Mathematical and computer modelling of the influence of stress on magnetic characteristics of the construction steels

• Autorzy: Jackiewicz D. , Szewczyk R. , Salach J.

Warianty tytułu

PL

Matematyczne i komputerowe modelowanie wpływu naprężeń na charakterystyki magnetyczne stali konstrukcyjnej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper concerns the possibility of use the Jiles-Atherton extended model to describe the magnetic characteristics of construction steel St3 under mechanical stress. Results of the modelling utilizing extended Jiles-Atherton model are consistent with results of experimental measurements for magnetic hysteresis loops B(H). Material stress state determination by using non-destructive, magnetic properties based on testing techniques is an especially important problem.

PL

Jilesa-Athertona do opisu wpływu naprężeń na charakterystyki magnetyczne stali konstrukcyjnej. Oryginalny model zakłada, że parametry modelu są stałe w całym zakresie pól magnesujących H. Zastosowane rozszerzenie pozwala modelować pętle histerezy dla różnych wartości pól magnetycznych. Jest to możliwe dzięki powiązaniu wartości parametru k mówiącym o średniej energii koniecznej do pokonania zaczepu ścian domenowych z magnetyzacją (zależność 12). Do badań eksperymentalnych wykorzystano próbkę ramkową ze stali St3. Na rysunku 1 przedstawiono układ użyty do wytworzenia pola magnetycznego i pomiaru indukcji magnetycznej. Badaną próbkę poddana naprężenią rozciągającym poniżej granicy sprężystości przy pomocy maszyny wytrzymałościowej (rys. 2). Otrzymane wyniki eksperymentalne potwierdziły, że pętle histerezy znacząco się zmieniają pod wpływem naprężeń. Następnie wpływ naprężeń na pętle histerezy został zamodelowany przy użyciu rozszerzonego modelu Jilesa-Athertona na podstawie wyników z badań eksperymentalnych. Parametry modelu wyznaczono przy pomocy optymalizacji wieloparametrycznej, w której funkcja celu dana jest zależnością 13. Do minimalizacji zastosowano strategię ewolucyjną (μ + λ) połączoną z symulowanym wyżarzaniem. Następnie 20 najlepszych zestawów paramentów modelu Jilesa-Athertona zostało poddanych optymalizacji gradientowej. Wyniki modelowania z wykorzystaniem rozszerzonego modelu Jiles-Atherton są zgodne z wynikami pomiarów doświadczalnych dla pętli histerezy magnetycznej B (H) (rys. 3, 4, 5). Zgodność wyników została potwierdzona za pomocą współczynnika determinacji R2, który przekroczył wartość 99% dla każdej pętli histerezy.

Słowa kluczowe

EN

construction steel; magnetic characteristics modelling; non-destructive testing; stress influence

• Wydawca: Instytut Informatyki Teoretycznej i Stosowanej Polskiej Akademii Nauk
• Czasopismo: Theoretical and Applied Informatics
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 25, No. 1
• Strony: 17--27
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys.

Twórcy

autor

Jackiewicz D.

• Industrial Research Institute for Automation and Measurements Jerozolimskie 202, Warsaw, Poland

autor

Szewczyk R.

• Industrial Research Institute for Automation and Measurements Jerozolimskie 202, Warsaw, Poland

autor

Salach J.

• Institute of Metrology and Biomedical Engineering, Warsaw University of Technology Boboli 8, Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. M. J. Sablik, H. Kwun, G. L. Burkhardt, D. C. Jiles, Model for the effect of tensile and compressive stess on ferromagnetic hysteresis, J. Appl. Phys. 61, 1987, pp. 3799.
• 2. R. Szewczyk, Extension for the model of the magnetic characteristics of anisotropic metallic glasses, Journal of Physics D – Applied Physics 40, 2007, pp. 4109.
• 3. M. J. Sablik, G. L. Burkhardt, H. Kwun, D. C. Jiles, A model for the effect of stress on the low-frequency harmonic content of the magnetic induction in ferromagnetic materials, Journal of Applied Physics 63, 1988, pp. 3930.
• 4. D. C. Jiles, D. L. Atherton, Ferromagnetic hysteresis, IEEE Trans. Magn. 19, 1983, pp. 2183.
• 5. D. C. Jiles, A. Ramesh, Y. Shi, X. Fang, Application of the anisotropic extension of the theory of hysteresis to the magnetization curves of crystalline nad textured magnetic materials, IEEE Trans. Magn. 33, 1997, pp. 3961.
• 6. D. C. Jiles, D. Atherton, Theory of ferromagnetic hysteresis, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 61, 1986, pp. 48.
• 7. A. Ramesh, D. C. Jiles, J. Roderik, A model of anisotropic anhysteretic magnetization, IEEE Transactions on Magnetics 32, 1996, pp. 4234.
• 8. R. Szewczyk, Modelling the magnetic and magnetostrictive properties of high permeability Mz-Zn ferrites, Pramana – Journal of Physics 67, 2006, pp. 1165.
• 9. H. P. Schwefel, Evolution and optimum seeking, Wiley, New York, 1995.
• 10. A. Bieńkowski, Same problems of measurement of magnetostriction in ferrites under stresses, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 112, 1992, pp. 143-145.
• 11. R. Szewczyk, Modelling the magnetic characteristics of isotropic and anisotropic materials for sensor applications, Acta Physica polonica A 113, 2008, pp. 67.