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【科普】你还在用1.6T当饱和磁导吗

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仿真软件上给的默认的饱和磁导是2.15T,有不少人认为这个数太大了,实际上并不能达到。因此每当有玩家用2.15T当饱和磁导来进行仿真时,我们经常可以看到有人就会建议他们如果用低碳钢材质的弹丸的话要把饱和磁导调到1.6T左右。但实际上这样做真的符合实际吗?
本帖最初发表于https://www.kechuang.org/t/85224,楼主就是原作者。


IP属地:河南1楼2020-02-21 15:25回复
    首先,我们需要明确,模拟器上说的饱和磁导,实际上物理上称之为饱和磁感强度,符号Bs(也有用Bm的)。邱忠超, 张卫民, 果艳, et al. 弱磁激励下Q235钢的磁记忆检测[J]. 无损检测, 2014, 036(011):6-10,37. 这篇文章指出,Q235的饱和磁感强度为2T左右,而所引证的文献,就是著名的《常用钢材磁特性曲线速查手册》。实际上,这本手册里并没有Q235的数据,我们可以用成分非常近似的20#钢的数据来代换。实际上,科创也有人提到了这些数据。
    我们来看一下详细数据。





    IP属地:河南2楼2020-02-21 15:27
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      从上图我们可以看出,上述牌号和状态的20#钢的饱和磁感强度都在2.0T左右。
      但是,如果我们纵观全书,我们就能发现整本书里所有的磁化曲线用的都是同样最大值的坐标格子:磁场强度H最大值只画到16000A/m,磁感强度B最大值只画到2.0T。再大的数据我们就不得而知了,可能是编者的仪器量程就那么大。但不要忘了,即使图上没有画,超过16000A/m的数据还是存在的。
      不光数据存在,B=2.0T还不是极大值。
      根据马文蔚等编《物理学(第六版)》中对磁介质饱和的描述:
      “……当到达点P以后,再增加外磁场强度H时,B的增加就十分缓慢,呈现出磁化已达饱和的程度。点P所对应的B值一般叫做饱和磁感强度……”
      饱和并不意味着B不再增加,而是增加十分缓慢。上图的数据显示也是如此。由此可见,在H>16000T的状态下,20#钢的磁感强度还会继续增加。


      IP属地:河南3楼2020-02-21 15:28
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        那么问题来了,我们的线圈产生的磁场强度H真的可以达到16000A/m这个值吗?
        答案是肯定的。
        由电磁学知识,我们不难得到,缠有磁介质的通电长螺线圈中轴线中点的磁感应强度(证明略),其中μ为介质的磁导率,N是线圈总匝数,l是线圈长度,I是电流。又,所以
        那么,例如匝数为400匝,线圈长度为4cm,电流为100A时,H就等于。这远远大于16000A/m,即我们能够查到的数据的上限。不难得出,此时介质的B=2.15T是完全有可能的,甚至还会高于2.15T。而此时的电流I=100A,这在磁阻里面并不算很大的电流。笔者试着用式
        来拟合上述曲线,代入H=,可以得出B粗略为2.68T。虽然只是拟合,但还是能说明一些问题的。


        IP属地:河南4楼2020-02-21 15:34
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          那么,为什么我们难以查到H比16000更大时候的数值呢?很简单,因为能在4cm内绕400匝还能恒定100A测定B的仪器是几乎没有的,这也就是更多的数据我们没法获得的原因。不过,虽然是凤毛麟角,B的数值我们还是可以得到的。再来看一组数据:
          戴礼智. 金属磁性材料[M]. 上海: 上海人民出版社, 1973: 177.
          可见,用2.15T当做低碳钢弹丸饱和磁导,是并没有什么不妥的。
          看见上面那张图可能有人会问了,2.15T难道不是硅钢的饱和磁感强度吗?实际上并不然。用硅钢做铁芯电枢等等并不是因为它饱和磁感强度高,而是因为电阻率高,这样在交变磁场中可以减少涡流的产生。而且B-H曲线围成的面积小,即磁滞损耗小,或曰“软”。这些都是用硅钢作磁介质的原因。


          IP属地:河南5楼2020-02-21 15:36
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            还有一点,兵器工业无损检测人员技术资格鉴定考核委员会. 常用钢材磁特性曲线速查手册[M]. 2003.这份手册里面还讲到了影响饱和磁感强度的因素,摘录如下:



            希望以上摘录可以在弹丸材质选择、加工和热处理方面给大家一定的帮助。


            IP属地:河南6楼2020-02-21 15:37
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              还有,既然我们知道了B-H曲线,为什么在模拟器里面不能代入使用呢?笔者做了一定的尝试。目前还不太会用,只是试出来了必须把格子填满,否则误差贼大。但即使这样,也没能做到比饱和磁导在2.15T时候性能高。只能说仍有待实验。



              IP属地:河南7楼2020-02-21 15:38
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                最后,希望有条件的大佬验证一下采用2.15T的模拟和实际数据相差多大。毕竟,实践是检验真理的唯一标准。


                IP属地:河南8楼2020-02-21 15:39
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                  IP属地:河南来自Android客户端9楼2020-03-01 10:10
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                    dd


                    IP属地:天津来自iPhone客户端10楼2020-03-01 12:13
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                      帮顶


                      IP属地:广东来自Android客户端11楼2020-03-06 01:39
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                        Q235磁导率跟工作点有关系,通常Q235作为软磁使用都是作为极头或磁回路。
                        如果空气(非磁性材料)的相对磁导率是1,Q235的相对磁导率大概取4000。
                        铁磁性材料的相对磁导率:μr=μ/μ0
                        铸铁为200~400;
                        硅钢片为7000~10000;
                        镍锌铁氧体为10~1000;
                        镍铁合金为2000;
                        锰锌铁氧体为300~5000。
                        10号钢为7000~10000;
                        磁导率表征磁介质磁性的物理量。
                        表示在空间或在磁芯空间中的线圈流过电流后、产生磁通的阻力、或者是其在磁场中导通磁力线的能力、
                        其公式μ=B/H 、其中H=磁场强度、B=磁感应强度,常用符号μ表示,μ为介质的磁导率,或称绝对磁导率。
                        如果样环是由同一种材料组成,则计算出来的磁导率就是其材料的真正磁导率μ。它比其环磁导率略低一些。由于电感L与匝数N2成正比,按理说计算出来的磁导率μ不应该再与匝数N有关系,但实际上却经常有关系。
                        关于材料磁导率的测量,一般使用的测试频率都不高,经常在1kHz或10kHz的频率测试。测试信号一般都是使用正弦信号,因为频率不高,样环绕组线圈阻抗的电阻部分可忽略不计,把绕组线圈看作一个纯电感L接在测量仪器上。测试等效电路如图所示,仪器信号源产生的电压有效值为U,Ri为信号源的输出阻抗。
                        参考资料来源:百度百科-磁导率
                        Q235和45#钢的导磁性能哪个好?
                        如果单单从导磁性能方面说,Q235好于45#钢,随含碳量增加,钢的磁导率减小。235是低碳钢,磁导率会比45钢更大。
                        45#钢磁化曲线
                        H(A/m) 500 1000 2500 5000 7500 10000 15000
                        B(T) 0.525 1.01 1.255 1.455 1.62 1.75 1.84
                        Q235相當10#~20#之間
                        10#钢磁化曲线
                        H(A/m) 500 1000 2500 5000 7500 10000 15000
                        B(T)退火前 1.05 1.31 1.49 1.63 1.73 1.87 1.96
                        B(T)退火后 1.295 1.49 1.555 1.615 1.71 1.84 1.93


                        IP属地:江苏12楼2020-12-15 14:16
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                          以上观点来自常州精密钢管博客网


                          IP属地:江苏13楼2020-12-15 14:17
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                            http://gang.josen.net/index.php/ask/view_23_45.html 回答了:Q235钢和纯铁的磁导率分别是多少?有相关的数据。


                            IP属地:江苏14楼2023-03-31 11:12
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