一种船舶磁性处理过程的动态模拟方法

本发明涉及数字孪生以及铁磁材料磁性演变过程数字模拟，特别是涉及一种船舶磁性处理过程的动态模拟方法。

背景技术：

1、钢铁建造的船舶受到地球磁场的作用被磁化，形成舰船磁场。为防止船舶受到水中磁性兵器及空中磁探测的威胁，船舶需要进行磁性处理。船舶磁性处理过程的品质直接决定了船舶生命力。因此，需要开展船舶磁性处理过程的模拟研究。

2、一般而言，船舶磁性处理过程的模拟研究基本采用实验室磁性船模实验法，该方法模拟精度高，磁特性信息量大，但磁性船模建造周期长，经费需求高，且缺失磁性处理过程中间动态信息的反馈，船舶磁性的直观呈现需进行后期数据处理。另一方面，船舶磁性处理过程的本质是铁磁材料的退磁过程，近几十年来，世界各国的科学家致力于铁磁材料磁滞特性的数值模拟研究工作，提出了标量磁滞模型和矢量磁滞模型，这些模型可视化、直观化、形象化呈现了铁磁材料的磁滞过程，但用于船舶磁性处理过程中磁性材料复杂的磁性演变过程时，还需结合磁性处理过程的实际工况进一步研究。因此，不管是实验室磁性船模实验法还是铁磁材料磁滞模型的数值模拟研究，很难在模拟精度、动态化、可视化、直观化等方面找到完美平衡。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种船舶磁性处理过程的动态模拟方法，克服传统实验室磁性船模实验法模拟船舶磁性处理过程的不直观、不连续、不可视等缺陷，以及铁磁材料磁滞模型在模拟船舶磁性处理过程中的不全面等问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种船舶磁性处理过程的动态模拟方法，包括：

4、基于磁畴阵列建立数字磁性船舶数学模型；

5、基于所述数字磁性船舶数学模型，以无磁滞磁化原理与退磁原理为原则，调制磁畴磁化、磁畴退磁变化规律；

6、基于所述磁畴磁化、磁畴退磁变化规律，表征船舶磁性处理过程中的磁性演变，完成所述船舶磁性处理过程的动态模拟。

7、可选地，基于所述磁畴阵列建立数字磁性船舶数学模型包括：

8、对单个磁偶极子进行三维取向，并结合所述磁偶极子的阵列球构建单颗磁畴模型；

9、基于所述单颗磁畴模型构建磁畴阵列数学模型；

10、结合等效源法，将实船磁场分布特征映射到所述磁畴阵列数学模型中，获取所述数字磁性船舶数学模型。

11、可选地，所述数字磁性船舶数学模型为：

12、

13、其中，μ0为真空磁导率；mi为磁畴内第i个磁偶极子的磁化强度；rpt＝rp-rt，rp为场点位置矢径，rt为第t个磁畴中心的位置矢径；nt为t磁畴内的磁偶极子个数；b为数字磁性船舶在rp处产生的磁场强度三分量值组成的列矢量。

14、可选地，所述船舶磁性处理过程包括：

15、将数字磁性船舶放置在没有任何恒定磁场分量的环境中，通过消磁电流线圈产生预设初始幅值和振幅逐渐衰减的交变磁场对所述数字磁性船舶进行处理，改变船舶铁磁材料的剩磁，使磁性对外显示为零；

16、其中，通过工作线圈产生所述振幅逐渐衰减的交变磁场，通过补偿线圈提供没有任何恒定磁场分量的环境，所述补偿线圈包括纵向补偿线圈、横向补偿线圈、垂向补偿线圈。

17、可选地，所述船舶磁性处理过程包括退磁过程和无磁滞磁化过程；当所述补偿线圈产生的磁场补偿地磁场，所述船舶磁性处理过程为退磁过程；当所述补偿线圈产生的磁场不能完全补偿地磁场，所述船舶磁性处理过程为无磁滞磁化过程。

18、可选地，所述退磁过程包括：

19、将所述工作线圈的脉冲磁场作用于数字磁性船舶，计算所述脉冲磁场作用下所述数字磁性船舶对外产生的磁场；

20、当所述磁场的方向发生改变，保留与原磁场方向预设夹角的磁畴磁矩，迭代进行磁畴磁矩在某一方向的保留，直至达到磁中性状态，完成所述退磁过程。

21、可选地，所述磁场的方向是否发生改变根据退磁原理判断，当磁偶极子的静磁能大于最小偏转能量时，磁偶极子发生180°的取向偏转，即所述磁畴的角分布发生改变。

22、可选地，所述无磁滞磁化过程包括：

23、将所述工作线圈的脉冲磁场作用于数字磁性船舶，计算补偿线圈磁场与地磁场的差值；

24、根据无磁滞磁化原理对所述差值进行判断，当所述差值达到预设值，磁偶极子全部偏转至恒定磁场作用的方向上，磁畴达到饱和磁化状态，完成所述无磁滞磁化过程。

25、本发明的有益效果为：

26、本发明基于铁磁材料的磁畴运动机理与数字孪生技术，利用等效源法将数字磁性船舶等效为磁畴阵列的数学模型，通过数字磁性船舶磁畴角分布的动态演变实现船舶磁性处理过程的动态模拟，可以满足直观化、可视化、连续性、动态性模拟船舶磁性处理过程的要求。

技术特征：

1.一种船舶磁性处理过程的动态模拟方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的船舶磁性处理过程的动态模拟方法，其特征在于，基于所述磁畴阵列建立数字磁性船舶数学模型包括：

3.根据权利要求2所述的船舶磁性处理过程的动态模拟方法，其特征在于，所述数字磁性船舶数学模型为：

4.根据权利要求1所述的船舶磁性处理过程的动态模拟方法，其特征在于，所述船舶磁性处理过程包括：

5.根据权利要求4所述的船舶磁性处理过程的动态模拟方法，其特征在于，所述船舶磁性处理过程包括退磁过程和无磁滞磁化过程；当所述补偿线圈产生的磁场补偿地磁场，所述船舶磁性处理过程为退磁过程；当所述补偿线圈产生的磁场不能完全补偿地磁场，所述船舶磁性处理过程为无磁滞磁化过程。

6.根据权利要求5所述的船舶磁性处理过程的动态模拟方法，其特征在于，所述退磁过程包括：

7.根据权利要求6所述的船舶磁性处理过程的动态模拟方法，其特征在于，所述磁场的方向是否发生改变根据退磁原理判断，当磁偶极子的静磁能大于最小偏转能量时，磁偶极子发生180°的取向偏转，即所述磁畴的角分布发生改变。

8.根据权利要求5所述的船舶磁性处理过程的动态模拟方法，其特征在于，所述无磁滞磁化过程包括：

技术总结本发明涉及一种船舶磁性处理过程的动态模拟方法，包括：基于磁畴阵列建立数字磁性船舶数学模型；基于所述数字磁性船舶数学模型，以无磁滞磁化原理与退磁原理为原则，调制磁畴磁化、磁畴退磁变化规律；基于所述磁畴磁化、磁畴退磁变化规律，表征船舶磁性处理过程中的磁性演变，完成所述船舶磁性处理过程的动态模拟。本发明基于铁磁材料的磁畴运动机理与数字孪生技术，利用等效源法将数字磁性船舶等效为磁畴阵列的数学模型，通过数字磁性船舶磁畴角分布的动态演变实现船舶磁性处理过程的动态模拟，可以满足直观化、可视化、连续性、动态性模拟船舶磁性处理过程的要求。技术研发人员：吴轲娜,周国华,夏帅,刘月林,刘胜道,卞强,唐烈峥,王毅,胡欣,高俊吉,奉之翔受保护的技术使用者：中国人民解放军海军工程大学技术研发日：技术公布日：2024/11/18