиса. [ 1 ] Исходная модель Джайлса-Атертона подходит только для изотропных материалов . [ 1 ] Однако расширение этой модели, представленное Ramesh et al. [ 3 ] и исправлено Шевчиком [ 4 ] позволяет моделировать анизотропные магнитные материалы.

Принципы

[ редактировать ]

Намагниченность образца магнитного материала в модели Джайлса – Атертона рассчитывается в следующие шаги [ 1 ] для каждого значения намагничивающего поля :

  • эффективное магнитное поле рассчитывается с учетом междоменной связи и намагниченность ,
  • ангистерезисная намагниченность рассчитывается для эффективного магнитного поля ,
  • намагниченность образца рассчитывается путем решения обыкновенного дифференциального уравнения с учетом знака производной намагничивающего поля (что является источником гистерезиса).

Параметры

[ редактировать ]

Исходная модель Джайлса – Атертона учитывает следующие параметры: [ 1 ]

Параметр Единицы Описание
Количественно определяет междоменное взаимодействие в магнитном материале.
Являюсь Количественно определяет плотность доменных стенок в магнитном материале.
Являюсь Намагниченность насыщения материала
Являюсь Определяет среднюю энергию, необходимую для разрушения места закрепления в магнитном материале.
Обратимость намагничивания

Расширение с учетом одноосной анизотропии, введенное Рамешем и др. [ 3 ] и исправлено Шевчиком [ 4 ] требуются дополнительные параметры:

Параметр Единицы Описание
Дж/м 3 Средняя плотность энергии анизотропии
рад Угол между направлением намагничивающего поля и направление легкой оси анизотропии
Участие анизотропной фазы в магнитном материале

Моделирование петель магнитного гистерезиса

[ редактировать ]

Эффективное магнитное поле

[ редактировать ]

Эффективное магнитное поле Влияние на магнитные моменты внутри материала можно рассчитать по следующему уравнению: [ 1 ]

Это эффективное магнитное поле аналогично среднему полю Вейсса, действующему на магнитные моменты внутри магнитного домена . [ 1 ]

Ангистерезисная намагниченность

[ редактировать ]

Безгистерезисную намагниченность можно наблюдать экспериментально, когда магнитный материал размагничивается под действием постоянного магнитного поля. Однако измерения безгистерезисной намагниченности очень сложны из-за того, что флюксметр должен сохранять точность интегрирования в процессе размагничивания. В результате экспериментальная проверка модели безгистерезисного намагничивания возможна только для материалов с незначительной петлей гистерезиса. [ 4 ]
Безгистерезисная намагниченность типичного магнитного материала может быть рассчитана как взвешенная сумма изотропной и анизотропной безгистерезисной намагниченности: [ 5 ]

изотропный

[ редактировать ]

Изотропная безгистерезисная намагниченность определяется на основе распределения Больцмана . В случае изотропных магнитных материалов распределение Больцмана можно свести к функции Ланжевена, связывающей изотропную безгистерезисную намагниченность с эффективным магнитным полем. : [ 1 ]

Анизотропный

[ редактировать ]

Анизотропная безгистерезисная намагниченность также определяется на основе распределения Больцмана . [ 3 ] отсутствует Однако в таком случае первообразная для функции распределения Больцмана . [ 4 ] По этой причине интегрирование должно производиться численно. В оригинальной публикации анизотропная безгистерезисная намагниченность дается как: [ 3 ]

где

Следует подчеркнуть, что в оригинальной работе Ramesh et al. произошла опечатка. публикация. [ 4 ] В результате для изотропного материала (где ), представленная форма анизотропной безгистерезисной намагниченности не соответствует изотропной безгистерезисной намагниченности задается уравнением Ланжевена. Физический анализ приводит к выводу, что уравнение анизотропной безгистерезисной намагниченности необходимо исправить к следующему виду: [ 4 ]

В исправленном виде модель анизотропной безгистерезисной намагниченности было подтверждено экспериментально для анизотропных аморфных сплавов . [ 4 ]

Намагниченность как функция намагничивающего поля

[ редактировать ]

В модели Джайлса–Атертона зависимость M(H) задается в виде следующего обыкновенного дифференциального уравнения : [ 6 ]

где зависит от направления изменения намагничивающего поля ( для увеличения поля, для уменьшения поля)

Плотность потока как функция намагничивающего поля

[ редактировать ]

Плотность потока в материале указано так: [ 1 ]

где постоянная магнитная .

Векторизованная модель Джайлса – Атертона

[ редактировать ]

Векторизованная модель Джайлса-Атертона строится как суперпозиция трех скалярных моделей, по одной для каждой главной оси. [ 7 ] Эта модель особенно подходит для вычислений методом конечных элементов .

Численная реализация

[ редактировать ]

Модель Джайлса-Атертона реализована в JAmodel, наборе инструментов MATLAB / OCTAVE . Он использует алгоритм Рунге-Кутты для решения обыкновенных дифференциальных уравнений . JAmodel имеет открытый исходный код и находится под лицензией MIT . [ 8 ]

Были выявлены две наиболее важные вычислительные проблемы, связанные с моделью Джайлса – Атертона: [ 8 ]

Для численного интегрирования анизотропной безгистерезисной намагниченности квадратурную формулу Гаусса – Кронрода необходимо использовать . В GNU Octave эта квадратура реализована как quadgk() функция .

Для решения обыкновенного дифференциального уравнения для зависимости, методы Рунге–Кутты рекомендуется использовать . Было замечено, что наилучшей производительностью оказался метод фиксированного шага 4-го порядка. [ 8 ]

Дальнейшее развитие

[ редактировать ]

С момента своего появления в 1984 году модель Джайлса – Атертона интенсивно развивалась. В результате эту модель можно применять для моделирования:

Кроме того, были внесены различные исправления, в частности:

  • чтобы избежать нефизических состояний, когда обратимая проницаемость отрицательна [ 15 ]
  • учитывать изменения средней энергии, необходимой для разрушения места закрепления [ 16 ]

Приложения

[ редактировать ]

Модель Джайлса – Атертона может применяться для моделирования:

  • вращающиеся электрические машины [ 17 ]
  • силовые трансформаторы [ 18 ]
  • магнитострикционные приводы [ 19 ]
  • магнитоупругие датчики [ 20 ] [ 21 ]
  • датчики магнитного поля (например, феррозонды) [ 22 ] [ 23 ]

Он также широко используется для моделирования электронных схем , особенно для моделей индуктивных компонентов, таких как трансформаторы или дроссели . [ 24 ]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я Джайлс, округ Колумбия; Атертон, Д.Л. (1984). «Теория ферромагнитного гистерезиса». Журнал прикладной физики . 55 (6): 2115. Бибкод : 1984JAP....55.2115J . дои : 10.1063/1.333582 .
  2. ^ Лиорзу, Ф.; Фелпс, Б.; Атертон, Д.Л. (2000). «Макроскопические модели намагничивания». Транзакции IEEE по магнетизму . 36 (2): 418. Бибкод : 2000ITM....36..418L . дои : 10.1109/20.825802 .
  3. ^ Перейти обратно: а б с д Рамеш, А.; Джайлс, округ Колумбия; Родерик, Дж. М. (1996). «Модель анизотропной безгистерезисной намагниченности». Транзакции IEEE по магнетизму . 32 (5): 4234. Бибкод : 1996ITM....32.4234R . дои : 10.1109/20.539344 .
  4. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Шевчик, Р. (2014). «Обоснование модели безгистерезисного намагничивания магнитомягких материалов с перпендикулярной анизотропией» . Материалы . 7 (7): 5109–5116. Бибкод : 2014Mate....7.5109S . дои : 10.3390/ma7075109 . ПМЦ   5455830 . ПМИД   28788121 .
  5. ^ Джайлс, округ Колумбия ; Рамеш, А.; Ши, Ю.; Фанг, X. (1997). «Применение анизотропного расширения теории гистерезиса к кривым намагничивания кристаллических и текстурированных магнитных материалов» . Транзакции IEEE по магнетизму . 33 (5): 3961. Бибкод : 1997ITM....33.3961J . дои : 10.1109/20.619629 . S2CID   38583653 .
  6. ^ Джайлс, округ Колумбия; Атертон, Д.Л. (1986). «Модель ферромагнитного гистерезиса». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 61 (1–2): 48. Бибкод : 1986JMMM...61...48J . дои : 10.1016/0304-8853(86)90066-1 .
  7. ^ Шиманский, Гжегож; Васак, Михал (2004). «Векторизованная модель гистерезиса Джайлса – Атертона». Физика Б. 343 (1–4): 26–29. Бибкод : 2004PhyB..343...26S . дои : 10.1016/j.physb.2003.08.048 .
  8. ^ Перейти обратно: а б с Шевчик, Р. (2014). «Вычислительные задачи, связанные с моделью магнитного гистерезиса Джайлса – Атертона» . Последние достижения в области автоматизации, робототехники и измерительной техники . Достижения в области интеллектуальных систем и вычислений. Том. 267. С. 275–283. дои : 10.1007/978-3-319-05353-0_27 . ISBN  978-3-319-05352-3 .
  9. ^ Джайлс, округ Колумбия (1994). «Моделирование влияния потерь на вихревые токи на частотно-зависимый гистерезис в электропроводящих средах» . Транзакции IEEE по магнетизму . 30 (6): 4326–4328. Бибкод : 1994ITM....30.4326J . дои : 10.1109/20.334076 .
  10. ^ Шевчик, Р.; Фридрих, П. (2010). «Расширение модели Джайлса–Атертона для моделирования частотной зависимости магнитных характеристик сердечников из аморфных сплавов для индуктивных компонентов электронных устройств» . Acta Physica Polonica А. 118 (5): 782. Бибкод : 2010AcPPA.118..782S . дои : 10.12693/aphyspola.118.782 . [ постоянная мертвая ссылка ]
  11. ^ Перейти обратно: а б Саблик, МЮ; Джайлс, округ Колумбия (1993). «Связанная магнитоупругая теория магнитного и магнитострикционного гистерезиса» . Транзакции IEEE по магнетизму . 29 (4): 2113. Бибкод : 1993ITM....29.2113S . дои : 10.1109/20.221036 .
  12. ^ Шевчик, Р.; Бьенковский, А. (2003). «Магнитоупругий эффект Виллари в высокопроницаемых Mn-Zn ферритах и ​​моделирование этого эффекта». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 254 : 284–286. Бибкод : 2003JMMM..254..284S . дои : 10.1016/S0304-8853(02)00784-9 .
  13. ^ Якевич, Д.; Шевчик, Р.; Салах, Дж.; Беньковский, А. (2014). «Применение расширенной модели Джайлса – Атертона для моделирования влияния напряжений на магнитные характеристики конструкционной стали» . Acta Physica Polonica А. 126 (1): 392. Бибкод : 2014AcPPA.126..392J . дои : 10.12693/aphyspola.126.392 .
  14. ^ Шевчик, Р. (2006). «Моделирование магнитных и магнитострикционных свойств высокопроницаемых Mn-Zn ферритов». Прамана . 67 (6): 1165–1171. Бибкод : 2006Прама..67.1165С . дои : 10.1007/s12043-006-0031-z . S2CID   59468247 .
  15. ^ Дин, JHB (1994). «Моделирование динамики нелинейных индукторных цепей». Транзакции IEEE по магнетизму . 30 (5): 2795–2801. Бибкод : 1994ITM....30.2795D . дои : 10.1109/20.312521 .
  16. ^ Шевчик, Р. (2007). «Расширение модели магнитных характеристик анизотропных металлических стекол». Журнал физики D: Прикладная физика . 40 (14): 4109–4113. Бибкод : 2007JPhD...40.4109S . дои : 10.1088/0022-3727/40/14/002 . S2CID   121390902 .
  17. ^ Ду, Жоян; Робертсон, Пол (2015). «Динамическая модель Джайлса – Атертона для определения потерь магнитной мощности на высокой частоте в машинах с постоянными магнитами» . Транзакции IEEE по магнетизму . 51 (6): 7301210. Бибкод : 2015ITM....5182594D . дои : 10.1109/TMAG.2014.2382594 . S2CID   30752050 .
  18. ^ Хуанг, Си-Руэн; Чен, Хун-Тай; Ву, Чуэ-Ченг; и др. (2012). «Отличение внутренних повреждений обмотки от пусковых токов в силовых трансформаторах с использованием параметров модели Джайлса – Атертона на основе корреляционного коэффициента». Транзакции IEEE по магнетизму . 27 (2): 548. doi : 10.1109/TPWRD.2011.2181543 . S2CID   25854265 .
  19. ^ Калкинс, FT; Смит, Р.К.; Флатау, AB (2008). «Энергетическая модель гистерезиса для магнитострикционных преобразователей». Транзакции IEEE по магнетизму . 36 (2): 429. Бибкод : 2000ITM....36..429C . CiteSeerX   10.1.1.44.9747 . дои : 10.1109/20.825804 . S2CID   16468218 .
  20. ^ Шевчик, Р.; Бьенковский, А. (2004). «Применение энергетической модели магнитоупругих свойств аморфных сплавов для сенсорных устройств». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 272 : 728–730. Бибкод : 2004JMMM..272..728S . дои : 10.1016/j.jmmm.2003.11.270 .
  21. ^ Шевчик, Р.; Салах, Дж.; Бьенковский, А.; и др. (2012). «Применение расширенной модели Джайлса – Атертона для моделирования магнитных характеристик сплава Fe41,5Co41,5Nb3Cu1B13 в закаленном и нанокристаллическом состоянии». Транзакции IEEE по магнетизму . 48 (4): 1389. Бибкод : 2012ITM....48.1389S . дои : 10.1109/TMAG.2011.2173562 .
  22. ^ Шевчик, Р. (2008). «Расширенная модель Джайлса – Атертона для моделирования магнитных характеристик изотропных материалов» . Acta Physica Polonica А. 113 (1): 67. Бибкод : 2008JMMM..320E1049S . дои : 10.12693/APhysPolA.113.67 .
  23. ^ Молдовану, БО; Молдовану, К.; Молдовану, А. (1996). «Компьютерное моделирование переходных процессов феррозондовой магнитометрической схемы». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 157–158: 565–566. Бибкод : 1996ГГММ..157..565М . два : 10.1016/0304-8853(95)01101-3 .
  24. ^ Кундева, С. (2008). «Компьютерное моделирование переходных процессов феррозондовой магнитометрической схемы» . Сербский журнал электротехники . 5 (1): 21–30. дои : 10.2298/sjee0801021c .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 7fe962abcb24b64e5b7beb513e042321__1702904160
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/7f/21/7fe962abcb24b64e5b7beb513e042321.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Jiles–Atherton model - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)