A3鋼(20#鋼)(Q235-B)的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度沒(méi)那么低……
這個(gè)是與A3鋼大致相當(dāng)?shù)?0鋼的數(shù)據(jù),圖引自“常用鋼材磁特性曲線速查手冊(cè)”。光是剩磁就有1.6T了……
比較“歸一化效率”相當(dāng)于比系統(tǒng)優(yōu)化程度。顯然不能說(shuō)犧牲系統(tǒng)優(yōu)化程度來(lái)?yè)Q加速度,因?yàn)榧铀俣茸兏?并不是因?yàn)橄到y(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(méi)有決定性的關(guān)系……
而且,頂樓的理論并不適合對(duì)不同加速度的作品進(jìn)行比較,因?yàn)樗雎粤舜棚柡?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(lái)的“歸一化效率”越低……
仿真軟件上給的默認(rèn)的飽和磁導(dǎo)是2.15T,有不少人認(rèn)為這個(gè)數(shù)太大了,實(shí)際上并不能達(dá)到。因此每當(dāng)有玩家用2.15T當(dāng)飽和磁導(dǎo)來(lái)進(jìn)行仿真時(shí),我們經(jīng)常可以看到有人就會(huì)建議他們?nèi)绻玫吞间摬馁|(zhì)的彈丸的話要把飽和磁導(dǎo)調(diào)到1.6T左右。但實(shí)際上這樣做真的符合實(shí)際嗎?
首先,我們需要明確,模擬器上說(shuō)的飽和磁導(dǎo),實(shí)際上物理上稱之為飽和磁感強(qiáng)度,符號(hào)Bs(也有用Bm的)。邱忠超, 張衛(wèi)民, 果艷, et al. 弱磁激勵(lì)下Q235鋼的磁記憶檢測(cè)[J]. 無(wú)損檢測(cè), 2014, 036(011):6-10,37. 這篇文章指出,Q235的飽和磁感強(qiáng)度為2T左右,而所引證的文獻(xiàn),就是著名的《常用鋼材磁特性曲線速查手冊(cè)》。實(shí)際上,這本手冊(cè)里并沒(méi)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(lái)代換。實(shí)際上,本壇也有人提到了這些數(shù)據(jù)。
我們來(lái)看一下詳細(xì)數(shù)據(jù)。
從上圖我們可以看出,上述牌號(hào)和狀態(tài)的20#鋼的飽和磁感強(qiáng)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(biāo)格子:磁場(chǎng)強(qiáng)度H最大值只畫到16000A/m,磁感強(qiáng)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(méi)有畫,超過(guò)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(xué)(第六版)》中對(duì)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(qiáng)度還會(huì)繼續(xù)增加。
那么問(wèn)題來(lái)了,我們的線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度H真的可以達(dá)到16000A/m這個(gè)值嗎?
答案是肯定的。
由電磁學(xué)知識(shí),我們不難得到,纏有磁介質(zhì)的通電長(zhǎng)螺線圈中軸線中點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度
(證明略),其中μ為介質(zhì)的磁導(dǎo)率,N是線圈總匝數(shù),l是線圈長(zhǎng)度,I是電流。又
,所以
。那么,例如匝數(shù)為400匝,線圈長(zhǎng)度為4cm,電流為100A時(shí),H就等于
。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(shí)介質(zhì)的B=2.15T是完全有可能的,甚至還會(huì)高于2.15T。而此時(shí)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(lái)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(shuō)明一些問(wèn)題的。
那么,為什么我們難以查到H比16000更大時(shí)候的數(shù)值呢?很簡(jiǎn)單,因?yàn)槟茉?cm內(nèi)繞400匝還能恒定100A測(cè)定B的儀器是幾乎沒(méi)有的,這也就是更多的數(shù)據(jù)我們沒(méi)法獲得的原因。不過(guò),雖然是鳳毛麟角,B的數(shù)值我們還是可以得到的。再來(lái)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(dāng)做低碳鋼彈丸飽和磁導(dǎo),是并沒(méi)有什么不妥的。
看見上面那張圖可能有人會(huì)問(wèn)了,2.15T難道不是硅鋼的飽和磁感強(qiáng)度嗎?實(shí)際上并不然。用硅鋼做鐵芯電樞等等并不是因?yàn)樗柡痛鸥袕?qiáng)度高,而是因?yàn)?strong style="box-sizing: border-box;">電阻率高,這樣在交變磁場(chǎng)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(diǎn),兵器工業(yè)無(wú)損檢測(cè)人員技術(shù)資格鑒定考核委員會(huì). 常用鋼材磁特性曲線速查手冊(cè)[M]. 2003.這份手冊(cè)里面還講到了影響飽和磁感強(qiáng)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(huì)用,只是試出來(lái)了必須把格子填滿,否則誤差賊大。但即使這樣,也沒(méi)能做到比飽和磁導(dǎo)在2.15T時(shí)候性能高。只能說(shuō)仍有待實(shí)驗(yàn)。
最后,希望有條件的大佬驗(yàn)證一下采用2.15T的模擬和實(shí)際數(shù)據(jù)相差多大。畢竟,實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。
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(chǎng)強(qiáng)度H時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的估計(jì)值,并已經(jīng)加以了實(shí)踐,可以作為參考
樓主拋出了一個(gè)挺重要,但長(zhǎng)期被忽視的問(wèn)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(yīng)強(qiáng)度,默認(rèn)2.15T。而一些網(wǎng)友按經(jīng)驗(yàn)/指導(dǎo),認(rèn)為填1.6T比較準(zhǔn)確
1、樓主根據(jù)資料,指出許多鋼材的飽和磁導(dǎo)率高于1.6T,達(dá)到2.15T沒(méi)問(wèn)題
2、樓主想知道填2.15T的偏差會(huì)有多大
首先,如首樓的參考資料,鋼材其實(shí)是沒(méi)有“飽和磁導(dǎo)率”的,當(dāng)H超過(guò)B-H曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)后,B仍然會(huì)上升。
這是Maxwell中1010鋼的B-H曲線,樣值點(diǎn)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(gè)趨勢(shì)。
磁導(dǎo)率可以達(dá)到2.15T,這一點(diǎn)是確鑿無(wú)疑的。
再看模擬器,右下角選擇彈丸磁化曲線時(shí),提供了三種選項(xiàng):
分別為:多項(xiàng)式 雙曲線 自定義曲線
而當(dāng)選擇自定義曲線時(shí),"飽和度"一欄變灰失效,其余兩種選項(xiàng)下則需要填入"飽和度"
顯然,此模擬器中,多項(xiàng)式、雙曲線 兩種擬合模式,依靠"飽和度"來(lái)作為擬合參數(shù)
并且,仿真精度最高的方式,應(yīng)當(dāng)是使用自定義曲線(總比擬合的強(qiáng))
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(duì)模擬器,用自定義曲線和擬合的方式。進(jìn)行對(duì)照測(cè)試,反推一下。
猜測(cè)一下,可能是 飽和磁化強(qiáng)度*u0。對(duì)應(yīng)在擬合中,應(yīng)當(dāng)是某種多項(xiàng)式擬合的趨近值,或者是曲線+一次函數(shù)的連接點(diǎn)
我太喜歡這種帖子了
一直想把這些寫出來(lái),然而受限于懶,始終都開不了工……
模擬器填1.6T這個(gè)是多年以來(lái)口耳相傳總結(jié)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)值,單論出速動(dòng)能這些結(jié)果,“多數(shù)人”填1.6T仿出來(lái)的結(jié)果,應(yīng)該是比填2.15T時(shí),更接近“多數(shù)人”做出來(lái)的實(shí)物結(jié)果。但是這么做是非常錯(cuò)誤的,畢竟就像頂樓提到的,鐵的飽和磁感強(qiáng)度它就不是1.6T。
除了模擬器本身的誤差以外(我猜這個(gè)誤差顯著小于1.6和2.15T的差別),主要的問(wèn)題出在“多數(shù)人”做的實(shí)物,其實(shí)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(shí)用的電容近乎理想,既沒(méi)虛標(biāo),又幾乎沒(méi)內(nèi)阻,但實(shí)際用的電容容量可能只有標(biāo)稱的80%,內(nèi)阻可能有上百mΩ。②仿真時(shí)用的線圈工藝近乎理想,是完美的“簡(jiǎn)單平方堆積”,銅線+絕緣漆剛好占總截面積的π/4,但是實(shí)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(huì)導(dǎo)致實(shí)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(shí)測(cè)吻合良好”,所以“填1.6T仿得準(zhǔn)”這個(gè)說(shuō)法就誕生了。
這個(gè)做法雖然“工程上”有效,但是非常的不優(yōu)雅,甚至有點(diǎn)荒誕。畢竟,在0到+∞之間調(diào)整“飽和磁導(dǎo)”這個(gè)參數(shù),是可以讓效率在0到100%之間任意變化的。也就是說(shuō),對(duì)于任意兩套仿真和實(shí)測(cè)參數(shù),無(wú)論它們之間的加工誤差有多大,幾乎總能找到一個(gè)飽和磁導(dǎo)的值,使得仿真和實(shí)測(cè)效率完全相等……
正確的做法應(yīng)當(dāng)是,用盡可能相等的參數(shù)進(jìn)行仿真和實(shí)測(cè),如果結(jié)果不符且程度大到不可接收,那是模擬器的問(wèn)題。此時(shí)應(yīng)當(dāng)向模擬器作者反映,同時(shí)自己換用或者開發(fā)更準(zhǔn)的模擬器。故意填錯(cuò)誤的參數(shù),那就是使用者的過(guò)錯(cuò)了,就算得到了和實(shí)測(cè)一致的結(jié)果,仿真也失去意義了。
另外關(guān)于“飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度”,這個(gè)詞其實(shí)是沒(méi)有良好定義的。曾經(jīng)翻過(guò)好幾本書,都沒(méi)有找到“飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度”的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?可以用數(shù)學(xué)描述的定義。這也比較容易理解,畢竟磁感應(yīng)強(qiáng)度它就不會(huì)飽和介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B,和磁場(chǎng)強(qiáng)度H之間的關(guān)系滿足B=μH或者說(shuō)B=μ0(H+M)其中,μ是介質(zhì)磁導(dǎo)率,μ0是真空磁導(dǎo)率,M是介質(zhì)磁化強(qiáng)度對(duì)于鐵磁介質(zhì),當(dāng)H→+∞時(shí),μ會(huì)接近μ0,B等于無(wú)窮乘μ0還是無(wú)窮。所以鐵磁介質(zhì)里的磁感應(yīng)強(qiáng)度B是不會(huì)“飽和”的,只要激勵(lì)足夠強(qiáng),它能漲到無(wú)窮。真正會(huì)飽和的是磁化強(qiáng)度M,即使H→+∞,M也只會(huì)趨近于一個(gè)有限值Ms(飽和磁化強(qiáng)度)。所以討論磁飽和的時(shí)候,更合適的是用飽和磁化強(qiáng)度Ms,或者用飽和磁化強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度,即μ0*Ms。
關(guān)于這個(gè)可以出一道很有意思的題:有一個(gè)單層薄壁無(wú)限長(zhǎng)螺線管,通過(guò)恒定電流I時(shí),其中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為100T;此時(shí)向其中插入一根純鐵棒,仍維持電流為I,問(wèn)鐵棒中的磁感應(yīng)強(qiáng)度大概是多少?
答案是大約102T
對(duì)于這個(gè)問(wèn)題我也有體會(huì),模擬器上填的1.6,模擬初速21左右,但是做完后實(shí)測(cè)初速能到23左右,所以這可能是我在做的時(shí)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(shí)測(cè)數(shù)據(jù)比較吻合,由此至少也能說(shuō)明大家最常用的a3鋼定位銷的飽和磁導(dǎo)絕對(duì)不是1.6
另外關(guān)于“飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度”,這個(gè)詞其實(shí)是沒(méi)有良好定義的。曾經(jīng)翻過(guò)好幾本書,都沒(méi)有找到“飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度...
"飽和磁化強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度"
贊同使用這個(gè)作為衡量材料磁飽和的指標(biāo)
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