APPLICATION OF THE JILES–ATHERTON MODEL OF MAGNETIC HYSTERESIS TO ANALYZE THE SPATIAL DISTRIBUTION OF MAGNETIC FIELDS AND INDUCTION IN AN OPEN MAGNETIC CIRCUIT

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The paper presents a study on the application of the Jiles—Atherton magnetic hysteresis mathematical model. The optimal model parameters were selected based on measurement data in a closed magnetic circuit and used to build digital models in COMSOL Multiphysics. Experimental studies on ferromagnetic steel samples with different magnetic properties demonstrated good agreement with the calculated data. The results showed that the deviation of the experimental values of the key characteristics (Bmax, Br, Hc) from the simulation results did not exceed 5 %. Detailed pictures of the spatial distribution of magnetic induction and field strength in samples in different parts of the magnetic hysteresis loop were obtained. The verified model will allow further optimization of the designs of magnetizing devices and the location of sensors when developing new methods and means of magnetic non-destructive testing

About the authors

Anastasia Vladimirovna Batueva

Institute of Metals Physics Ural Branch of RAS

Author for correspondence.
Email: batuevaav@imp.uran.ru
ORCID iD: 0009-0006-1313-5870
SPIN-code: 5358-4990

Младший научный сотрудник

Russian Federation, 620108 Ekaterinburg, S. Kovalevskaya str., 18

Olga Nikolaevna Vasilenko

Institute of Metals Physics Ural Branch of RAS

Email: vasilenko@imp.uran.ru

Кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, заведующий лабораторией интеллектуальных технологий диагностики

Russian Federation, 620108 Ekaterinburg, S. Kovalevskaya str., 18

References

  1. Miheev M.N., Gorkunov E.S. Magnitnye metody strukturnogo analiza i nerazrushayushchego kontrolya. M.: Nauka, 1993. 250 p.
  2. Klyuev V.V. Nerazrushayushchij kontrol’ i diagnostika. V. 3. M.: Mashinostroenie, 2004. 864 s.
  3. Tomáš I., Gábor V. Magnetic Adaptive Testing. Nondestructive Testing Methods and New Applications. ISBN: 978-953-51-0108-6, InTech, 2012. P. 145—186.
  4. Wolter B, Gabi Y, Conrad C. Nondestructive Testing with 3MA—An Overview of Principles and Applications // Applied Sciences. 2019. V. 9. No. 6. P. 1068.
  5. Kostin V.N., Osintsev A.A., Stashkov A.N., Tsar’kova T.P. Multiparameter methods for structural analysis of steel articles using the magnetic properties of substances // Defectoskopiya. 2004. No. 3. P. 69—82.
  6. Girshovichus S.H., Kifer I.I., Sedova E.B. Sposob mnogoparametrovogo kontrolya detalej iz ferromagnitnyh materialov. SU 280666 A1, 1970.
  7. Vasilenko O.N. Metody i sredstva mnogoparametrovoj magnitnoj strukturoskopii izdelij s ispol’zovaniem sostavnyh razomknutyh magnitnyh cepej / Dissertaciya. IFM UrO RAN, 2014. 131 p.
  8. Kostin V.N., Osintsev A.A., Stashkov A.N., Nichipuruk A.P., kostin K.V., Sazhina E.Yu. Portable instruments for multiparameter magnetic evaluation of material structures // Defectoskopiya. 2008. No. 4. P. 66—77.
  9. Chechernikov V.I. Magnitnye izmereniya. M.: Izd-vo MGU, 1969. 387 p.
  10. Vonsovskij S.V., Shur Ya.S. Ferromagnetizm. M.—L.: OGIZ. Gostekhizdat, 1948. 816 p.
  11. Tikadzumi S. Fizika ferromagnetizma. Magnitnye svojstva veshchestva. Per. s yaponskogo. M.: Mir, 1983. 304 s.
  12. Tikadzumi S. Fizika ferromagnetizma. Magnitnye harakteristiki i prakticheskie primeneniya / Per. s yaponskogo pod red. R.V. Pisareva. M.: Mir, 1987. 420 p.
  13. Gabi Y., Jacob K., Wolter B., Conrad C., Strass B., Grimm J. Analysis of incremental and differential permeability in NDT via 3D-simulation and experiment // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2020. V. 505. P. 379—386. 166695.
  14. Diogenes Aldecira G.,de Moura Elineudo P., Machado André S., Gonçalves Lindberg L. Determination of Carbon Steel Bar Diameter by Nondestructive Magnetic Testing // Journal of Nondestructive Evaluation. 2021. V. 40. No. 3.
  15. COMSOL Multiphysics [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.comsol.com/
  16. IEC 60404-7:2019 Magnetic materials — Part 7: Method of measurement of coercivity (up to 160 kA/m) of magnetic materials in an open magnetic circuit.
  17. IEC 60404-4:1995 Magnetic materials — Part 4: Methods of measurement of d.c. magnetic properties of iron and steel.
  18. Mörée Gustav, Leijon Mats. Review of Hysteresis Models for Magnetic Materials // Energies, MDPI. 2023. V. 16. No. 9. P. 1—66.
  19. Qingsong Liu, Junjie Zhou, Jinwei Chu, Shunliang Wang, Qingming Xin, Chuang Fu. Identification of Jiles-Atherton Model Parameters Using Improved Genetic Algorithm / 2020 IEEE 1st China International Youth Conference on Electrical Engineering (CIYCEE).
  20. Jiles D.C., Atherton D.L. Theory of ferromagnetic hysteresis (invited) // J. Appl. Phys. 1984. V. 55. P. 2115—2120.
  21. Jiles D., Atherton D. Theory of ferromagnetic hysteresis // J. Magn. Magn. Mater. 1986. V. 61. P. 48—60.
  22. Jiles D., Thoelke J. Theory of ferromagnetic hysteresis: Determination of model parameters from experimental hysteresis loops // IEEE Trans. Magn. 1989. V. 25. P. 3928—3930.
  23. Jiles D.C., Thoelke J.B., Devine M.K. Numerical determination of hysteresis parameters for the modeling of magnetic properties using the theory of ferromagnetic hysteresis // IEEE Transactions on Magnetics. Jan. 1992. V. 28. No. 1. P. 27—35.
  24. Shiming L., Ruisheng L., Liang D., Yu G. Identification of a Hysteresis Model Parameters Using the Differential Evolution Algorithm // IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 2017. V. 199. P. 012145.
  25. Mi Zou, Parameter estimation of extended Jiles—Atherton hysteresis model based on ISFLA // IET Electric Power Applications. 2020. V. 14. No. 2. P. 212—219.
  26. Jesenik M., Mernik M., Trlep M. Determination of a Hysteresis Model Parameters with the Use of Different Evolutionary Methods for an Innovative Hysteresis Model // Mathematics. 2020. V. 8. P. 201.
  27. Xue G., Bai H., Li T., Ren Z., Liu X., Lu C. Numerical Solving Method for Jiles-Atherton Model and Influence Analysis of the Initial Magnetic Field on Hysteresis // Mathematics. 2022. V. 10. P. 4431.
  28. Podberyoznaya I.B. Algoritmy modelirovaniya magnitnogo gisterezisa // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Elektromekhanika. 2015. № 6. C. 5—13.
  29. Szewczyk R., Nowicki M. Sensitivity of Jiles-Atherton Model Parameters Identified During the Optimization Process // AIP Conf. Proc. 2018. V. 1996. P. 020046.
  30. Szewczyk R. Progress in development of Jiles—Atherton model of magnetic hysteresis // AIP Conf. Proc. 2019. V. 2131. P. 020045.
  31. Szewczyk R. (Eds.). Two Step, Differential Evolution-Based Identification of Parameters of Jiles-Atherton Model of Magnetic Hysteresis Loops / AUTOMATION 2018, AISC 743. 2018. P. 635—641.
  32. Preisach. Über die magnetische Nachwirkung. “Zeitschrift für Physik”, 1935. 94 Band. Heft 5. P. 277—302.
  33. Nichipuruk, A.P. Model’ magnitnogo gisterezisa i ee primenenie v magnitnoj strukturoskopii konstrukcionnyh stalej / Dis. dokt. tekhn. nauk: 05.02.11. Nichipuruk Aleksandr Petrovich. Ekaterinburg: IFM UrO RAN, 2008. 262 p.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».