【技术实现步骤摘要】
一种软磁材料在应力下的磁致伸缩应变模拟方法
[0001]本专利技术属于软磁材料磁致伸缩特性分析领域，具体涉及一种软磁材料在应力下的磁致伸缩应变模拟方法。
技术介绍
[0002]软磁材料广泛应用于制作变压器、电机等电工装备的铁心。但值得关注的是，软磁材料的磁致伸缩特性会对其自身及所属电工装备的其他特性(电磁噪声、能量损耗、使用寿命等)产生重要影响。而在实际运行中，受限于制作工艺及电工装备服役过程中受到的外加应力、磁场等因素，软磁材料又不可避免的会产生磁致伸缩应变，进而影响电工装备的运行状态。因此，专利技术一种准确、快速、实用的应力下软磁材料磁致伸缩特性模拟方法对电工装备性能准确评估及其全局优化涉及等研究具有重要支撑作用。
[0003]然而，现有同时考虑应力和磁场的磁致伸缩特性模拟方法主要是从宏观角度出发，需要大量实验数据对参数进行拟合，难以在工程中得到实际应用，且不能揭示软磁材料在应力下磁致伸缩应变的机理，例如：
[0004]1)专利一：《一种电工钢片的磁致伸缩模型的建模方法》申请号：2021111331510...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种软磁材料在应力下的磁致伸缩应变模拟方法，其特征在于：包含以下步骤：步骤一：假设软磁材料是由大量磁畴组成，方向呈随机分布，饱和磁化强度为M
s
，对二十面体进行六次细化的三角剖分，得到含有10242个坐标点的球体，每一个坐标点都用来模拟软磁材料中的某一个磁畴α的初始磁化方向；步骤二：利用介观磁化理论和胡克定律构建单个磁畴α内的磁化强度M
α
、磁致伸缩应ε
α
的数学模型；步骤三：根据吉布斯自由能W
α
的定义，将其分为各向异性能静磁能和磁弹性能三项之和；并在磁弹性能中引入二阶应力张量，推导出新的吉布斯自由能表达式；步骤四：根据玻尔兹曼分布计算原则，依次计算每个磁畴α的无磁滞体积分数f
an
；再由均质化理论，建立软磁材料的无磁滞磁化强度M
an
关于磁畴的磁化强度M
α
、磁致伸缩应变ε
α
及磁畴对应的无磁滞体积分数f
an
等参量的数学模型；步骤五：通过介观能量守恒原理，以及磁畴的体积分数f
α
引起磁化强度改变的理论，结合上述步骤中得到的无磁滞磁化强度M
an
，建立一种基于介观尺度理论的磁畴体积分数f
ασ
的微分方程，再使用四阶龙格
‑
库塔法求解微分方程，最后基于均质化理论，求得软磁材料在不同应力下整体的应变，并模拟出其磁致伸缩曲线。2.根据权利要求1所述的一种软磁材料在应力下的磁滞特性模拟新方法，其特征在于：步骤一中，假设软磁材料是由大量介于宏观和微观尺度，即介观尺度的磁畴组成，在无外界磁场、应力等因素的影响下，磁畴的初始磁化方向呈随机分布，且软磁材料整体对外不显磁性，因此通过对二十面体进行六次三角剖分，得到10242个坐标点的球体，以此来模拟软磁材料中磁畴的初始磁化方向。3.根据权利要求1所述的一种软磁材料在应力下的磁致伸缩应变模拟方法，其特征在于：步骤二中磁畴的磁化强度M
α
、磁致伸缩应ε
α
可表示为：M
α
＝M
s
α＝M
s
[α
1 α
2 α3]
t
式中，a＝[α
1 α
2 α3]
t
是磁畴α的磁化强度M
α
的初始磁化方向；λ
100
、λ
111
是立方晶体沿着<100>、<111>方向饱和磁化时的磁滞伸缩应变常数。4.根据权利要求1所述的一种软磁材料在应力下的磁致伸缩应变模拟方法，其特征在于：步骤三中吉布斯自由能W
α
、各向异性能静磁能和磁弹性能等表达式如下所示：示：示：示：
其中，表示为磁弹性能一阶分量，表示为磁弹性能二阶分量，K1、K2是软磁材料的各向异性常数，μ0为真空磁导率常数，H是外加磁场，σ
α
是应力张量，E
α
是四阶磁致伸缩张量，R
α
是磁化方向余弦形成的二阶张量，N六阶磁致伸缩张量。5.根据权利要求1所述的一种软磁材料在应力下的磁致伸缩应变模拟方法，其特征在于：步骤四中根据玻尔兹曼分布原则，求得无磁滞体积分数表达式为：其中，为材料可调参数，由无磁滞磁化强度初始磁导率χ0及饱和磁化强度M
s
确定。6.根据权利要求1所述的一种新型应力下软磁材料磁致伸缩应变的模拟方法，其特征在于：步骤四中软磁材料无磁滞磁化强度M
an...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘任，顾朝阳，卢友好，黄力，袁发庭，陈彬，王爽，姜岚，唐波，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：
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