Projektabschluss des DFG Projekts – Vektorhysterese-Modellierung von ferromagnetischen Materialien

Die magnetische Hysterese ist für die Auslegung und Dimensionierung von elektromagnetischen Komponenten ein Thema mit großer technischer und physikalischer Relevanz. Obwohl bereits viel Forschungsarbeit zur Modellierung der magnetischen Hysterese geleistet wurde, bleibt dies ein herausforderndes Thema, das noch nicht zur vollen Zufriedenheit gelöst ist. Dieses DFG-Projekt (HA 4395/21-1) untersuchte daher die Vektorhysterese Play und Stopp Modelle und diskutierte die Ergebnisse von FE Simulationen eines elektromagnetischen Kreises unter lokaler Betrachtung der Hysterese Effekte.

Urheberrecht: © IEM Vergleich der gemessenen Daten in 0° unter Magnetisierungsamplitude von 0.1 T bis auf 1.6 T in Schritten von 0.1 T, mit der Charakteristik, die vom Stopp Modell mit 7 Hysteronen ermittelt wurde für das elektrische Stahlblech M330-35 (2.4wt% Si).

Im Rahmen dieses Transferprojekts wurden Vektorhysteresemodelle auf Basis von quadratischen potentialen Basisfunktionen vom IEM aufgebaut und validiert. Die entwickelten Vektorhysteresemodelle wurden in py MOOSE (IEM inhouse FE Solver) integriert, analysiert und deren Ergebnisse validiert. Die Vektor Play und Stopp Modelle basieren auf der thermodynamischen Konsistenz. Sie sind in der Lage, den vollständig vektoriellen Charakter der Magnetisierungsprozesse wiederzugeben. Bei der experimentellen Vermessung der Vektorhysterese am Rotations-Einzelblatttesters (RSST) wurden die praktisch relevanten ferromagnetischen Materialien untersucht. Eine quantitative Validierung der Hysteresemodellierung mit Play und Stopp Operatoren wurde hier durchgeführt, um einen besseren Einblick in das Potenzial und die Grenzen dieser Modelle zu erhalten. Das Vektor Stopp Modell wurde mit der schwachen Formulierung des elektromagnetischen Problems gekoppelt, um elektromagnetische Feldprobleme numerisch zu lösen. Mittels der Newton Methode ist die Simulation von elektromagnetischen Feldproblemen mit Hilfe des Vektor Stopp Modells in der Vektorpotentialformulierung effizient möglich. Die positiv definite Konstruktion der lokalen Modelle stellt eine robuste Konvergenz der Newtoniterationen sicher. In FE Simulationen wurden die in den Messungen beobachteten Hystereseeffekte lokal reproduziert und die hysteretische Feldverteilung im ganzen Modell numerisch berechnet.