Гармоническое магнитное поле · Осесимметричная
Кольцевой датчик: обнаружение утонения стенки трубы
Кольцевая катушка вокруг проводящей трубы чувствительна к изменению толщины стенки. Осесимметричная модель позволяет исследовать кольцевое утонение, одинаковое по всей окружности, и оценить его влияние на комплексный импеданс. Это полезная постановка для понимания неразрушающего контроля, однако она не описывает произвольную трещину локального размера.
Труба имеет внутренний радиус 16 мм, наружный 20 мм и длину 80 мм. Катушка со средним радиусом 24 мм и сечением 4×6 мм расположена у середины трубы, содержит 100 витков и несёт ток амплитудой 1 А на частоте 1000 Гц. Проводимость трубы равна 6 МСм/м; материал выбран немагнитным. Утонение уменьшает наружный радиус на 1 мм в полосе |z|≤4 мм.
Самостоятельная учебная модель FEMM 5: от физических соотношений к полевому решению и проверке результата.
Допущения и устройство учебной модели
Все размеры, свойства материалов и условия возбуждения заданы ниже. Численные результаты относятся к опубликованной версии модели FEMM 5.
Физическая и математическая постановка
Как дефект меняет поле
В трубе без дефекта и трубе с утонением вихревые токи протекают по разным эффективным объёмам. Меняются их сопротивление, распределение и обратное воздействие на катушку. Поэтому полезный сигнал следует определять как разность комплексных импедансов двух моделей при одинаковом возбуждении и положении катушки.
Положительная активная часть импеданса соответствует энергии, рассеиваемой в трубе. Реактивная часть связана с изменённым магнитным полем. Амплитуду входного тока нельзя менять между эталонным и дефектным состояниями без последующей нормировки; в линейной модели импеданс от этого тока не зависит, но абсолютная мощность меняется квадратично.
Разрешимость вычисленного сигнала
Обе геометрии решаются на трёх сетках. Сначала проверяется сходимость мощности и баланс её объёмного и цепного определения. Затем относительное изменение реактивного сопротивления сравнивается с минимальным учебным порогом. Этот порог показывает разрешимость сигнала внутри данной численной постановки, а не чувствительность реального прибора.
Проведите дополнительное исследование с несколькими глубинами утонения и осевыми смещениями катушки. Сигнал зависит от положения дефекта относительно катушки; одно и то же утонение может давать разные показания. Для продольной или короткой окружной трещины нарушается осевая симметрия. Продолжать интерпретировать такую геометрию как вращающееся кольцо было бы физической подменой, даже если решатель успешно выдаёт результат.
Исходные данные
Осесимметричная
| Параметр | Значение | Единица | Происхождение |
|---|---|---|---|
| Число витков одной обмотки | 100 | Заданный параметр самостоятельной учебной модели | |
| Ток; для AC — амплитуда | 1 | А | Заданный параметр самостоятельной учебной модели |
| Электропроводность | 6000000 | См/м | Заданный параметр самостоятельной учебной модели |
| Частота | 1000 | Гц | Заданный параметр самостоятельной учебной модели |
| Глубина утонения | 0, 1 | мм | Заданный параметр самостоятельной учебной модели |
Порядок воспроизведения
- До запуска запишите уравнение контрольной величины и ожидаемое направление изменения при вариации параметра. Согласуйте миллиметры геометрии с единицами СИ в формулах. Создайте отдельную папку и откройте reproduce.py во встроенном редакторе Python FEMM 5. Команды mi_* и mo_* в этой среде уже доступны глобально.
- Выполните программу целиком. Она создаёт новый calculated-NN, строит каждую модель с русскими именами материалов и цепей, сохраняет файл FEM, закрывает его и повторно открывает перед решением. Поэтому проверка относится к точному записанному варианту модели и охватывает сохранение кириллицы.
- Изучите result.json: records хранит численные результаты всех режимов и трёх сеток, checks — названия проверок, измеренные отклонения, допуски и итог. Откройте модель и решение финальной сетки; сопоставьте материалы, направление токов и характерные размеры с таблицей параметров.
- Составьте отчёт с физическим объяснением, таблицей сходимости и независимым контрольным расчётом. Затем измените один параметр и выполните новую серию. Сохраняйте предыдущую серию для сравнения; успешное завершение решателя само по себе не заменяет проверки физического масштаба и сеточной устойчивости.
Скачайте нужные файлы по отдельным ссылкам ниже в одну рабочую папку, затем откройте reproduce.py во встроенном Python FEMM 5 и выполните его. Сохраните имена файлов и структуру подпапок. Условия конкретного запуска и путь новых результатов указаны в комментариях программы.
Программа встроенного Python FEMM 5
"""Собственная учебная лабораторная FEMM 5: встроенный Python.
Команды FEMM доступны глобально, внешний пакет femm не используется.
Каждая сетка сохраняется в отдельный FEM, закрывается, открывается повторно
и решается с русскими именами свойств. Новый запуск создаёт calculated-NN.
Опубликованные модели и квитанции не изменяются. Размеры: мм; результаты: СИ.
"""
import os
import sys
import math
import json
CONFIG = {'N': 100, 'I': 1, 'sigma': 6000000.0, 'variants': [0, 1], 'f': 1000}
MODE = 'pipe'
saved=globals().get('__file__','') or (sys.argv[0] if sys.argv else '')
base=os.path.dirname(os.path.abspath(saved)) if saved else os.getcwd()
index=1
while os.path.exists(base+'/calculated-%02d'%index):index+=1
directory=base+'/calculated-%02d'%index
os.mkdir(directory)
records=[]
checks=[]
MU0=4*math.pi*1e-7
def real(x):
if isinstance(x,(list,tuple)):x=x[0]
return complex(x).real
def check(name,value,limit):
checks.append({'name':name,'value':value,'limit':limit,'passed':math.isfinite(value) and value<=limit})
def material(name,mu=1,sigma=0):
mi_addmaterial(name,mu,mu,0,0,sigma/1e6)
def label(x,y,name,mesh,group=1,circuit='<None>',turns=1):
mi_addblocklabel(x,y);mi_selectlabel(x,y)
mi_setblockprop(name,0,mesh,circuit,0,group,turns);mi_clearselected()
def polygon(points,boundary=None,spacing=0):
for x,y in points:mi_addnode(x,y)
for i,(x,y) in enumerate(points):
x2,y2=points[(i+1)%len(points)];mi_addsegment(x,y,x2,y2)
if boundary:
mi_selectsegment((x+x2)/2,(y+y2)/2)
mi_setsegmentprop(boundary,spacing,0,0,0);mi_clearselected()
def rect(x1,y1,x2,y2):polygon([(x1,y1),(x2,y1),(x2,y2),(x1,y2)])
def circle(x,y,r,angle,boundary=None):
mi_addnode(x-r,y);mi_addnode(x+r,y)
mi_addarc(x-r,y,x+r,y,180,angle);mi_addarc(x+r,y,x-r,y,180,angle)
if boundary:
mi_selectarcsegment(x,y-r);mi_selectarcsegment(x,y+r)
mi_setarcsegmentprop(angle,boundary,0,0);mi_clearselected()
def halfcircle(r,angle,boundary=None):
mi_addnode(0,-r);mi_addnode(0,r)
mi_addarc(0,-r,0,r,180,angle)
if boundary:
mi_selectarcsegment(r,0);mi_setarcsegmentprop(angle,boundary,0,0);mi_clearselected()
def start(axis,f,outer,level,uniform=0):
newdocument(0)
mi_probdef(f,'millimeters','axi' if axis else 'planar',1e-10,1000,30,0)
material('Воздух')
# Коэффициенты пространственной функции A вводятся на миллиметр геометрии.
mi_addboundprop('Внешняя граница',0,uniform/2000 if axis else 0,0 if axis else uniform/1000,0,0,0,0,0,0)
if axis:
# Ось r=0, z снизу вверх: исходные координаты библиотек не используются.
halfcircle(outer,4/(2**level),'Внешняя граница')
mi_addsegment(0,-outer,0,outer)
else:circle(0,0,outer,4/(2**level),'Внешняя граница')
def close_axis():
# FEMM автоматически разбивает осевой отрезок вершинами внутренних дуг.
pass
def coil(r,z,width,height,current,turns,mesh,num):
name='Обмотка %d'%num
mi_addcircprop(name,current,1)
rect(r-width/2,z-height/2,r+width/2,z+height/2)
label(r,z,'Медь обмотки',mesh,10+num,name,turns)
return name
def solve(level,variant,tag=''):
name='model-%s-%02d%s.fem'%(str(variant).replace('.','p'),level+1,tag)
mi_saveas(directory+'/'+name);mi_close();opendocument(directory+'/'+name)
mi_analyze(1);mi_loadsolution();mo_smooth('off')
mo_groupselectblock();energy=real(mo_blockintegral(2));loss=real(mo_blockintegral(4));mo_clearblock()
return {'model':name,'level':level+1,'variant':variant,'nodes':mo_numnodes(),'elements':mo_numelements(),'energy_J':energy,'ohmic_loss_W':loss,'saved_reopened_solved':True}
def finish():mo_close();mi_close()
def loop_field(r,z,turns,current,position):
r*=0.001;dz=(position-z)*0.001
return MU0*turns*current*r*r/(2*(r*r+dz*dz)**1.5)
def bessel(n,z):
term=(z/2)**n
total=term
for k in range(1,100):
term*=-(z*z/4)/(k*(k+n));total+=term
if abs(term)<1e-15*max(1,abs(total)):break
return total
def skin_resistance(radius,sigma,f):
a=radius*.001
if f==0:return 1/(math.pi*a*a*sigma)
delta=math.sqrt(2/(2*math.pi*f*MU0*sigma));k=(1-1j)/delta
return (k*bessel(0,k*a)/(2*math.pi*a*sigma*bessel(1,k*a))).real
def circuit_values(name):
i,v,psi=mo_getcircuitproperties(name)
return complex(i),complex(v),complex(psi)
def magnetic_b(x,y):
mo_smooth('on')
values=mo_getpointvalues(x,y)
mo_smooth('off')
return values[1],values[2]
def asinh(x):return math.log(x+math.sqrt(x*x+1))
def energy_identity(row,circuits,frequency):
power=0;fluxenergy=0
for name in circuits:
i,v,psi=circuit_values(name)
power+=(v*i.conjugate()).real/2
fluxenergy+=(psi*i.conjugate()).real/(4 if frequency else 2)
row['circuit_active_power_W']=power
row['circuit_energy_J']=fluxenergy
if frequency:
error=abs(power-row['ohmic_loss_W'])/max(abs(power),1e-20)
row['power_balance_relative']=error
check('Баланс активной мощности '+row['model'],error,0.015)
else:
error=abs(fluxenergy-row['energy_J'])/max(abs(fluxenergy),1e-20)
row['energy_identity_relative']=error
check('Энергия и потокосцепление '+row['model'],error,0.012/(2**(row['level']-1)))
if MODE in ('wires','wireL','skin','proximity','busbars'):
variants=CONFIG.get('variants',[0])
for variant in variants:
shapes=('solid','tube') if MODE=='busbars' else ('solid',)
for shape in shapes:
for level in range(3):
f=variant if MODE in ('skin','proximity','busbars') else 0
r=CONFIG.get('r',math.sqrt(20));d=CONFIG.get('d',30)
if MODE=='skin':d=200
outer=5000 if MODE=='wireL' else (1000 if MODE=='wires' else max(300,8*d))
start(False,f,outer,level)
if MODE in ('wires','wireL'):
local=150 if MODE=='wires' else 750
circle(0,0,local,4/(2**level))
label(0,local*.7,'Воздух',(5 if MODE=='wires' else 15)/(2**level),3)
sigma=CONFIG.get('sigma',0);material('Медь проводников',1,sigma)
names=[]
for side in (-1,1):
name='Прямой проводник' if side<0 else 'Обратный проводник'
mi_addcircprop(name,-side*CONFIG['I'],1);names.append(name)
rr=6 if MODE=='busbars' and shape=='tube' else r
circle(side*d/2,0,rr,4/(2**level))
if MODE=='busbars' and shape=='tube':
circle(side*d/2,0,4,4/(2**level));label(side*d/2,0,'Воздух',r/3/(2**level),2)
label(side*d/2+5,0,'Медь проводников',r/4/(2**level),10,name,1)
else:label(side*d/2,0,'Медь проводников',r/4/(2**level),10,name,1)
label(0,outer*.6,'Воздух',outer/16/(2**level),1)
row=solve(level,variant,'-'+shape);row['shape']=shape
energy_identity(row,names,f)
if MODE=='wires':
x,y=-d/2,50;bx,by=magnetic_b(x,y);bx=real(bx);by=real(by)
exactx=0;exacty=0
for side in (-1,1):
xx=x-side*d/2;ii=-side*CONFIG['I'];dist2=(xx*.001)**2+(y*.001)**2
exactx-=MU0*ii*(y*.001)/(2*math.pi*dist2);exacty+=MU0*ii*(xx*.001)/(2*math.pi*dist2)
row.update({'Bx_T':bx,'By_T':by,'analytic_Bx_T':exactx,'analytic_By_T':exacty})
error=math.sqrt((bx-exactx)**2+(by-exacty)**2)/math.sqrt(exactx**2+exacty**2)
check('Векторный закон Био — Савара '+row['model'],error,0.035/(2**level))
row['primary']=math.sqrt(bx*bx+by*by)
elif MODE=='wireL':
inductance=2*row['energy_J']/CONFIG['I']**2
exact=MU0/math.pi*(math.log(d/r)+.25)
row.update({'L_H_per_m':inductance,'analytic_L_H_per_m':exact,'primary':inductance})
check('Аналитическая индуктивность линии '+row['model'],abs(inductance/exact-1),0.03/(2**level))
else:
resistance=2*row['ohmic_loss_W']/CONFIG['I']**2
row.update({'loop_R_ohm_per_m':resistance,'skin_only_loop_R_ohm_per_m':2*skin_resistance(r,sigma,f),'primary':resistance})
if MODE=='skin':check('Внутреннее сопротивление по функциям Бесселя '+row['model'],abs(resistance/(2*skin_resistance(r,sigma,f))-1),0.018)
elif MODE=='proximity':check('Потери не ниже двух изолированных проводов '+row['model'],max(0,2*skin_resistance(r,sigma,f)/resistance-1),0.015)
else:
dc=2/(math.pi*20e-6*sigma)
check('AC-сопротивление не ниже DC '+row['model'],max(0,dc/resistance-1),0.01)
records.append(row);finish()
elif MODE in ('helmholtz','maxwell','brooks','solenoid','mutual'):
for variant in CONFIG['variants']:
excitations=(1,2) if MODE=='mutual' else (1,)
for excitation in excitations:
for level in range(3):
outer=2500 if MODE=='solenoid' else 1500
start(True,0,outer,level);material('Медь обмотки')
rect(0,-400,400,400)
label(300,0,'Воздух',8/(2**level),3)
names=[];specs=[]
if MODE=='helmholtz':
R=CONFIG['R'];sep=variant*R
specs=[(R,-sep/2,2,2,CONFIG['I'],CONFIG['N']),(R,sep/2,2,2,CONFIG['I'],CONFIG['N'])]
elif MODE=='maxwell':
R=CONFIG['R'];rr=R*math.sqrt(4/7);zz=R*math.sqrt(3/7)*variant
specs=[(R,0,2,2,CONFIG['I'],CONFIG['N']),(rr,-zz,2,2,CONFIG['I']*49/64,CONFIG['N']),(rr,zz,2,2,CONFIG['I']*49/64,CONFIG['N'])]
elif MODE=='brooks':specs=[(1.5*variant,0,variant,variant,CONFIG['I'],CONFIG['N'])]
elif MODE=='solenoid':specs=[(32.5,0,5,variant,CONFIG['I'],CONFIG['N'])]
else:
specs=[(50,-variant/2,4,4,1 if excitation==1 else 0,CONFIG['N']),(60,variant/2,4,4,1 if excitation==2 else 0,CONFIG['N'])]
mesh=(variant/20 if MODE=='brooks' else 1)/(2**level)
for num,spec in enumerate(specs,1):names.append(coil(*spec,mesh,num))
label(outer*.5,0,'Воздух',outer/18/(2**level))
row=solve(level,variant,'-e%d'%excitation);row['excitation']=excitation
energy_identity(row,names,0)
br,bz=magnetic_b(0,0);bz=real(bz);row['Bz_center_T']=bz
if MODE in ('helmholtz','maxwell'):
exact=sum(loop_field(r,z,n,i,0) for r,z,w,h,i,n in specs)
row['analytic_Bz_center_T']=exact
check('Знак и модуль осевого поля '+row['model'],abs(bz/exact-1),0.025/(2**level))
profile=[]
for frac in (-.3,-.2,-.1,0,.1,.2,.3):
zz=frac*CONFIG['R'];bb=real(magnetic_b(0,zz)[1]);theory=sum(loop_field(r,z,n,i,zz) for r,z,w,h,i,n in specs)
profile.append([zz,bb,theory]);check('Профиль поля z='+str(zz)+' '+row['model'],abs(bb/theory-1),0.035/(2**level))
row['axis_profile_mm_T']=profile;row['uniformity_20percent']=max(abs(p[1]/bz-1) for p in profile if abs(p[0])<=.2*CONFIG['R']);row['primary']=bz
elif MODE=='brooks':
ll=2*row['energy_J']/CONFIG['I']**2;exact=1.6994e-6*1.5*variant*.001*CONFIG['N']**2
row.update({'L_H':ll,'analytic_Grover_L_H':exact,'primary':ll})
check('Формула Брукса — Гровера '+row['model'],abs(ll/exact-1),0.025)
elif MODE=='solenoid':
aa=variant*.001/2;exact=MU0*CONFIG['N']*CONFIG['I']/(2*.005)*(asinh(.035/aa)-asinh(.030/aa))
ll=2*row['energy_J']/CONFIG['I']**2
row.update({'analytic_center_T':exact,'L_H':ll,'primary':bz})
check('Интеграл Био — Савара для конечной обмотки '+row['model'],abs(bz/exact-1),0.012)
else:
one=circuit_values(names[0]);two=circuit_values(names[1])
ll=(one if excitation==1 else two)[2].real;mm=(two if excitation==1 else one)[2].real
row.update({'L_self_H':ll,'M_H':mm,'primary':mm})
records.append(row);finish()
if MODE=='mutual':
for variant in CONFIG['variants']:
a=[r for r in records if r['variant']==variant and r['level']==3 and r['excitation']==1][0]
b=[r for r in records if r['variant']==variant and r['level']==3 and r['excitation']==2][0]
check('Взаимность M12=M21 при зазоре '+str(variant),abs(a['M_H']/b['M_H']-1),0.003)
check('Положительная определённость матрицы L при зазоре '+str(variant),max(0,a['M_H']**2/(a['L_self_H']*b['L_self_H'])-1),1e-8)
elif MODE in ('cylinder','sphere','acshield'):
for variant in CONFIG['variants']:
for level in range(3):
axis=MODE!='cylinder';a=CONFIG['a'];b=CONFIG['b'];mu=CONFIG.get('mu',variant);f=variant if MODE=='acshield' else 0
sigma=CONFIG.get('sigma',0);outer=b*12
start(axis,f,outer,level,CONFIG['B']);material('Материал экрана',mu,sigma)
if axis:
halfcircle(a,3/(2**level));halfcircle(b,3/(2**level))
label((a+b)/2,0,'Материал экрана',(.5 if MODE=='acshield' else (b-a)/8)/(2**level),5)
else:
circle(0,0,a,3/(2**level));circle(0,0,b,3/(2**level));label((a+b)/2,0,'Материал экрана',(b-a)/6/(2**level),5)
label(a/2,0,'Воздух',a/8/(2**level),2)
label(b*3,0,'Воздух',outer/18/(2**level),1)
row=solve(level,variant);bx,by=magnetic_b(0,0);bb=abs(complex(by if axis else bx))
ratio=bb/CONFIG['B'];row.update({'B_inside_T':bb,'attenuation_ratio':ratio,'primary':ratio})
if MODE=='cylinder':shield=((mu+1)**2-(mu-1)**2*(a/b)**2)/(4*mu)
else:shield=((2*mu+1)*(mu+2)-2*(mu-1)**2*(a/b)**3)/(9*mu)
row['analytic_DC_ratio']=1/shield
if f==0:check('Аналитическое экранирование '+row['model'],abs(ratio*shield-1),0.018)
if f>0:
# Независимое интегрирование J^2/(2σ) по центрам элементов экрана.
total=0
for ei in range(1,mo_numelements()+1):
elem=mo_getelement(ei)
if int(elem[6])!=5:continue
x,y,area=elem[3],elem[4],elem[5]
values=mo_getpointvalues(x,y);jj=(complex(values[7])+complex(values[8]))*1e6
volume=area*1e-6*(2*math.pi*x*.001 if axis else 1)
total+=abs(jj)**2/(2*sigma)*volume
row['element_Joule_integral_W']=total
check('Интеграл Джоуля в экране '+row['model'],abs(total/row['ohmic_loss_W']-1),0.04)
records.append(row);finish()
if MODE=='acshield':
last=[r for r in records if r['level']==3]
for i in range(1,len(last)):
check('Частотное усиление экранирования '+str(last[i]['variant']),max(0,last[i]['attenuation_ratio']/last[i-1]['attenuation_ratio']-1),0.01)
elif MODE in ('sensor','pipe','heating'):
for variant in CONFIG['variants']:
for level in range(3):
f=variant if MODE=='heating' else CONFIG['f']
start(True,f,500,level);material('Медь обмотки');material('Проводящая мишень',1,CONFIG['sigma'])
if MODE=='sensor':
name=coil(20,variant+3,4,6,CONFIG['I'],CONFIG['N'],1/(2**level),1)
rect(0,-8,60,0);label(30,-4,'Проводящая мишень',1/(2**level),5)
elif MODE=='heating':
name=coil(40,10,6,8,CONFIG['I'],CONFIG['N'],1/(2**level),1)
rect(0,-5,60,0);label(30,-2.5,'Проводящая мишень',.6/(2**level),5)
else:
name=coil(24,0,4,6,CONFIG['I'],CONFIG['N'],.8/(2**level),1)
polygon([(16,-40),(20,-40),(20,-4),(20-variant,-4),(20-variant,4),(20,4),(20,40),(16,40)])
label(18,-20,'Проводящая мишень',.8/(2**level),5)
label(300,0,'Воздух',30/(2**level))
row=solve(level,variant);energy_identity(row,[name],f)
ii,vv,pp=circuit_values(name);zz=vv/ii
row.update({'impedance_real_ohm':zz.real,'impedance_imag_ohm':zz.imag,'L_apparent_H':zz.imag/(2*math.pi*f),'primary':row['ohmic_loss_W']})
check('Пассивность мишени '+row['model'],max(0,-zz.real),1e-10)
check('Реактивное сопротивление катушки '+row['model'],max(0,-zz.imag),1e-10)
records.append(row);finish()
finest=[r for r in records if r['level']==3]
if MODE=='sensor':
for i in range(1,len(finest)):check('Убывание потерь с зазором '+str(finest[i]['variant']),max(0,finest[i]['ohmic_loss_W']/finest[i-1]['ohmic_loss_W']-1),0.005)
if MODE=='pipe':
difference=abs(finest[1]['impedance_imag_ohm']/finest[0]['impedance_imag_ohm']-1)
check('Утонение даёт разрешимый сигнал',max(0,0.001-difference),0)
records.append({'measurement':'thinning_signal','relative_impedance_change':difference})
# Сходимость по трём сеткам проверяется отдельно для каждого физического режима.
groups={}
for row in records:
if 'level' not in row:continue
key=str(row['variant'])+str(row.get('shape',''))+str(row.get('excitation',''))
if key not in groups:groups[key]=[]
groups[key].append(row)
for key,rows in groups.items():
rows.sort(key=lambda row:row['level'])
value=abs(rows[-1]['primary']/rows[-2]['primary']-1)
check('Сходимость измеряемой величины, режим '+key,value,0.025 if MODE in ('acshield','heating','pipe','sensor','proximity','skin','busbars') else 0.012)
result={'runtime':'FEMM 5; embedded MicroPython','case_id':'pipe-defect-sensor','records':records,'checks':checks,'passed':all(c['passed'] for c in checks),'scope':'Самостоятельная учебная 2D/осесимметричная модель; численные проверки относятся к указанным параметрам.'}
with open(directory+'/result.json','w') as stream:json.dump(result,stream)
print(json.dumps(result))
assert result['passed']
Картина рассчитанного поля
Окна FEMM 5
Снимки интерфейса FEMM показывают геометрию, настройки и работу с результатами в FEMM 5. Откройте изображение, чтобы рассмотреть подписи и значения в полном размере.
Результаты и численные проверки
Сохранено решений FEMM: 6. Выполнено проверок: 21. Полная точность чисел и условия сравнения доступны в таблицах результатов JSON.
| Глубина утонения, мм | Файл модели | Сохранение, открытие и решение | Кажущаяся индуктивность, Гн | Число узлов | Энергия по потокосцеплениям, Дж | Относительная ошибка баланса мощности | Средние джоулевы потери, Вт | Уровень сетки | Активная мощность цепей, Вт | Число элементов | Активная часть импеданса, Ом | Энергия поля, Дж | Реактивная часть импеданса, Ом | Реактивная часть импеданса, Ом | Относительное изменение реактивного сопротивления | Измеряемая характеристика |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | model-0-01.fem | Да | 582,03481 × 10⁻⁶ | 4313 | 145,5087 × 10⁻⁶ | 119,48878 × 10⁻⁶ | 0,41764596 | 1 | 0,41759606 | 8395 | 0,83519213 | 145,38561 × 10⁻⁶ | 3,6570325 | 0,41764596 | — | — |
| 0 | model-0-02.fem | Да | 584,29758 × 10⁻⁶ | 6856 | 146,07439 × 10⁻⁶ | 28,985639 × 10⁻⁶ | 0,41787327 | 2 | 0,41786115 | 13472 | 0,83572231 | 145,96439 × 10⁻⁶ | 3,6712499 | 0,41787327 | — | — |
| 0 | model-0-03.fem | Да | 586,34422 × 10⁻⁶ | 21019 | 146,58606 × 10⁻⁶ | 7,2836786 × 10⁻⁶ | 0,41843294 | 3 | 0,41842989 | 41684 | 0,83685978 | 146,50293 × 10⁻⁶ | 3,6841094 | 0,41843294 | — | — |
| 1 | model-1-01.fem | Да | 601,84983 × 10⁻⁶ | 4390 | 150,46246 × 10⁻⁶ | 110,31594 × 10⁻⁶ | 0,38200021 | 1 | 0,38195808 | 8555 | 0,76391615 | 150,37581 × 10⁻⁶ | 3,781534 | 0,38200021 | — | — |
| 1 | model-1-02.fem | Да | 605,03438 × 10⁻⁶ | 6794 | 151,25859 × 10⁻⁶ | 26,60487 × 10⁻⁶ | 0,38183965 | 2 | 0,38182949 | 13349 | 0,76365898 | 151,17865 × 10⁻⁶ | 3,8015431 | 0,38183965 | — | — |
| 1 | model-1-03.fem | Да | 607,09722 × 10⁻⁶ | 20734 | 151,7743 × 10⁻⁶ | 6,8043089 × 10⁻⁶ | 0,38253965 | 3 | 0,38253705 | 41110 | 0,7650741 | 151,70967 × 10⁻⁶ | 3,8145043 | 0,38253965 | — | — |
| — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | 0,035393878 | thinning_signal |
| Критерий | Получено | Допуск или ожидаемое значение | Итог |
|---|---|---|---|
| Баланс активной мощности model-0-01.fem | 119,5 × 10⁻⁶ | 0,015 | Выполнен |
| Пассивность мишени model-0-01.fem | 0 | 1e-10 | Выполнен |
| Реактивное сопротивление катушки model-0-01.fem | 0 | 1e-10 | Выполнен |
| Баланс активной мощности model-0-02.fem | 28,99 × 10⁻⁶ | 0,015 | Выполнен |
| Пассивность мишени model-0-02.fem | 0 | 1e-10 | Выполнен |
| Реактивное сопротивление катушки model-0-02.fem | 0 | 1e-10 | Выполнен |
| Баланс активной мощности model-0-03.fem | 7,284 × 10⁻⁶ | 0,015 | Выполнен |
| Пассивность мишени model-0-03.fem | 0 | 1e-10 | Выполнен |
| Реактивное сопротивление катушки model-0-03.fem | 0 | 1e-10 | Выполнен |
| Баланс активной мощности model-1-01.fem | 110,3 × 10⁻⁶ | 0,015 | Выполнен |
| Пассивность мишени model-1-01.fem | 0 | 1e-10 | Выполнен |
| Реактивное сопротивление катушки model-1-01.fem | 0 | 1e-10 | Выполнен |
| Баланс активной мощности model-1-02.fem | 26,6 × 10⁻⁶ | 0,015 | Выполнен |
| Пассивность мишени model-1-02.fem | 0 | 1e-10 | Выполнен |
| Реактивное сопротивление катушки model-1-02.fem | 0 | 1e-10 | Выполнен |
| Баланс активной мощности model-1-03.fem | 6,804 × 10⁻⁶ | 0,015 | Выполнен |
| Пассивность мишени model-1-03.fem | 0 | 1e-10 | Выполнен |
| Реактивное сопротивление катушки model-1-03.fem | 0 | 1e-10 | Выполнен |
| Утонение даёт разрешимый сигнал | 0 | 0 | Выполнен |
| Сходимость измеряемой величины, режим 1 | 0,001833 | 0,025 | Выполнен |
| Сходимость измеряемой величины, режим 0 | 0,001339 | 0,025 | Выполнен |
Допуски относятся к указанной учебной задаче и способу сравнения. Число показанных цифр не означает такой же физической точности.
Модели, решения и программа
Для нового расчёта сохраните программу, модели и необходимые данные в одну рабочую папку, сохраняя структуру подпапок.
- Файл результатов: README.md7199 байт
- Магнитное решение: model-0-01.ans589142 байт
- Магнитная модель: model-0-01.fem2404 байт
- Магнитное решение: model-0-02.ans944729 байт
- Магнитная модель: model-0-02.fem2404 байт
- Магнитное решение: model-0-03.ans3024422 байт
- Магнитная модель: model-0-03.fem2405 байт
- Магнитное решение: model-1-01.ans599629 байт
- Магнитная модель: model-1-01.fem2457 байт
- Магнитное решение: model-1-02.ans936555 байт
- Магнитная модель: model-1-02.fem2457 байт
- Магнитное решение: model-1-03.ans2982118 байт
- Магнитная модель: model-1-03.fem2458 байт
- Программа встроенного Python: reproduce.py18898 байт
Границы применимости
- Дефект представляет полное кольцевое утонение. Локальные трещины, ферромагнетизм трубы, движение датчика и измерительная электроника не моделируются.
- Полевые модели и программа являются самостоятельными учебными материалами курса. Численная проверка охватывает указанные критерии; физических измерений и нативных снимков интерфейса в этом проходе нет.