Анотація до роботи:

Рожненко Ж.Г. Методи визначення векторних характеристик намагнічування нелінійних анізотропних безгістерезисних середовищ. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.05 – теоретична електротехніка. – Інститут електродинаміки НАН України, Київ, 2008.

Дисертація присвячена розробці методів визначення векторних характеристик намагнічування нелінійних анізотропних середовищ для підвищення точності розрахунку магнітного поля. Узагальнено на тривимірний випадок інтегральний принцип взаємності. Доведена можливість відтворення векторної характеристики намагнічування за сімейством характеристик тільки для однієї складової базового вектора магнітного поля. Запропоновано метод побудови феноменологічних матеріальних рівнянь на основі опуклих функцій. Доведено, що оптимальним за простотою, точністю та універсальністю способом реалізації векторної характеристики намагнічування є побудова скалярної функції енергетичного потенціалу у В- або Н- просторі. Розглянуто важливий клас нелінійних анізотропних матеріалів – холоднокатані електротехнічні сталі (ЕТС). Побудовані математичні моделі магнітного стану найбільш поширених марок ЕТС з ребровою текстурою, які оформлені у вигляді електронної бібліотеки, що включає дев'ять марок ЕТС даного типу. Проаналізовано взаємозв'язок між елементами симетрії і магнітними властивостями фаз упорядкованого гетерогенного середовища. Викладено вдосконалений інтегральний метод обчислення векторних характеристик поля, який є основою розробленого програмного комплексу для розрахунку приведених характеристик гетерогенного середовища зі структурною та фізичною анізотропією. Результати дослідження використано у вигляді обчислювальних програм для розрахунку електромагнітних пристроїв із нелінійними анізотропними матеріалами.

У дисертаційній роботі вирішена актуальна наукова задача розробки методів визначення векторних характеристик намагнічування нелінійних анізотропних середовищ у безгістерезисному наближенні. Задача вирішена шляхом урахування універсальних законів оборотних процесів намагнічування, математичного моделювання нелінійної анізотропії електротехнічних матеріалів та розробки програмних засобів для його реалізації, що дозволило підвищити точність і достовірність розрахунків електрофізичних процесів і полів у складних електромагнітних пристроях.

1. В результаті аналізу науково-технічної літератури показано, що на сьогоднішній день відсутні чітко сформульовані й обґрунтовані універсальні закономірності оборотних процесів намагнічування нелінійних анізотропних магнітних матеріалів, що можуть бути покладені в основу побудови їх математичних моделей.

2. Розвинуто теорію нелінійних анізотропних середовищ з оборотними властивостями, зокрема, вперше теоретично доведено, що для оборотних процесів намагнічування довільних нелінійних анізотропних середовищ інтегральний принцип взаємності виконується не тільки у двовимірному, а й у тривимірному просторах.

3. Асимптотичні властивості характеристик намагнічування безгістерезисних матеріалів, встановлені на основі інтегрального принципу взаємності, дозволили зробити важливий у теоретичному і практичному відношеннях висновок, що відтворення векторної характеристики намагнічування середовища з нелінійними анізотропними властивостями можливе за сімейством характеристик тільки для однієї складової базового вектора магнітного поля. Тим самим обґрунтовано мінімальний обсяг вихідної інформації, достатньої для побудови векторної моделі магнітного стану.

4. Доведено, що ефективний метод побудови феноменологічних векторних моделей нелінійного анізотропного середовища може бути реалізований шляхом застосування опуклих функцій. Запропоновано спосіб побудови векторної характеристики намагнічування середовища з нелінійними анізотропними властивостями на основі нових аналітичних виразів для енергетичних потенціалів з використанням властивостей опуклих функцій.

5. Теоретично обґрунтовано і підтверджено практичними розрахунками, що оптимальним по універсальності, точності та простоті реалізації матеріального рівняння нелінійного анізотропного середовища є побудова скалярної функції енергетичного потенціалу у В- або Н-просторі. Точність відтворення магнітних властивостей нелінійних анізотропних матеріалів істотно залежить від точності вимірювання кутових характеристик поздовжнього намагнічування. Основні зусилля при експериментальному дослідженні магнітних властивостей холоднокатаних електротехнічних сталей повинні бути спрямовані на вдосконалення методів магнітних вимірювань цих характеристик, які містять вичерпну інформацію для побудови векторної моделі намагнічування.

6. Уперше проаналізовано взаємозв’язок між елементами симетрії і магнітними властивостями фаз впорядкованих гетерогенних середовищ та їх вплив на приведені анізотропні властивості середовища. Встановлено, що у лінійному випадку ізотропія приведених властивостей можлива тільки для квадратного і гексагонального паралелограмів періодів за умови, що порядок симетрії включень довільної форми кратний порядку симетрії 4mm і 6mm відповідно. Ця ізотропія не зберігається у разі нелінійних включень. Ізотропним є тільки середовище з круговими циліндрами та ізотропними магнітними властивостями фаз при квадратному або гексагональному паралелограмах періодів.

7. На відміну від макроскопічно однорідних середовищ визначення приведених магнітних властивостей впорядкованого гетерогенного середовища вимагає вирішення комплексу польових задач з визначення розподілу вектора намагніченості з подальшим його усереднюванням у межах паралелограма періодів. Для вирішення цієї задачі розвинено інтегральний метод розрахунку векторних характеристик поля, вільний від обмежень на геометричні та магнітні характеристики безперервної і дискретної фаз та розроблено комплекс програм для його реалізації.

8. Вірогідність та обґрунтованість наукових результатів забезпечені використанням коректних методів досліджень, апробацією основних положень та одержаних результатів на наукових конференціях та результатами їх практичного застосування при розрахунках магнітних полів в конкретних електротехнічних пристроях.

9. Результати дисертаційної роботи використані в ТОВ “ВО Індустріал-Сервіс” у вигляді бібліотеки математичних моделей векторних характеристик намагнічування холоднокатаних електротехнічних сталей, а також заснованих на ії використанні алгоритмів і програм для розрахунку магнітних полів в електричних машинах при їх післяремонтній паспортизації.

Результати дисертації можуть бути використані для аналізу складних електромагнітних пристроїв, математичне моделювання яких раніше було складним або неможливим (поліградієнтні сепаратори, періодичні гратки складної геометрії, конструктивні зазори тощо), а також при вдосконаленні традиційних методів вимірювання магнітних властивостей матеріалів з нелінійною анізотропією.

Публікації автора:

1. Толмачев С.Т., Рожненко Ж.Г. Принцип взаимности для магнитной среды без гистерезиса // Электричество. – 1992. – №12. – С. 51-53.

2. Толмачев С.Т., Рожненко Ж.Г. Математическая модель ферромагнитных

анизотропных материалов в безгистерезисном приближении // Разработка рудных месторождений: Научно-техн. сб. Криворожского технического университета. – 2004. – Вып. 85. – С. 113-117.

3. Толмачев С.Т., Рожненко Ж.Г. Универсальные свойства кривых намагничивания безгистерезисной среды // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету. – 2004. – Вип. 5. – С. 8-12.

4. Рожненко Ж.Г., Толмачев С.Т. Интегральный принцип взаимности в теории и практике определяющих уравнений нелинейной анизотропной среды // Технічна електродинаміка. – 2005. – № 1. – С. 3-8.

5. Рожненко Ж.Г., Толмачев С.Т. Асимптотические свойства характеристик намагничивания безгистерезисных анизотропных материалов // Вісник Криворізького технічного університету: Зб. наук. праць.– Кривий Ріг, 2005. – № 7. – С. 132-135.

6. Рожненко Ж.Г. Способы идентификации магнитных свойств нелинейных анизотропных материалов //Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – Харьков, 2005. – №4/2. – С. 86-89.

7. Толмачев С.Т., Ильченко А.В., Рожненко Ж.Г. Математическое моделирование магнитного поля с учетом нелинейных анизотропных свойств среды // Вестник Национального технического университета (ХПИ): Сб. науч. трудов. Тем. выпуск “Проблемы совершенствования электрических машин и аппаратов.” – Харьков, 2006. – № 36. – С. 128– 133.

8. Толмачев С.Т., Ильченко А.В., Рожненко Ж.Г., Бондаревський С.Л. Математическое моделирование магнитного поля с двоякопериодической структурой // Праці Луганського відділення Міжнародної Академії інформатизації. – Луганськ, 2007. – № 1. – С. 141– 146.

9. Толмачев С.Т., Ильченко А.В., Рожненко Ж.Г., Бондаревський С.Л. Приведенные свойства магнитной среды с двоякопериодической структурой поля// Праці Луганського відділення Міжнародної Академії інформатизації. – Луганськ, 2007. – № 2. – С. 133– 137.

10. Толмачев С.Т., Ильченко А.В., Рожненко Ж.Г. Математическое моделирование нелинейных анизотропных материалов без гистерезиса // Перспективні методи та технічні засоби підвищення ефективності енергоємних установок та технологічних комплексів гірничо-металургійної промисловості: Міжнародна науково-технічна конференція з проблем електромеханіки та енергозбереження. Кривий Ріг, 19 січня 2004 р.– Кривий Ріг, 2004. – С. 52.

11. Толмачев С.Т., Рожненко Ж.Г. Векторная математическая модель анизотропных электротехнических сталей // Електротехніка і електромеханіка ЕТЕМ-2004: Міжнародна науково-технічна конференція студентів, аспірантів і молодих наукових робітників. Миколаїв, 25-27 листопада 2004 р. – Миколаїв, 2004. – С. 114-115.

12. S.T.Tolmachev, Z.G.Rozhnenko. The Theory of the Defining Equations for Nonlinear Anisotropic Materials // Proceedings of the XIII International Symposium on Theoretical Electrical Engineering ISTET'05. – Lviv, 2005. – С. 97-100.