Телефон: +7 (383)-202-16-86

Статья опубликована в рамках: III Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов: МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ» (Россия, г. Новосибирск, 23 мая 2012 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Моделирование

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Илюхин К.Н., Шувалова И.В. МОДЕЛИРОВАНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ МАГНИТОСТРИКЦИОННОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ УРОВНЯ В МОДЕЛИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЕ ELCUT И С ПОМОЩЬЮ КОМПЛЕКСА АВТОРСКИХ ПРОГРАММ // Научное сообщество студентов: МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ: сб. ст. по мат. III междунар. студ. науч.-практ. конф. № 3. URL: https://sibac.info//sites/default/files/conf/file/stud_3_3.pdf (дата обращения: 04.04.2020)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

МОДЕЛИРОВАНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ МАГНИТОСТРИКЦИОННОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ УРОВНЯ В МОДЕЛИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЕ ELCUT И С ПОМОЩЬЮ КОМПЛЕКСА АВТОРСКИХ ПРОГРАММ

 

 


Илюхин Кирилл Николаевич


студент 4 курса, ФИПТ, ПГТА, г. Пенза


Е-mailKirik.super@mail.ru


Шувалова Ирина Владимировна


студентка 3 курса, ФИПТ, ПГТА, г. Пенза


Е-mailirinashuvalova@me.com


Ермолаев Николай Александрович


научный руководитель, к.т.н., доцент. каф. «Информационные технологии и системы» ПГТА, г. Пенза


Карпухин Эдуард Владимирович


научный руководитель, аспирант каф.
«Электроника и электротехника» ПГТА, г  Пенза


 

Комплекс программ моделирования магнитных полей мпу накладного типа


 В настоящее время существует [1, 2, 3, 7] различное математическое программное обеспечение (ПО) отечественных и зарубежных фирм, позволяющее решать многие задачи математического моделирования. Обычно такие программные продукты ориентированы на решение задач  из конкретной предметной области (ELCUT, Littlemag и др.), но существуют и универсальные средства, предоставляющие широкие возможности для математического моделирования различных процессов, имеющие в своем составе большое количество встроенных функций (ANSYS, MATLAB и др.) Однако, существующее ПО обладает рядом недостатков, затрудняющих его применение для моделирования магнитных полей магнитострикционных преобразователей уровня (МПУ) накладного типа [9].


Рассмотрим МПУ накладного типа, расчетная схема которого изображена на рис. 1.

Рисунок 1 – Расчетная схема МПУ накладного типа


Из рис. 1 видно, что для полного описания конструкции МПУ накладного типа должны быть заданы следующие параметры: длина и ширина расчетной области (А,В), немагнитной стенки (h1,Н), корпуса поплавка (lp,hp), постоянного магнита (l,h2), экрана звукопровода (le,he), толщина направляющего паза поплавка (p) и экрана звукопровода (e), величина зазоров между поплавком и направляющим пазом (z1), между звукопроводом и немагнитной стенкой (z2), а также радиус осевого сечения звукопровода (r).


Возникает задача поиска оптимальной ширины немагнитной стенки Н, при которой напряженность продольного магнитного поля постоянного магнита будет достаточной для формирования ультразвуковой волны (УЗВ) кручения в среде звукопровода из магнитострикционного материала, обладающей необходимой энергией, чтобы быть верно считанной сигнальным электроакустическим преобразователем. При этом дальнейшее увеличение ширины немагнитной стенки Н будет не значительно влиять на процесс формирования УЗВ кручения в среде звукопровода из магнитострикционного материала, и является экономически не обоснованным [5, 8].


При попытке решения данной задачи с использованием отечественной моделирующей системы ELCUT, для расчетной области МПУ накладного типа (рис. 1), были получены картины силовых линий напряженности магнитного поля, изображенные на рис. 2 [5, 8].

                                 а)                                                                б)

Рисунок 2 – Картины силовых линий напряженности
магнитного поля МПУ накладного типа, полученные с помощью системы
ELCUT:
а – в момент отсутствия токового импульса; б – в момент подачи токового импульса в среде звукопровода


Также в результате моделирования в системе ELCUT представляется возможным получение различных интегральных характеристик магнитного поля вдоль заданных контуров. Например, зависимость индукции результирующего магнитного поля МПУ накладного типа, вдоль оси звукопровода, полученная с помощью ELCUT приведена на рис. 3 [5, 8].

Рисунок 3 – Зависимость магнитной индукции вдоль оси звукопровода


Однако, для решения задачи поиска оптимального значения ширины немагнитной стенки Н резервуара с контролируемой средой (рис. 1), необходимо наличие непрерывных зависимостей характеристик поля в заданной точке от геометрических размеров элементов расчетной области. Такая возможность в ELCUT отсутствует, и, в связи с этим, поставленная задача в этой системе может быть решена лишь приближенно, путем ручного перебора всей возможных значений геометрических размеров.


Для получения непрерывной зависимости напряженности продольного магнитного поля магнита поплавка от ширины немагнитной стенки Н корпуса резервуара накладного МПУ, в точке на поверхности звукопровода из магнитострикционного материала, необходимо разработать комплекс программ для ЭВМ, реализующий численный метод расчета магнитного поля на основе решения системы уравнений Максвелла для электромагнитного поля [4]:

                                                         (1)


Известно, что методом сеток система (1) может быть сведена к системе конечно-разностных уравнений, записываемых для каждого узла сетки методом баланса, вида [6, 10]:

               (2)

где: искомые значения магнитных потенциалов в узлах,  – величина, обратная магнитной проницаемости i-ого узла сетки.


Таким образом, система уравнений вида (2) является алгебраической и может быть решена численными методами, с любой степенью точности.


С этой целью в среде Borland Delphi 7 была разработана программа «Накладной МПУ», реализующая численный метод верхней релаксации [6, 10] для решения системы уравнений вида (2), описывающей магнитное поле МПУ накладного типа. Главное окно этой программы представлено на рис. 4.


При разработке программы, была предусмотрена возможность просмотра промежуточных результатов (кнопка «Расчет поля» на рис. 4), то есть возможность получения картины магнитного поля при заданных параметрах МПУ. При нажатии этой кнопки группа параметров «Изменяемые размеры» игнорируется, и расчет поля производится при фиксированном значении ширины немагнитной стеки Н, указанной в блоке «Размеры немагнитной стенки» (рис. 4). Созданный в результате m-файл будет содержать программу и числовые данные для построения в системе MATLAB зависимости напряженности магнитного поля МПУ накладного типа от координат точки расчетной области.

Рисунок 4 – Главное окно программы «Накладной МПУ»


Результаты моделирования магнитного поля МПУ накладного типа при фиксированных значениях параметров конструкции с помощью разработанной программы, приведены на рис. 5.

Рисунок 5 – Зависимость напряженности магнитного поля МПУ накладного типа от координат


Непрерывная зависимость напряженности магнитного поля постоянного магнита МПУ накладного типа от ширины немагнитной стенки Н резервуара с контролируемой средой, полученная с помощью программы «Накладной МПУ» приведена на рис. 6.

Рисунок 6 – Зависимость напряженности магнитного поля постоянного магнита от ширины немагнитной стенки Н


Таким образом, можно сделать вывод о том, что разработанное программное обеспечение для моделирования магнитных полей МПУ накладного типа, позволяет получать непрерывную зависимость напряженности магнитного поля постоянного магнита от ширины немагнитной стенки Н резервуара, в чем и заключается её преимущество перед имеющимися аналогами. Наличие же указанной зависимости позволяет осуществить выбор минимально необходимого значения ширины немагнитной стенки Н, что позволит сократить расход дорогостоящих материалов, а следовательно и стоимость накладных МПУ при их серийном производстве.

 

Список литературы:

  1. ELCUT. Руководство пользователя. Производственный кооператив ТОР. – изд-во Санкт-Петербург, 2007. – 297 с.
  2. Алексеев Е. Р. Решение задач вычислительной математики в пакетах Mathcad 12, MATLAB 7, Maple 9. – М.: изд-во НТ Пресс, 2006. – 496 с.
  3. Андреева Е. Г., Шамец С. П., Колмогоров Д. В.. Конечно-элементный анализ стационарных магнитных полей с помощью программного пакета ANSYS. – Омск: изд-во ОмГТУ, 2002. – 92 с.
  4. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное поле. – М.: изд-во Высшая школа, 1978. – 231 с.
  5. Демин С. Б., Карпухин Э. В., Воронцов А. А., Ермолаев Н. А..   Моделирование магнитных полей первичного преобразователя магнитострикционного преобразователя перемещений: Актуальные вопросы современной информатики: Сб. статей международной НПК, апрель 2011, в 2 т. Т.2. – Коломна: изд-во МГОСГИ, 2011. – с. 24—28.
  6. Демирчян К. С., Нейман Л. Р., Коровкин Н. В.. Теоретические основы электротехники. Т.2. – СПб.: изд-во Питер, 2009. – 432 с.
  7. Дубицкий С., Поднос В., ELCUT – инженерная система моделирования двухмерных физических полей. – изд-во CADmaster. – 2001. – № 1. – с. 17—21.
  8. Карпухин Э. В., Демин С. Б., Воронцов А. А., Ермолаев Н. А..  Моделирование магнитных полей магнитострикционных преобразователей перемещений: Сб. статей международной НТК «Наука и образование – 2011» – Мурманск, изд-во МГТУ, 2011,– с.85-91.
  9. Фролов А. С., Демин С. Б.. Патент RU №2298154, МПК7: G01F23/28. Ультразвуковой уровнемер. Опубл. 27.04.2007. – Бюл. № 12.
  10. Чечурин В. Л.,Демирчян К. С.. Машинные расчеты электромагнитных полей – М.: изд-во Высш. шк., 1986. – 240 с.
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий

Уважаемые коллеги, издательство СибАК с 30 марта по 5 апреля работает в обычном режиме