一种含应力双相铁磁材料中磁巴克豪森噪声信号的模拟方法技术

本发明专利技术公布了一种含应力双相铁磁材料中磁巴克豪森噪声信号的模拟方法，将Ising模型中的自旋平面进行网格划分，划分后的子自旋平面网格内进行不同的模型参数赋值，以模拟双组分具有的不同磁特性。双组分各自占据的网格数量比例可以调整，以模拟组分占比的变化。利用蒙特卡洛算法对Ising模型进行求解，可得到组分占比不同的双相材料磁巴克豪森噪声信号。采用四次多项式描述Ising模型中自旋相互作用系数与应力的关系，代入双相材料磁巴克豪森噪声信号模拟模型，分析组分占比与应力共同作用下磁巴克豪森噪声信号特征的变化规律。利用本发明专利技术公布的方法预测得到的组分占比与应力变化对磁巴克豪森噪声的影响规律与实验结果相符。

A simulation method of Magnetic Barkhausen noise signal in two-phase ferromagnetic materials with stress

【技术实现步骤摘要】
一种含应力双相铁磁材料中磁巴克豪森噪声信号的模拟方法
含应力双相铁磁材料中磁巴克豪森噪声信号的模拟方法，属于磁性物理学与无损检测领域的交叉内容，既有助于揭示物理现象，又可以作为双相材料组分占比和应力无损检测的理论依据。
技术介绍
磁巴克豪森噪声检测方法具有无损检测的特点，对材料内部组分占比和应力的变化非常敏感。实验过程中观察到双相铁磁性材料中检测得到的磁巴克豪森噪声信号往往呈现双峰现象，且双峰特征随双相体积占比及应力变化而呈现规律性的变化趋势。目前，对于含应力双相铁磁性材料磁巴克豪森噪声信号的模拟方法大都采用宏观磁滞模型结合线性叠加方法实现，但该方法无法考虑微观特征信息，也无法考虑两单相间的关系。因此，尚缺乏含应力双相铁磁性材料磁巴克豪森噪声信号的合理模拟方法。本专利技术在现有Ising模型基础上，创新性地提出利用Ising模型自旋平面网格划分和等效自旋相互作用系数分网格设置的方法，实现了双相铁磁性材料的磁巴克豪森噪声信号模拟，定量预测了双相材料组分占比和应力对磁巴克豪森噪声信号双峰峰值的影响规律。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种含应力双相铁磁材料中磁巴克豪森噪声信号的模拟方法，以实现在理论上对应力作用下的双相铁磁性材料磁巴克豪森噪声信号进行预测。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供的技术方案如下：一种含应力双相铁磁材料中磁巴克豪森噪声信号的模拟方法，该方法的具体实现过程如下：步骤1：在含应力双相铁磁性材料的磁巴克豪森噪声模拟方法中，采用Ising模型结合蒙特卡洛算法的方式。首先对Ising模型中的自旋平面进行网格划分，形成N个自旋数目相等的子自旋平面，每个子自旋平面中包含n个自旋点，选择其中Q(1≤Q≤N)个子自旋平面设置等效自旋相互作用系数为Je1，其余N-Q个子自旋平面内的自旋相互作用系数设为Je2，此时组分占比计为β＝Q/N。等效自旋相互作用系数Je1和Je2的表达式为：式中J1和J2为无应力时的自旋相互作用系数；Jσ1和Jσ2为双组分网格内应力σ所致的自旋相互作用系数，Jσ1和Jσ2与应力σ的关系用四次多项式形式表述如下：式中p11、p12、p13、p14、p21、p22、p23、p24为多项式各项系数。在含应力双相铁磁性材料的磁巴克豪森噪声信号模拟中，考虑组分占比和应力的Ising模型的总自旋系统的能量E表示为：式中S表示这两种自旋状态，取值为±1，分别代表自旋向上与自旋向下，N×n表示总自旋点数。如果不考虑应力(σ＝0)的影响，则式(3)退化为适用于无应力状态下双相铁磁材料的模型，由此形成的总自旋系统的能量E表示为：步骤2：利用蒙特卡洛算法对式(3)或式(4)所表达的含应力双相铁磁性材料磁巴克豪森噪声信号模拟Ising模型整体自旋平面区域进行求解，用自旋系统的算数平均值表述磁化强度M，表达式为：在含应力双相铁磁性材料的磁巴克豪森噪声信号模拟中，计算磁巴克豪森噪声信号，其表达式为：式中t为模拟时间，即在蒙特卡罗算法中的求解步数。不同组分体积占比条件下双相材料的磁巴克豪森噪声信号可通过对式(3)的求解得到。双相材料在应力作用下的磁巴克豪森噪声信号模拟可通过对式(4)的求解得到，并可定量预测组分占比与应力对磁巴克豪森噪声信号的影响规律。附图说明图1Ising模型自旋平面划分图。图2模拟得到的不同组分占比下双相材料的磁巴克豪森噪声信号图。图3不同组分占比下的双相材料磁巴克豪森噪声信号包络图。图4组分占比β＝4％时特定应力下的磁巴克豪森噪声信号图。图5双相材料中代表J1相的磁巴克豪森噪声峰值随应力的变化图。图6双相材料中代表J2相的磁巴克豪森噪声峰值随应力的变化图。具体实施方式为使本专利技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。本专利技术提供一种含应力双相铁磁材料中磁巴克豪森噪声信号的模拟方法，所述建模方法包括以下步骤：S1：在含应力双相铁磁性材料的磁巴克豪森噪声模拟方法中，对Ising模型中的自旋平面进行等尺寸网格划分，以二维20×20自旋平面为例，划分为25个4×4子自旋平面，对其中随机选择的Q个子自旋平面内设置自旋相互作用系数为J1＝0.5，其它的25-Q个子自旋平面内的自旋相互作用系数设为J2＝0.9，这里取Q分别为1、2和3，对应的组分占比β分别为4％、8％和12％，自旋平面示意图如图1所示。S2：将划分后的自旋平面代入Ising模型，计算得到不同组分占比下的磁巴克豪森噪声信号如图2所示。采用滑动平均算法提取磁巴克豪森噪声信号包络曲线，绘制不同组分占比下双相材料的蝶形曲线如图3所示。S3：对公式(2)中的各项系数进行赋值，p11＝p21＝1.5×10-34MPa-4，p12＝p22＝-1.1×10-25MPa-3，p13＝p23＝2.2×10-17MPa-2和p14＝p24＝5.0×10-15MPa-1，将各项系数代入公式(3)，以β＝4％为例，模拟得到特定应力下的磁巴克豪森噪声信号如图4所示。S4：在模拟应力为0到200MPa范围内以间隔20MPa进行求解，得到各模拟应力下不同组分占比双相材料的磁巴克豪森噪声信号，提取信号的双峰峰值随应力的变化如图5与图6所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含应力双相铁磁材料中磁巴克豪森噪声信号的模拟方法，其特征在于：该方法的具体实现过程如下，/n步骤1：在含应力双相铁磁性材料的磁巴克豪森噪声模拟方法中，采用Ising模型结合蒙特卡洛算法的方式；首先对Ising模型中的自旋平面进行网格划分，形成N个自旋数目相等的子自旋平面，每个子自旋平面中包含n个自旋点，选择其中Q个子自旋平面设置等效自旋相互作用系数为J

【技术特征摘要】
1.一种含应力双相铁磁材料中磁巴克豪森噪声信号的模拟方法，其特征在于：该方法的具体实现过程如下，
步骤1：在含应力双相铁磁性材料的磁巴克豪森噪声模拟方法中，采用Ising模型结合蒙特卡洛算法的方式；首先对Ising模型中的自旋平面进行网格划分，形成N个自旋数目相等的子自旋平面，每个子自旋平面中包含n个自旋点，选择其中Q个子自旋平面设置等效自旋相互作用系数为Je1，其余N-Q个子自旋平面内的自旋相互作用系数设为Je2，此时组分占比计为β＝Q/N，1≤Q≤N；
步骤2：利用蒙特卡洛算法对式(3)或式(4)所表达的含应力双相铁磁性材料磁巴克豪森噪声信号模拟Ising模型整体自旋平面区域进行求解，用自旋系统的算数平均值表述磁化强度M。


2.根据权利要求1所述的一种含应力双相铁磁材料中磁巴克豪森噪声信号的模拟方法，其特征在于：等效自旋相互作用系数Je1和Je2的表达式为：



式中J1和J2为无应力时的自旋相互作用系数；Jσ1和Jσ2为双组分网格内应力σ所致的自旋相互作用系数，Jσ1和Jσ2与应力σ的关系用四次多项式形式表述如下：



式中p11、p12、p13、p14、p21、p22、p23、p24为多项式各项系数；
在含应力双相铁磁性材料的磁巴克豪森噪声信号模拟中，考虑组分占比和应力的Ising模型的总自旋系统的能量E表示为：

【专利技术属性】
技术研发人员：何存富，王志，刘秀成，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11