Механизмы перемагничивания магнитных материалов. Моделирование процессов перемагничивания. Учебное пособие

не строго по математическому определению распределения, а с добавлением случайного множителя к значению количества частиц для каждого значения, без изменения общего числа частиц. Для изменения случайного распределения нажать «Применить».

После введения всех параметров частиц ансамбль можно сохранить. Ансамбли сохраняются с расширением «*.as». Сохраненный ансамбль можно редактировать с помощью Microsoft Excel.

В рассматриваемой закладке также сделана кнопка «Статистика», при нажатии на которую над кнопкой рассчитывается число частиц, находящихся в разных состояниях (см. рисунок 19).

Рисунок 20 – Вид программы моделирования ансамблей микромагнитных частиц. Ввод распределения параметров частиц по функции Гаусса

4.4.1 Построение петель гистерезиса

Для измерения петель гистерезиса исследуемых ансамблей необходимо задать или загрузить параметры ансамбля и зайти на вкладку «Графики» (рисунок 21).

Программа позволяет строить петли гистерезиса в автоматическом режиме, задавая поле и шаг поля, затем нажимая

41

«Петля гистерезиса». Чем больше число шагов поля, тем дольше происходит вычисление. Если поставить галочку напротив «Приложить поле», то петля будет построена, начиная с кривой намагничивания. После окончания измерения петли гистерезиса ансамбль остается намагниченным полем, заданным при построении. Намагниченность ансамбля пишется над графиком после «М: » (на рисунке 21 намагниченность равна 0,994). Для его размагничивания нужно либо зайти в меню «Размагничивание», либо нажать одну из кнопок «TR» – термическое размагничивание, «DC» – размагничивание обратным полем, «AC» – циклическое размагничивание.

Можно построить петли гистерезиса и вручную, задавая поля и нажимая «Приложить поле». Поле можно задавать как положительное, так и отрицательное. Кривые намагничивания и перемагничивания будут накладываться до тех пор, пока не нажать «Очистить график».

Масштаб графиков не фиксирован. Если нужно увеличение масштаба или выделение какой-то области графика, необходимо выделить курсором интересующую область от ее левого верхнего угла к нижнему правому. Графики можно сохранять в меню «Сохранить» в формате «*.wmf», что позволяет легко обрабатывать их в Microsoft PowerPoint. Графики сохраняются в масштабе, выведенном в момент сохранения на экран.

В программе учтено построение петель гистерезиса с учетом размагничивающего фактора. Для такого построения достаточно нажать на кнопку «PlotFactor», предварительно введя значение фактора в область над кнопкой и значение поля и шага поля.

При приложении поля состояние частиц меняется, это можно наблюдать в закладке «Частицы» и «Эксперимент» при нажатии кнопки «Статистика».

4.4.2 Дополнительные возможности программы

Для подбора ансамблей, сходных по свойствам с реальными материалами, в программе введена функция сравнения моделированных петель с экспериментальными данными. Для такого сравнения нужно открыть файл с экспериментальными данными в меню «Загрузить», «Эксперимент», а далее строить петли гистерезиса и подгонять их к эксперименту (рисунок 22).

42

Рисунок 21 – Вид программы моделирования ансамблей микромагнитных частиц. Построение петель гистерезиса

Рисунок 22 – Вид программы моделирования ансамблей микромагнитных частиц. Сравнение моделируемых и экспериментальных данных

43

Файл с экспериментальными данными создается в опции «блокнот» и состоит из двух столбцов: левый – значение напряженности внешнего магнитного поля в килоэрстедах (дробное значение отделяется точкой, а не запятой), правый – относительная величина намагниченности. Над таблицей указывается число экспериментальных точек. Файлу присваивается расширение «.exp».

При принципиальном совпадении экспериментального и модельного графиков можно посчитать отклонение теоретической модели от эксперимента, нажав «Кв. отклонение от эксп.». Для удобства введена кнопка вызова последнего загружаемого эксперимента «LExp» под меню «Сохранить».

Для удобства исследования перемагничивания программа была дополнена закладкой «Слои» (рисунок 23). Программа позволяет наблюдать графическую картину намагничивания и перемагничивания.

Прямоугольниками изображены частицы ансамбля в слое (плоскости XY и XZ). Слева показаны знаки намагниченностей частиц, справа – их состояния (многодоменные или однодоменные микрообъемы). Справа внизу под панелью находится информация о состоянии частиц по слоям (вдоль оси Z) отдельно для каждой плоскости. Красно-синие прямоугольники обозначают частицы, находящиеся в многодоменном состоянии, намагниченность которых меньше намагниченности насыщения частицы, красные обозначают частицы, намагниченные до насыщения вдоль положительного поля, синие – намагниченные до насыщения вдоль отрицательного поля. Кнопки «XZ sign», «XZ state», «XY sign», «XY state» открывают диалоговое окно с сохранением соответствующего изображения.

Описываемая функция не производит расчетов, а лишь повторяет результаты, описываемые в закладке «Частицы». Такая схема наглядно показывает состояние ансамбля при перемагничивании. Становится возможным наблюдать механизм перемагничивания путем постепенного увеличения перемагничивающего поля. На рисунке 24 показано последовательное перемагничивание ансамбля, на нем видно зарождение домена обратной намагниченности и последующее перемагничивание.

Таким образом, дополнительные возможности программы позволяют получать ансамбли со свойствами, близкими к реальным образцам, и исследовать поведение этих ансамблей в процессе перемагничивания.

44

Рисунок 23 – Вид программы моделирования ансамблей микромагнитных частиц. Послойное наблюдение перемагничивания ансамбля

Рисунок 24 – Графическое отображение перемагничивания намагниченного ансамбля при приложении отрицательного поля

45

5 Программа практических занятий. Задачи контрольных работ и темы курсовых проектов

Студент открывает на компьютере программу FMRM и знакомится с ее опциями. Под руководством преподавателя вводит в программу параметры моделируемого материала, получая навык работы с программой.

На следующем этапе практического занятия каждый участник семинара получает конкретное задание с параметрами ансамбля моделируемого постоянного магнита, самостоятельно вводит их в программу и анализирует процесс перемагничивания конкретного материала.

Отчетом о работе являются файлы с данными по построенным кривым намагничивания, частным петлям гистерезиса и кривой размагничивания.

Примеры задач контрольных работ приведены ниже.

1 Заданы параметры имитирующего данный магнитный материал ансамбля. Построить кривую намагничивания.

2 Заданы параметры имитирующего данный магнитный материал ансамбля. Построить спинку гистерезиса.

3 Заданы параметры имитирующего данный магнитный материал ансамбля. Построить петлю гистерезиса.

4 Заданы параметры имитирующего данный магнитный материал ансамбля. Построить график Хенкеля.

Примеры тем курсовых заданий приведены ниже.

1 Дан график экспериментальной кривой намагничивания для образца сплава SmCo5. Требуется определить параметры имитирующего ансамбля и построить для него графики Хенкеля.

2 Дан график экспериментальной кривой размагничивания для образца сплава SmCo5. Требуется определить параметры имитирующего ансамбля и построить для него частные петли гистерезиса.

3 Дан график экспериментальной кривой намагничивания для образца сплава SmCo5. Требуется определить параметры имитирующего ансамбля и построить для него кривые возврата.

4 Дан график экспериментальной кривой намагничивания для образца сплава Nd2Fe14B. Требуется определить параметры имитирующего ансамбля и построить для него графики Хенкеля.

46

5 Дан график экспериментальной кривой размагничивания для образца сплава Nd2Fe14B. Требуется определить параметры имитирующего ансамбля и построить для него частные петли гистерезиса.

6 Дан график экспериментальной кривой намагничивания для образца сплава Nd2Fe14B. Требуется определить параметры имитирующего ансамбля и построить для него кривые возврата.

47

Библиогафический список

1 Введенский В.Ю., Лилеев А.С., Перминов А.С. Экспериментальные методы физического материаловедения. М.: Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 2011. 308 с.

2 Новые материалы / Под ред. Ю. С. Карабасова. Раздел 8. Магнитные и сверхпроводящие материалы. М.: МИСИС, 2002. С. 505–537.

3 Лилеев А. С. // Научные школы Московского государственного института стали и сплавов (технологического университета): 75 лет: Становление и развитие. М.: МИСиС, 1997. С. 425–431.

48