A3鋼(20#鋼)(Q235-B)的飽和磁感應強度沒那么低……
這個是與A3鋼大致相當?shù)?0鋼的數(shù)據(jù),圖引自“常用鋼材磁特性曲線速查手冊”。光是剩磁就有1.6T了……
比較“歸一化效率”相當于比系統(tǒng)優(yōu)化程度。顯然不能說犧牲系統(tǒng)優(yōu)化程度來換加速度,因為加速度變高,并不是因為系統(tǒng)變挫了……把系統(tǒng)做的非常差,也不能讓加速度變高……加速度和系統(tǒng)優(yōu)化程度之間就沒有決定性的關(guān)系……
而且,頂樓的理論并不適合對不同加速度的作品進行比較,因為它忽略了磁飽和,而加速度越高,飽和的影響越大。因此顯然,加速度越高的方案,按頂樓方法算出來的“歸一化效率”越低……
仿真軟件上給的默認的飽和磁導是2.15T,有不少人認為這個數(shù)太大了,實際上并不能達到。因此每當有玩家用2.15T當飽和磁導來進行仿真時,我們經(jīng)常可以看到有人就會建議他們?nèi)绻玫吞间摬馁|(zhì)的彈丸的話要把飽和磁導調(diào)到1.6T左右。但實際上這樣做真的符合實際嗎?
首先,我們需要明確,模擬器上說的飽和磁導,實際上物理上稱之為飽和磁感強度,符號Bs(也有用Bm的)。邱忠超, 張衛(wèi)民, 果艷, et al. 弱磁激勵下Q235鋼的磁記憶檢測[J]. 無損檢測, 2014, 036(011):6-10,37. 這篇文章指出,Q235的飽和磁感強度為2T左右,而所引證的文獻,就是著名的《常用鋼材磁特性曲線速查手冊》。實際上,這本手冊里并沒有Q235的數(shù)據(jù),我們可以用成分非常近似的20#鋼的數(shù)據(jù)來代換。實際上,本壇也有人提到了這些數(shù)據(jù)。
我們來看一下詳細數(shù)據(jù)。
從上圖我們可以看出,上述牌號和狀態(tài)的20#鋼的飽和磁感強度都在2.0T左右。
但是,如果我們縱觀全書,我們就能發(fā)現(xiàn)整本書里所有的磁化曲線用的都是同樣最大值的坐標格子:磁場強度H最大值只畫到16000A/m,磁感強度B最大值只畫到2.0T。再大的數(shù)據(jù)我們就不得而知了,可能是編者的儀器量程就那么大。但不要忘了,即使圖上沒有畫,超過16000A/m的數(shù)據(jù)還是存在的。
不光數(shù)據(jù)存在,B=2.0T還不是極大值。
根據(jù)馬文蔚等編《物理學(第六版)》中對磁介質(zhì)飽和的描述:
飽和并不意味著B不再增加,而是增加十分緩慢。上圖的數(shù)據(jù)顯示也是如此。由此可見,在H>16000T的狀態(tài)下,20#鋼的磁感強度還會繼續(xù)增加。
那么問題來了,我們的線圈產(chǎn)生的磁場強度H真的可以達到16000A/m這個值嗎?
答案是肯定的。
由電磁學知識,我們不難得到,纏有磁介質(zhì)的通電長螺線圈中軸線中點的磁感應強度
(證明略),其中μ為介質(zhì)的磁導率,N是線圈總匝數(shù),l是線圈長度,I是電流。又
,所以
。那么,例如匝數(shù)為400匝,線圈長度為4cm,電流為100A時,H就等于
。這遠遠大于16000A/m,即我們能夠查到的數(shù)據(jù)的上限。不難得出,此時介質(zhì)的B=2.15T是完全有可能的,甚至還會高于2.15T。而此時的電流I=100A,這在磁阻里面并不算很大的電流。筆者試著用式
來擬合上述曲線,代入H=
,可以得出B粗略為2.68T。雖然只是擬合,但還是能說明一些問題的。
那么,為什么我們難以查到H比16000更大時候的數(shù)值呢?很簡單,因為能在4cm內(nèi)繞400匝還能恒定100A測定B的儀器是幾乎沒有的,這也就是更多的數(shù)據(jù)我們沒法獲得的原因。不過,雖然是鳳毛麟角,B的數(shù)值我們還是可以得到的。再來看一組數(shù)據(jù):
戴禮智. 金屬磁性材料[M]. 上海: 上海人民出版社, 1973: 177.
可見,用2.15T當做低碳鋼彈丸飽和磁導,是并沒有什么不妥的。
看見上面那張圖可能有人會問了,2.15T難道不是硅鋼的飽和磁感強度嗎?實際上并不然。用硅鋼做鐵芯電樞等等并不是因為它飽和磁感強度高,而是因為電阻率高,這樣在交變磁場中可以減少渦流的產(chǎn)生。而且B-H曲線圍成的面積小,即磁滯損耗小,或曰“軟”。這些都是用硅鋼作磁介質(zhì)的原因。
還有一點,兵器工業(yè)無損檢測人員技術(shù)資格鑒定考核委員會. 常用鋼材磁特性曲線速查手冊[M]. 2003.這份手冊里面還講到了影響飽和磁感強度的因素,摘錄如下:
希望以上摘錄可以在彈丸材質(zhì)選擇、加工和熱處理方面給大家一定的幫助。
還有,既然我們知道了B-H曲線,為什么在模擬器里面不能代入使用呢?筆者做了一定的嘗試。目前還不太會用,只是試出來了必須把格子填滿,否則誤差賊大。但即使這樣,也沒能做到比飽和磁導在2.15T時候性能高。只能說仍有待實驗。
最后,希望有條件的大佬驗證一下采用2.15T的模擬和實際數(shù)據(jù)相差多大。畢竟,實踐是檢驗真理的唯一標準。
另外,
蔡繼續(xù). 關(guān)于低碳鋼板完整的磁化曲線[J]. 汽車電器, 1985(2):9-10.
這篇文章也給出了低碳鋼在大磁場強度H時的磁感應強度B的估計值,并已經(jīng)加以了實踐,可以作為參考
樓主拋出了一個挺重要,但長期被忽視的問題
我這樣概括一下帖子的主干內(nèi)容:
背景:某常見模擬器的飽和磁感應強度,默認2.15T。而一些網(wǎng)友按經(jīng)驗/指導,認為填1.6T比較準確
1、樓主根據(jù)資料,指出許多鋼材的飽和磁導率高于1.6T,達到2.15T沒問題
2、樓主想知道填2.15T的偏差會有多大
首先,如首樓的參考資料,鋼材其實是沒有“飽和磁導率”的,當H超過B-H曲線轉(zhuǎn)折點后,B仍然會上升。
這是Maxwell中1010鋼的B-H曲線,樣值點一直延伸到了300000A/m,再看首樓的參考資料,數(shù)據(jù)同樣符合這個趨勢。
磁導率可以達到2.15T,這一點是確鑿無疑的。
再看模擬器,右下角選擇彈丸磁化曲線時,提供了三種選項:
分別為:多項式 雙曲線 自定義曲線
而當選擇自定義曲線時,"飽和度"一欄變灰失效,其余兩種選項下則需要填入"飽和度"
顯然,此模擬器中,多項式、雙曲線 兩種擬合模式,依靠"飽和度"來作為擬合參數(shù)
并且,仿真精度最高的方式,應當是使用自定義曲線(總比擬合的強)
至于懶得填曲線參數(shù),想用省事的擬合數(shù)據(jù)的話,就需要考究一下"飽和度"指的是什么,可以針對模擬器,用自定義曲線和擬合的方式。進行對照測試,反推一下。
猜測一下,可能是 飽和磁化強度*u0。對應在擬合中,應當是某種多項式擬合的趨近值,或者是曲線+一次函數(shù)的連接點
我太喜歡這種帖子了
一直想把這些寫出來,然而受限于懶,始終都開不了工……
模擬器填1.6T這個是多年以來口耳相傳總結(jié)出來的經(jīng)驗值,單論出速動能這些結(jié)果,“多數(shù)人”填1.6T仿出來的結(jié)果,應該是比填2.15T時,更接近“多數(shù)人”做出來的實物結(jié)果。但是這么做是非常錯誤的,畢竟就像頂樓提到的,鐵的飽和磁感強度它就不是1.6T。
除了模擬器本身的誤差以外(我猜這個誤差顯著小于1.6和2.15T的差別),主要的問題出在“多數(shù)人”做的實物,其實和他們仿的東西之間,存在巨大的“加工誤差”。常見的差別有,①仿真時用的電容近乎理想,既沒虛標,又幾乎沒內(nèi)阻,但實際用的電容容量可能只有標稱的80%,內(nèi)阻可能有上百mΩ。②仿真時用的線圈工藝近乎理想,是完美的“簡單平方堆積”,銅線+絕緣漆剛好占總截面積的π/4,但是實際手工繞的線圈往往做不到那么高的填充率。這些加工誤差都會導致實際效果變差。然后模擬器填1.6T能讓仿真結(jié)果也變差,剛巧變差的程度和加工誤差的影響差不多,可以做到“仿真和實測吻合良好”,所以“填1.6T仿得準”這個說法就誕生了。
這個做法雖然“工程上”有效,但是非常的不優(yōu)雅,甚至有點荒誕。畢竟,在0到+∞之間調(diào)整“飽和磁導”這個參數(shù),是可以讓效率在0到100%之間任意變化的。也就是說,對于任意兩套仿真和實測參數(shù),無論它們之間的加工誤差有多大,幾乎總能找到一個飽和磁導的值,使得仿真和實測效率完全相等……
正確的做法應當是,用盡可能相等的參數(shù)進行仿真和實測,如果結(jié)果不符且程度大到不可接收,那是模擬器的問題。此時應當向模擬器作者反映,同時自己換用或者開發(fā)更準的模擬器。故意填錯誤的參數(shù),那就是使用者的過錯了,就算得到了和實測一致的結(jié)果,仿真也失去意義了。
另外關(guān)于“飽和磁感應強度”,這個詞其實是沒有良好定義的。曾經(jīng)翻過好幾本書,都沒有找到“飽和磁感應強度”的嚴謹?shù)?可以用數(shù)學描述的定義。這也比較容易理解,畢竟磁感應強度它就不會飽和介質(zhì)中的磁感應強度B,和磁場強度H之間的關(guān)系滿足B=μH或者說B=μ0(H+M)其中,μ是介質(zhì)磁導率,μ0是真空磁導率,M是介質(zhì)磁化強度對于鐵磁介質(zhì),當H→+∞時,μ會接近μ0,B等于無窮乘μ0還是無窮。所以鐵磁介質(zhì)里的磁感應強度B是不會“飽和”的,只要激勵足夠強,它能漲到無窮。真正會飽和的是磁化強度M,即使H→+∞,M也只會趨近于一個有限值Ms(飽和磁化強度)。所以討論磁飽和的時候,更合適的是用飽和磁化強度Ms,或者用飽和磁化強度對應的磁感應強度,即μ0*Ms。
關(guān)于這個可以出一道很有意思的題:有一個單層薄壁無限長螺線管,通過恒定電流I時,其中的磁感應強度為100T;此時向其中插入一根純鐵棒,仍維持電流為I,問鐵棒中的磁感應強度大概是多少?
答案是大約102T
對于這個問題我也有體會,模擬器上填的1.6,模擬初速21左右,但是做完后實測初速能到23左右,所以這可能是我在做的時候各種誤差控制得比較好得到的結(jié)果,而后我將模擬器上改成了1.8,結(jié)果和實測數(shù)據(jù)比較吻合,由此至少也能說明大家最常用的a3鋼定位銷的飽和磁導絕對不是1.6
另外關(guān)于“飽和磁感應強度”,這個詞其實是沒有良好定義的。曾經(jīng)翻過好幾本書,都沒有找到“飽和磁感應強度...
"飽和磁化強度對應的磁感應強度"
贊同使用這個作為衡量材料磁飽和的指標
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