Тарасенко Олег Володимирович. Удосконалення методів розрахунку апаратів намагнічування локальних ділянок феромагнітних деталей

Короткий опис

Тарасенко Олег Володимирович. Удосконалення методів розрахунку апаратів намагнічування локальних ділянок феромагнітних деталей. : Дис... канд. наук: 05.09.01 2008

Тарасенко О.В.Удосконалення методів розрахунку апаратів намагнічування локальних ділянок феромагнітних деталей. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.01 - Електричні машини і апарати. Кременчуцький державний політехнічний університет імені Михайла Остроградського. Кременчук, 2008.
Дисертація присвячена питанням досліджень процесу локального намагнічування масивних феромагнітних деталей пристроями, що намагнічують, в системах і приладах неруйнівного контролю структури металів, дефектів і товщини немагнітного шару. Розроблені нові і адаптовані відомі моделі розрахунку магнітного і електромагнітного полів лінійних та нелінійних середовищ, які базуються на інтегральних рівняннях Фредгольма першого та другого роду. Запропоновано алгоритми програмного комплексу для чисельного розрахунку поля у феромагнітному просторі і на його поверхні. Шляхом чисельних експериментів виконано аналіз основних закономірностей розподілення магнітного поля у феромагнітному середовищі. Запропоновано методику параметричної оптимізації геометричних параметрів магнітних систем пристроїв, що намагнічують за критерієм середнього значення намагніченості у центральній площині електромагніта. Спроектовані обладнання і методика експериментального дослідження процесів розповсюдження магнітного поля у феромагнітному середовищі під полюсами пристроїв, що намагнічують. Результати досліджень підтвердили коректність запропонованих методик розрахунку. Ці методики використані при створені систем неруйнівного контролю для Стаханівського вагонобудівного заводу і для холдингової компанії «Луганськтепловоз», що підтверджено актами впровадження результатів дисертаційної роботи.
Ключеві слова: електромагніт, неруйнівний контроль, процес намагнічування, моделювання, розрахунок поля, параметрична оптимізація, магнітні вимірювання.

У дисертаційній роботі на основі отриманих теоретичних і прикладних результатів та їх систематизації розв’язано актуальну наукову задачу створення ефективних методів розрахунку апаратів локального намагнічування феромагнітних виробів при їхньому неруйнівному контролі. Методи засновані на сучасних чисельних методах аналізу магнітних і електромагнітних полів, що дозволяє оптимально вибирати геометричні й енергетичні параметри пристроїв за заданими метрологічними показниками та вимогами до величини поля, що намагнічує.
Виконані в дисертаційній роботі дослідження дозволяють сформулювати наступні висновки:
1. На основі аналізу літературних джерел установлено, що існуючі методики розрахунку магнітних систем ЛНП ґрунтуються на ряді допущень, що приводять до похибки розрахунку і які не дозволяють здійснити параметричну оптимізацію цього класу електричних апаратів.
2. Розроблений метод аналізу магнітних систем локальних апаратів, що намагнічують, заснований на визначенні поля вектора намагніченості в області феромагнітного матеріалу під полюсами приставленого електромагніта, дає можливість розрахунку геометричних і магнітних параметрів осердя і матеріалу, що збільшує точність розрахунку цього класу електричних апаратів.
3. Розроблена математична модель електромагнітного поля в магнітній системі ЛНП для лінійного середовища на основі граничних інтегральних рівнянь, дозволяє при варіюванні геометричних параметрів системи ЛНП і урахуванні електрофізичних параметрів контрольованого виробу, одержати необхідну точність і універсальність розрахунку.
4. Доведено, що крім оцінки ефективності ЛНП за відношенням магнітного потоку, що протікає у феромагнітній деталі, до магнітного потоку в осерді при оптимізації магнітної системи доцільно ввести оцінку за середнім значенням намагніченості по перетину намагніченої деталі. Встановлено, що найбільший вплив на ефективність магнітної системи мають площа перетину полюсів осердя і між полюсної відстані.
5. Шляхом чисельних експериментів визначено, що розподіл намагніченості між полюсами ЛНП залежить не тільки від геометричних параметрів магнітної системи, але і від магнітних характеристик матеріалу, який намагнічується, що необхідно враховувати при параметричній оптимізації магнітної системи.
6. Доведено, що розміщення котушок на перетинці магнітопровода менш ефективне, ніж розміщення двох котушок на бічних частинах магнітопровода, якщо коефіцієнт ефективності в першому випадку змінюється в межах 0,62..0,74, то в другому випадку - 0,72..0,86. При цьому значення коефіцієнта ефективності значною мірою залежить від магнітних характеристик матеріалу, що намагнічується.
7. Шляхом параметричної оптимізації за критерієм максимального значення відношення середньої по глибині шару, що намагнічується, величини намагніченості до намагніченості насичення встановлено, що існуючі методики розрахунку оптимальних розмірів магнитопровода ЛНП, які не враховують магнітних характеристик матеріалу контрольованої деталі, дають похибку 19..20%, що підтверджується результатами експериментальних досліджень.
8. Шляхом чисельних експериментів при визначенні статичних характеристик ЛНП товщиномірів з постійними магнітами встановлено, що вони мають дві лінійних ділянки з різною крутизною, один з високим коефіцієнтом перетворення складає 10..15% усього діапазону виміру, другий з низьким значенням коефіцієнта перетворення - 60..70%.
9. Шляхом натурного експерименту доведено, що розбіжності у даних, отриманих у результаті натурних експериментів і розрахунків, складають не більш, ніж 11%, що вказує на коректність основних теоретичних посилок. Також експериментально підтверджено, що на величину максимального значення намагніченості в металі найбільш впливають поперечні розміри магнітопроводу і величина міжполюсної відстані.