Mục lục ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU CẤU HÌNH TỐI ƯU CỦA VẬT LIỆU TỪ

Lời mở đầu. 1

Chương 1   Từ tính. 3

1.1   Giới thiệu chương. 3

1.2   Từ tính ở tầm vi mô (nguyên tử). 3

1.2.1   Moment từ của hạt nhân nguyên tử. 4

1.2.2   Moment từ của các electron. 4

1.3   Từ tính ở tầm vĩ mô. 5

1.3.1   Mối quan hệ của H, M và B.. 5

1.3.2   Hằng số từ thẩm và độ cảm ứng từ. 5

1.3.3   Phân loại vật liệu sắt từ. 6

1.3.3.1   Vật liệu nghịch từ. 7

1.3.3.2   Vật liệu thuận từ. 8

1.3.3.3   Vật liệu sắt từ. 9

1.3.3.4   Vật liệu sắt từ yếu. 9

1.3.3.5   Vật liệu phản sắt từ. 10

1.4   Tính chất của vật liệu sắt từ. 10

1.4.1   Nhiệt độ Curie. 11

1.4.2   Đường trễ từ. 11

1.4.3   Cấu tạo miền. 13

1.5   Năng lượng của hệ thống. 15

1.5.1   Năng lượng hoán đổi16

1.5.2   Năng lượng tinh thể từ không đẳng hướng. 16

1.5.3   Năng lượng từ tĩnh. 18

1.5.3.1   Năng lượng Zeeman. 18

1.5.3.2   Năng lượng khử từ. 18

1.6   Kết luận chương. 19

Chương 2   Vòng từ trễ. 20

2.1   Giới thiệu chương. 20

2.2   Vòng từ trễ. 20

2.2.1   Vòng từ trễ và miền từ hóa. 21

2.2.2   Các đặc tính vòng từ trễ. 25

2.2.3   Những khó khăn khi lý giải vòng từ trễ. 28

2.3   Đặc tính chung của từ trễ. 31

2.3.1   Các đường cong từ hóa. 32

2.3.2   Tiến trình từ hóa và hiệu ứng Barkhausen. 34

2.4   Kết luận chương. 37

Chương 3   Miền từ hóa và cấu hình miền. 38

3.1   Giới thiệu chương. 38

3.2   Giới thiệu về mô hình domain. 38

3.2.1   Thuyết miền từ hóa tự nhiên. 38

3.2.2   Giải thích tính chất của sắt từ. 40

3.2.3   Các dạng cấu hình domain. 42

3.2.4   Trạng thái domain ban đầu của hệ thống. 43

3.2.4.1   Mối quan hệ giữa chiều dài L₁ và chiều rộng D.. 44

3.2.4.2   Mối quan hệ giữa chiều dài L₁, L₂, chiều rộng D, và góc α. 44

3.3   Sự thay đổi cấu trúc mô hình domain dưới sự tác động của từ trường ngoài45

3.3.1   Mô hình cho sự di chuyển của các bức tường. 45

3.3.2   Tính toán từ hóa theo chuyển động của bức tường. 46

3.3.3   Tính toán mật độ năng lượng thay đổi theo d khi áp từ trường ngoài H vào. 48

3.4   Kết luận chương. 49

Chương 4   Sơ lược về FEMM (Finite Element Method Magnetics). 50

4.1   Giới thiệu chương. 50

4.2   Phương pháp phần tử hữu hạn. 50

4.3   Phân tích phần tử hữu hạn. 51

4.4   Điều kiện biên. 52

4.4.1   Điều kiện biên Dirichlet52

4.4.2   Điều kiện biên Neumann. 52

4.4.3   Điều kiện biên Robin. 52

4.5   Ngôn ngữ LUA.. 53

4.5.1   Giới thiệu. 53

4.5.2   Lệnh thiết lập. 53

4.5.3   Lệnh tiền xử lý. 53

4.5.4   Lệnh hậu xử lý. 55

4.6   Kết luận chương. 56

Chương 5   Mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn. 57

5.1   Giới thiệu chương. 57

5.2   Xác định trạng thái ban đầu của cấu hình năng lượng bền vững. 57

5.2.1   Chứng minh cấu hình bền vững. 57

5.2.1.1   Kết quả. 57

5.2.1.2   Nhận xét59

5.2.2   Xác định trạng thái ban đầu. 59

5.2.2.1   Mô tả. 59

5.2.2.2   Kết quả. 61

5.2.2.3   Nhận xét62

5.3   Mô hình tối ưu cho sự di chuyển của các bức tường. 62

5.3.1   Cách di chuyển thứ nhất62

5.3.1.1   Mô tả. 62

5.3.1.2   Kết quả. 64

5.3.1.3   Nhận xét65

5.3.2   Cách di chuyển thứ hai65

5.3.2.1   Mô tả. 65

5.3.2.2   Kết quả. 66

5.3.2.3   Nhận xét67

5.3.3   So sánh hai cách di chuyển. 67

5.3.3.1   Mô tả. 67

5.3.3.2   Kết quả. 68

5.3.3.3   Nhận xét68

5.3.4   Sự thay đổi năng lượng do bức tường di chuyển khi đặt trong từ trường. 68

5.3.4.1   Kết quả. 68

5.3.4.2   Nhận xét72

5.4   Kết luận chương. 73

Kết luận và hướng phát triển đề tài74

Tài liệu tham khảo. 76

Phụ lục. 78

NGHIÊN CỨU CẤU HÌNH TỐI ƯU CỦA VẬT LIỆU TỪ

Giới thiệu

Từ học là một trong những lĩnh vực lâu đời nhất của vật lý, bắt nguồn từ hơn 3000 năm trước, khi người Trung Quốc phát minh ra nam châm. Từ đó, những nghiên cứu về từ được bắt đầu và phát triển mạnh mẽ. Những ứng dụng của từ có thể bắt gặp ở khắp mọi nơi, từ mô tơ điện tới biến áp, nam châm vĩnh cửu, từ các loại thiết bị điện tử đến ổ cứng lưu trữ thông tin…

Với nhu cầu đòi hỏi tính thiết thực và cấp bách của nhiều ngành công nghiệp chế tạo, sản xuất, mà ngày nay, sự nghiên cứu về từ tính cũng như nhiều thuộc tính của nó vẫn không ngừng phát triển. Với rất nhiều công trình khoa học nghiên cứu về từ tính, các đặc tính của vật liệu, cũng như các cách tính năng lượng cho từng mẫu vật liệu… Để minh họa rõ hơn về các đặc tính từ tính, các khái niệm ban đầu hướng đến những ai quan tâm đến lĩnh vực này có thể hình dung ra mô hình mà chúng tôi đang nghiên cứu.

Nội dung đồ án gồm 5 chương:

Chương 1: Từ tính

Nghiên cứu về từ tính của vật liệu là nghiên cứu về phản ứng của vật liệu đối với các tác động của từ trường ngoài. Trong chương này, chúng ta nhắc lại một số khái niệm cơ bản của từ tính, đặc biệt là những tính chất của sắt từ. Đồng thời, tìm hiểu về năng lượng từ và sự hình thành của cấu trúc miền (domain) của vật liệu sắt từ.

Chương 2: Vòng từ trễ

Từ trễ là tính chất của vật liệu từ. Chương này đưa ra cách nhìn mở đầu về hiện tượng từ trễ, như chúng được quan sát trong các vật liệu từ, minh họa một vài tính chất của vòng từ trễ và mối liên hệ cơ bản của chúng với cấu trúc phân miền từ.

Chương 3: Miền từ hóa và cấu trúc miền

Vật liệu được chia nhỏ thành các miền từ hóa. Từ hóa hầu như giống nhau trong mỗi miền, và chúng thay đổi từ miền này sang miền khác. Lớp ngăn cách các miền là các bức tường, hay còn gọi là vách miền. Chương này, chúng ta nghiên cứu về các khía cạnh của mô hình domain của vật liệu và đề xuất một mô hình cho sự chuyển động của các bức tường dưới tác động của một từ trường bên ngoài.

Chương 4: Sơ lược về FEMM (Finite Element Method Magnetics)

Phương pháp phần tử hữu hạn là phương pháp số để giải các bài toán được mô tả bởi các phương trình vi phân riêng phần cùng với các điều kiện biên cho trước chẳng hạn như bài toán từ trường tĩnh.

Chương 5: Mô phỏng mô hình domain dùng phương pháp phần tử hữu hạn

Chương này sẽ phân tích, đánh giá mô hình domain thông qua mô phỏng phần tử hữu hạn FEMM và MATLAB đó là chứng minh cấu hình ban đầu domain, đề xuất mô hình dịch chuyển bức tường tối ưu nhất, và phân tích sự thay đổi năng lượng khi các bức tường dịch chuyển theo mô hình tối ưu dưới tác động của từ trường ngoài.

Kết quả mô phỏng và nhận xét:

1. Chứng minh cấu hình bền vững

a) Miền đơn           b) Miền kép     c) Miền đóng

Hình 1: Các cấu hình domain.

Cấu hình	Emag
Miền đơn	1.07E-14J
Miền kép	1.30E-15J
Miền đóng	2.16E-29J

 

Bảng 1: So sánh năng lượng từ tĩnh của

ba cấu hình domain như hình 1.

Rõ ràng từ bảng trên ta thấy cấu hình  1c là cấu hình năng lượng bền vững.

2.  Xác định trạng thái ban đầu của cấu hình bền vững

Hình 2: Cấu hình domain ban đầu.

Hình 3: Năng lượng là hàm của góc α với , .

Hình 4: Xác định góc  để năng lượng đạt cực tiểu khi L₁ thay đổi với .

Từ hình 3 và hình 4 ta xét thấy:

• Năng lượng là một hàm theo góc  giữa trục ngang và bức tường 90⁰.
• Năng lượng nhỏ nhất tại  hay  mà không phụ thuộc vào quy mô của mẫu vật.

3. Mô hình tối ưu cho sự di chuyển của các bức tường

 

Hình 5: Sự dịch chuyển bức tường theo cấu hình I.

Hình 6: Năng lượng thay đổi theo d ứng với cấu hình I.

Hình 7: Năng lượng thay đổi theo d ứng với cấu hình I của ba loại vật liệu.

 

Hình 8: Sự dịch chuyển bức tường theo cấu hình II.

Hình 9: Năng lượng thay đổi theo d ứng với cấu hình II

Hình 10: Năng lượng thay đổi theo d ứng với cấu hình II của ba loại vật liệu.

Trong đó, d là khoảng dịch chuyển của bức tường so với vị trí  đầu, từ hình 6 và hình 7:

• Năng lượng tăng theo d và đối xứng qua d=0.
• Năng lượng là hàm bậc hai của d đối với martensite, đối với alnico 5 và alnico 6, năng lượng không hoàn toàn là hàm bậc hai của d mà tồn tại một vài điểm uốn.
• Cùng một giá trị của d, L1 tăng thì năng lượng giảm.

Từ hình 9 và hình 10 ta cũng có nhận xét như trên ngoại trừ năng lượng là hàm bậc hai theo d với cả 3 vật liệu.

 

 

 

Hình 11: So sánh hai cấu hình di                chuyển, .

Qua hình trên ta rút ra nhận xét:

• Tại d=0 và d=1, hai cấu hình giống hệt nhau nên năng lượng như nhau.
• Ứng với mỗi giá trị d, năng lượng ở cấu hình hai nhỏ hơn so cấu hình một.
• Do đó, ta khẳng định là cấu hình hai (hình 8) là cấu hình tối ưu hơn.

4. Sự thay đổi năng lượng do bức tường di chuyển khi đặt trong từ trường.

Giả sử mẫu vật có dạng elip và vật liệu từ là martensite.

Từ hình 12: Tùy vào giá trị của H, các bức tường di chuyển một khoảng xác định để năng lượng của hệ thống đạt cực tiểu mới.

Hình 12: Mật độ năng lượng theo d khi H thay đổi.

Hình 13: d thay đổi theo H với một số loại vật liệu.

Từ hình 13 ta có nhận xét như sau:

• d tăng khi H tăng.
• Các vật liệu khác nhau thì độ dốc đường d_H khác nhau do đặc tính riêng biệt của mỗi vật liệu.
• Độ dốc đường d_H của vật liệu NdFeB 52 MGOelà lớn nhất do đó nó dễ bị từ hóa nhất. Ngược lại, vật liệu alnico 5 khó bị từ hóa nhất.

 

Kết luận và hướng phát triển đề tài

 

Trong phạm vi đồ án này, chúng em đã tập trung vào việc mô hình hóa mô hình domain. Dưới tác động của một trường, các bức tường sẽ dịch chuyển sao cho hệ thống đạt một trạng thái ổn định mới. Sự hiện diện các lỗi trong vật liệu ngăn chặn sự di chuyển liên tục của các bức tường. Như vậy, nhiễu Barkhausen là kết quả của sự dịch chuyển bị gián đoạn của các bức tường 180⁰ trong vật liệu dưới tác dụng của từ trường ngoài.

Khi sử dụng nhiễu Barkhausen, chúng ta có thể kiểm tra tính chất của vật liệu (tình trạng chịu lực hay cấu tạo) tại những vị trí cụ thể mà không cần thiết phải tác động lực vật lý đến chúng. Chính vì vậy, việc mô tả đặc điểm của vật liệu dựa vào kết quả phân tích nhiễu Barkhausen là một phương pháp kỹ thuật không phá hủy đặc biệt phù hợp với yêu cầu công nghiệp.

Đề tài mà chúng em muốn hướng đến đó là: “Nghiên cứu về hiện tượng Barkhau-sen và ứng dụng trong kiểm tra không phá hủy vật liệu”.

 

 

Chương 5

Mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn

5.1   Giới thiệu chương

Ở những chương trước, chúng ta đã nghiên cứu và tìm hiểu về các đặc tính của từ tính, vòng từ trễ, miền từ hóa cũng như cấu hình miền.

Trong chương này chúng ta sẽ đi vào phân tích, đánh giá mô hình domain thông qua mô phỏng phần tử hữu hạn FEMM và MATLAB:

• Xác định trạng thái ban đầu của cấu hình domain.
• Chứng minh mô hình tối ưu cho sự dịch chuyển các bức tường.
• Phân tích sự thay đổi năng lượng khi các bức tường dịch chuyển theo mô hình tối ưu dưới tác động của từ trường ngoài.

5.2   Xác định trạng thái ban đầu của cấu hình năng lượng bền vững

5.2.1   Chứng minh cấu hình bền vững

5.2.1.1   Kết quả

Như đã trình bày trong chương 3, năng lượng từ tĩnh có nguồn gốc từ các đường sức từ bao quanh mẫu vật trong không khí. Năng lượng này có giá trị tối thiểu nếu các đường sức từ nằm trong mẫu vật. Có 3 cấu hình domain như hình 5.1. Ta sẽ mô phỏng để xác định cấu hình có năng lượng từ tĩnh thấp nhất, tức cấu hình năng lượng bền vững.

b) Multidomain

c) Closure domain

a) Single domain

Hình 5.1: Các cấu hình domain [2].

Cấu hình a: single domain

Hình 5.2: Cấu hình single domain.

Năng lượng từ tĩnh  

Cấu hình b: Multidomain

Hình 5.3: Cấu hình multidomain.

Năng lượng từ tĩnh  

Cấu hình c: closure domain

Hình 5.4: Cấu hình closure domain.

Năng lượng từ tĩnh  

5.2.1.2   Nhận xét

 

Cấu hình	Emag
Single domain	J
Multi domain	J
Closure domain	J

Bảng 5.1: So sánh năng lượng từ tĩnh của 3 cấu hình domain như hình 5.1.

Rõ ràng từ bảng trên ta thấy cấu hình 5.1c là cấu hình năng lượng bền vững.

5.2.2   Xác định trạng thái ban đầu

5.2.2.1   Mô tả

Ta tiến hành mô phỏng cấu hình cho bởi hình 5.6 dựa trên các thông số hình học L₁, L₂, y₀. Cấu hình này đại diện cho một đặc tính cấu trúc domain một vật liệu có dạng tinh thể khối đối xứng được đặt trong không khí. Độ dày mẫu là 1. Các thông số cần thiết khác là các thông số của vật liệu từ tính: từ trường cưỡng chế H_C, và đường từ trễ B-H và thông số này phụ thuộc vào vật liệu ta sử dụng. Vật liệu ta dùng để mô phỏng là Martensite có đường B-H như hình 5.5.

Hình 5.5: Đường cong B-H của vật liệu Martensite.

Các góc  giữa tường 90^o và trục ngang là:                                                           (5.1)

Tham số mô phỏng:  và ;  .

Hình 5.6: Cấu hình domain ban đầu.

Hình 5.7: Hệ thống lưới của phương pháp phần tử hữu hạn.

5.2.2.2   Kết quả

Hình 5.8: Năng lượng hệ thống theo góc với , .

Hình 5.9: Xác định  để năng lượng từ tĩnh đạt cực tiểu khi L₁ thay đổi.

5.2.2.3   Nhận xét

• Năng lượng là một hàm theo góc  giữa trục ngang và bức tường 90⁰.
• Năng lượng nhỏ nhất tại  hay  mà không phụ thuộc vào quy mô của mẫu vật.

5.3   Mô hình tối ưu cho sự di chuyển của các bức tường

5.3.1   Cách di chuyển thứ nhất

5.3.1.1   Mô tả

Các bức tường dịch chuyển song song nhưng không duy trì tất cả giá trị các góc  (hình 5.10).

Hình 5.10: Sự dịch chuyển bức tường theo cách thứ nhất.

Hình 5.11: Cấu hình tuần hoàn ứng với trường hợp trên.

Ta mô phỏng ứng với trường hợp  thay đổi,  cho vật liệu martensite và mở rộng sang trường hợp so sánh một số vật liệu (Martensite, Alnico 5, Alnico 6) với =, . Vật liệu Alnico 5 và Alnico 6 có đường B-H lần lượt như hình 5.12 và 5.13.

Hình 5.12: Đường B-H của vật liệu Alnico 5. ¹

Hình 5.13: Đường B-H của vật liệu Alnico 6. ¹

5.3.1.2   Kết quả

Hình 5.14: Năng lượng thay đổi theo d ứng với mô hình di chuyển thứ nhất.

Hình 5.15: Năng lượng thay đổi theo d ứng với mô hình di chuyển thứ nhất của ba loại vật liệu.

5.3.1.3   Nhận xét

• Năng lượng tăng theo d và đối xứng qua d=0.
• Năng lượng là hàm bậc hai của d đối với Martensite, còn đối với Alnico 5 và Alnico 6, năng lượng không hoàn toàn là một hàm bậc hai theo d do xuất hiện một vài điểm gãy uốn.
• Cùng một giá trị của d, L1 tăng thì năng lượng giảm.

5.3.2   Cách di chuyển thứ hai

5.3.2.1   Mô tả

Các bức tường dịch chuyển song song bảo toàn độ dài  duy trì tất cả giá trị các góc  (hình 5.16).

Hình 5.16: Sự dịch chuyển bức tường theo cách thứ hai.

Hình 5.17: Cấu hình tuần hoàn ứng với cách thứ hai.

Tương tự, ta cũng mô phỏng ứng với trường hợp  thay đổi,  cho vật liệu martensite và mở rộng sang trường hợp so sánh một số vật liệu (Martensite, Alnico 5, Alnico 6) với =, .

5.3.2.2   Kết quả

Hình 5.18: Năng lượng thay đổi theo d ứng với mô hình di chuyển thứ hai.

Hình 5.19: Năng lượng thay đổi theo d ứng với mô hình di chuyển thứ hai của ba loại vật liệu.

5.3.2.3   Nhận xét

• Năng lượng tăng theo d và đối xứng qua d=0.
• Năng lượng là hàm bậc hai của d.
• Cùng một giá trị của d, L1 tăng thì năng lượng giảm.

5.3.3   So sánh hai cách di chuyển

5.3.3.1   Mô tả

Ta so sánh hai cách di chuyển trong trường hợp ,  ở cả hai cấu hình như hình 5.11 và hình 5.17 đối với vật liệu martensite.

5.3.3.2   Kết quả

Hình 5.20: So sánh hai cấu hình di chuyển, .

5.3.3.3   Nhận xét

• Tại d=0 và d=1, hai cấu hình giống hệt nhau nên năng lượng như nhau.
• Ứng với mỗi giá trị d, năng lượng ở cấu hình hai nhỏ hơn so cấu hình một.
• Do đó, ta khẳng định là cấu hình hai là cấu hình tối ưu hơn.

5.3.4   Sự thay đổi năng lượng do bức tường di chuyển khi đặt trong từ trường

5.3.4.1   Kết quả

Giả sử mẫu vật có dạng elip và vật liệu từ là martensite.

 được tính từ đường cong từ hóa và công thức .

Đặt ,

 [10].

Hình 5.21: Mật độ năng lượng theo d khi H=200 A/m.

Hình 5.22: Mật độ năng lượng theo d khi H=1000 A/m.

Hình 5.23: Mật độ năng lượng theo d khi H=8440 A/m.

Hình 5.24: Mật độ năng lượng theo d khi H thay đổi.

Hình 5.25: d thay đổi theo H với vật liệu martensite.

Từ đây, ta mở rộng sang một trường hợp ứng với các loại vật liệu khác nhau bao gồm Martensite, Alnico 5 và NdFeB 52 MGOe. Trong đó, NdFeB 52 MGOe có đường B-H như hình 5.26 và kết quả nhận được như hình 5.27.

Hình 5.26: Đường B-H của vật liệu NdFeB 52 MGOe.¹

Hình 5.27: d thay đổi theo H với một số loại vật liệu.

5.3.4.2   Nhận xét

• d tăng khi H tăng.
• Khi vật liệu đặt trong từ trường thì tùy vào giá trị của H, các bức tường di chuyển một khoảng xác định để năng lượng của hệ thống đạt cực tiểu mới.
• Các vật liệu khác nhau thì độ dốc của đường d-H là khác nhau do đặc tính riêng biệt của mỗi vật liệu.
• Độ dốc của đường d-H của vật liệu NdFeB 52 MGOe là lớn nhất chứng tỏ vật liệu này dễ bị từ hóa nhất, ngược lại, alnico 5 khó bị từ hóa nhất.

 

 

 

5.4   Kết luận chương

Khi không chịu tác động của từ trường ngoài lên mẫu vật, hệ thống luôn giữ ở trạng thái ổn định ban đầu ứng với  hay  mà không phụ thuộc vào quy mô của mẫu vật. Tức là, góc giữa các bức tường 90⁰ và trục Ox là 45⁰ thì khi đó năng lượng của hệ thống là nhỏ nhất.

Giả sử hệ thống tiến đến một trạng thái mới tương ứng với một năng lượng tối thiểu mới. Khi đó, bức tường 180⁰ sẽ dịch chuyển song song với vị trí ban đầu. Ở trạng thái mới này, năng lượng của hệ thống nhỏ nhất ứng với cấu hình dịch chuyển bức tường 180⁰ giữ nguyên giá trị ban đầu của nó và giữ góc . Như vậy, nếu có sự tác động bên ngoài thì hệ thống sẽ thay đổi theo cấu hình trên để đảm bảo năng lượng là tối thiểu nhất.

Khi vật liệu đặt trong từ trường thì tùy vào giá trị của H, các bức tường di chuyển một khoảng xác định để năng lượng của hệ thống đạt cực tiểu mới.

Như vậy, qua chương này ta đã hiểu rõ hơn về cấu trúc domain, mô hình domain như thể nào để hệ thống đạt trạng thái cân bằng, ổn định về mặt năng lượng. Và khi có tác động bên ngoài thì hệ thống sẽ thay đổi ra sao, cách thay đổi nào là tối ưu nhất. Ứng với mỗi giá trị của từ trường ngoài đặt vào ta sẽ có những khoảng dịch chuyển bức tường 180⁰ duy nhất sao cho tại đó năng lượng hệ thống là tối thiểu nhất.

 

 

Kết luận và hướng phát triển đề tài

Trong phạm vi đồ án này, chúng em đã tập trung vào việc mô hình hóa mô hình domain. Ở đây, mô hình domain mà chúng em nghiên cứu là mô hình mà với cấu trúc ấy, hệ thống có năng lượng từ tĩnh là tối thiểu nhất. Cụ thể là, mô hình có dạng hình hộp gồm 4 vùng từ riêng biệt với từ hóa đều trong vùng và hướng từ hóa là thay đổi từ vùng từ hóa này sang vùng từ hóa khác. Khi các thông số của mô hình α =45⁰ hay L₂ = L₁ -2y₀ thì mô hình là tối ưu nhất.

Đó là khi không có từ trường ngoài tác động vào. Dưới một trường ngoài tác động lên mô hình theo hướng dễ từ hóa, các bức tường của mô hình sẽ dịch chuyển sao cho hệ thống đạt một trạng thái ổn định mới với một năng lượng tối thiểu mới. Có rất nhiều cách dịch chuyển các bức tường. Như trong đồ án, cách dịch chuyển bức tường 180⁰ song song với vị trí ban đầu và giữ nguyên giá trị của nó; dịch chuyển bức tường 90⁰ song song và giữ nguyên một góc α =45⁰ là cách tốt nhất.

Khi từ trường ngoài thay đổi tăng dần (hoặc giảm dần), bức tường 180⁰ có xu hướng dịch chuyển về phía hai phía bề mặt vật mẫu. Khi đó, năng lượng từ tĩnh của hệ thống là một hàm bậc 2 theo sự dịch chuyển các bức tường 180⁰.

Khi mẫu vật được đặt dưới một từ trường bên ngoài thay đổi liên tục, các bức tường phân chia các vùng từ của mẫu vật di chuyển. Sự hiện diện các lỗi trong vật liệu ngăn chặn sự di chuyển liên tục của các bức tường. Sự ngăn chặn này chỉ kết thúc nếu từ trường ngoài tăng thêm một giá trị đủ lớn. Như vậy, nhiễu Barkhausen là kết quả của sự dịch chuyển bị gián đoạn của các bức tường 180⁰ trong vật liệu dưới tác dụng của từ trường ngoài.

Một trong những yếu tố quan trọng trong quá trình sử dụng và khai thác các thiết bị là phải đảm bảo được tính tin cậy của các vật liệu cấu tạo nên thiết bị đó. Trong quá trình sản xuất và sử dụng, vật liệu có thể thay đổi đặc điểm, tính chất của chúng, gây ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của thiết bị và thậm chí gây nguy hiểm cho người sử dụng.

Với các phương pháp truyền thống, việc kiểm tra các tính chất của vật liệu đòi hỏi sự tác động vật lý lên vật liệu và có thể ảnh hưởng đến hình dáng, cấu tạo, thậm chí còn phải phá hủy vật liệu. Điều này đặt chúng ta trước một nhu cầu bức thiết là phải kiểm tra được tính chất của vật liệu mà không làm ảnh hưởng đến thiết bị (kiểm tra không phá hủy – non-destructive control).

Khi sử dụng nhiễu Barkhausen, chúng ta có thể kiểm tra tính chất của vật liệu (tình trạng chịu lực hay cấu tạo) tại những vị trí cụ thể mà không cần thiết phải tác động lực vật lý đến chúng. Chính vì vậy, việc mô tả đặc điểm của vật liệu dựa vào kết quả phân tích nhiễu Barkhausen là một phương pháp kỹ thuật không phá hủy đặc biệt phù hợp với yêu cầu công nghiệp.

Đề tài mà chúng em muốn hướng đến đó là: “ Nghiên cứu về hiện tượng Barkhau-sen  và ứng dụng trong kiểm tra không phá hủy vật liệu”.

 

Phụ lục

1. Mô phỏng các dạng cấu hình domain

--SET PROBLEM

newdocument(0)

showconsole()

--======================================================

--SET PROBLEM'S CONDITIONS

mi_probdef(0,"micrometers","planar", 1E-16,1,1)

mi_saveas("initial_energy_horizontal.fem")

--======================================================

--EXTERNAL CONDITIONS

d=0

BC_type=2 choice=3

--======================================================

--DEFINE CORDINATIONS OF POINTS

x0=100

y0=100

L1=10                

D=2

--alpha=pi/4 --alpha=45°

ang=45

alpha=ang*pi/180

talpha=tan(alpha)

L2=L1-D/talpha

--======================================================

--FIRST CONDITION

--======================================================

if L2

  print("Cannot create domain, check input values (increase L1)")