| 专利名称： |
基于改进J-A模型的磁记忆信号检测方法 |
| 摘要： |
基于改进J‑A模型的磁记忆信号检测方法属于铁磁性材料的磁记忆信号检测技术领域，尤其涉及一种基于改进J‑A模型的磁记忆信号检测方法。本发明提供一种基于改进J‑A模型的磁记忆信号检测方法。本发明包括以下步骤：步骤1）：建立磁力学模型；步骤2）：建立改进的J‑A模型；还包括用于验证算法的准确性的仿真建模部分。 |
| 专利类型： |
发明专利 |
| 国家地区组织代码： |
辽宁;21 |
| 申请人： |
沈阳工业大学 |
| 发明人： |
刘斌;何璐瑶;郑思檬;张贺;任建 |
| 专利状态： |
有效 |
| 发布日期： |
2019-01-01T00:00:00+0800 |
| 申请号： |
CN201810170260.1 |
| 公开号： |
CN108387636A |
| 分类号： |
G01N27/85(2006.01)I;G;G01;G01N;G01N27;G01N27/85 |
| 申请人地址： |
110870 辽宁省沈阳市沈阳经济技术开发区沈辽西路111号 |
| 主权项： |
1.基于改进J‑A模型的磁记忆信号检测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1)：建立磁力学模型无外力作用时，铁磁性材料处于平衡状态，材料的总自由能为：E0＝Ems+Eel+EK (1)其中，Ems为铁磁晶体的磁弹性能，表示铁磁性与弹性之间相互作用所产生的能量，表示为：![]() 式(2)中、B1与B2分别为磁化作用下和形变作用下的磁弹性耦合系数；αi与αj表示磁化方向与所对应的晶轴间的夹角；eii与eij表示形变分量(i、j＝x、y、z)Eel为弹性能，表示材料发生弹性形变时，原子之间的相互作用力，根据弹性力学得：![]() 式(3)中，C11、C12、C44为弹性模量；eyz、exy、exz、exx、eyy、ezz均为形变分量；EK为各向异性能，表示铁磁性材料内电子自旋磁矩与轨道磁矩之间相互耦合作用所产生的能量，表示为：![]() 式(4)中，K1、K2为各向异性常数；α1、α2、α3为磁化方向与所对应的晶轴间的夹角；当铁磁性材料受到外力作用时，材料的总自由能包括由位错增殖所引起的应力能，即为：E＝Ems+Eel+EK+Eσ (5)式(5)中，Eσ为应力能，表示为：![]() 其中，λ100、λ111分别为<100>晶向和<111>晶向上的磁致伸缩系数；σ为应力值；γ1、γ2、γ3表示应力方向；α1、α2、α3为应力方向与所对应的晶轴间的夹角；当磁致伸缩系数各向相同时，即λ100＝λ111＝λs，则式(6)化简为：![]() 式中，θ为磁化方向与应力方向之间的夹角；根据能量最小理论，系统总能量最小时即为系统稳定的状态，根据式(5)和式(7)可知，改变磁化方向，便可有效减小应力能Eσ，使系统的总能量趋于最小；铁磁性材料在塑性形变的过程中，位错数量的大量增加，导致系统的应力能增大，根据系统能量平衡理论，将引起铁磁性材料磁特性的改变；步骤2)：建立改进的J‑A模型当铁磁性材料受到应力作用时，由于铁磁性材料的磁致伸缩性质，在其磁畴内部会产生有效场，其作用相当于对磁畴结构附加一个磁场Hσ，考虑系统在可逆的磁畴非滞后磁化情况下，系统能量可表示为：![]() 式中，μ0为真空磁导率；H为外部磁场强度；M为磁化强度；α为磁畴耦合系数；σ为应力值；λ为材料的磁致伸缩系数；T为温度；S为熵；通过式(8)对磁化强度M求导，并设外加载荷σ0与磁场强度H之间的夹角为θ，可得到有效场Hσ为：![]() 为构建适用于塑性变形的力磁耦合模型，在原有的J‑A模型中引入位错理论；当材料处于塑性变形阶段时，位错数量随塑性变形程度大量增加，并以位错结或位错胞的形式阻碍磁畴运动，此现象称为钉扎效应；根据位错理论，由钉扎作用而产生的钉扎能epin的表达式为：epin∝mHe(1‑cosθ') (10)其中m为磁畴磁矩；He为有效场；θ'磁畴磁矩与磁场方向的夹角；设eπ为180°磁畴壁上的钉扎能，且eπ＝2mHe，根据式(10)，则：![]() 则180°磁畴壁上所有钉扎点的平均钉扎能为：![]() 设相邻磁畴间磁畴壁的面积为A，当磁畴壁移动x距离时，由于钉扎作用所消耗的能量为：![]() 其中n为钉扎点的密度；铁磁性材料在磁化过程中磁化强度M的改变量为：dM＝m(1‑cosθ')Adx (14)将式(14)代入式(13)可得：![]() 将式(15)对磁化强度求导，并令n＝Kεp，K为与材料有关的参数，εp为总应变量，由此可得适用于铁磁性材料塑性形变阶段的有效场为：![]() 其中，![]() 由式(16)可见，改进后的J‑A模型将位错对于磁畴的钉扎作用考虑进去，建立了适用于塑性变形阶段的力磁耦合模型，进而可有效分析铁磁性材料在塑性形变过程中的磁力学特性；还包括用于验证算法的准确性的仿真建模部分，仿真建模部分以实际工程应用中的X80钢为研究对象，建立磁力学模型，具体步骤如下：式(7)中的θ为磁化方向与应力方向之间的夹角，将磁学特性与力学特性联系起来；原有的J‑A模型未考虑位错理论，因此无法使用于塑性阶段的磁记忆信号特征研究，考虑到与θ有关的位错理论中的钉扎能，得到改进的J‑A模型，如式(16)所示；利用Material Studio软件中的CASTEP模块，建立存在位错结构的铁晶体力磁耦合模型；计算前，设定布里渊区采样点，平面波截止能，设定原子结合能，并采用广义梯度近似(generalized gradient approximation，GGA)来处理电子之间的关联‑交换能。 |
| 所属类别： |
发明专利 |
