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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag August 15, 2019

Novel and efficient simulation approach for effective permeabilities of randomly ordered two-phase compounds

Neuer und effizienter Simulationsansatz für effektive Permeabilitäten von zufällig geordneten und zweiphasigen Materialmischungen
Daniel Wöckinger, Wolfgang Amrhein, Stefan Schuster and Johann Reisinger
From the journal tm - Technisches Messen

Abstract

This paper introduces a novel simulation approach for the magnetic properties of two-phase randomly ordered compounds. In industry, materials such as ferrous powder mixtures or metallic granulates are very often used as raw materials. Hence, their material characteristics are of utmost interest for material manufacturers in order to guarantee high quality standards. Typically, many parameters such as composition, inclusion shape, and the characteristics of the constituents affect the macroscopic physical behavior of such materials. In particular, the resulting permeability of multi-phase and randomly ordered materials exhibits a strong variation despite constant compounds. For the design and optimization of measurement setups, efficient simulators are necessary to estimate the effective permeability and its fluctuation range of a huge number of arrangements. In addition to the basic concept of the novel simulation method, this article presents some possible evaluations of the simulated results and their dependencies on the properties of the constituents. In the last century, a large number of different mixing formulas have been established in literature, which are summarized and compared to the simulation results. Finally, the simulated magnetic characteristics are evaluated with finite element simulation of a comparable particle arrangement.

Zusammenfassung

Dieser Artikel stellt einen neuartigen Simulationsansatz zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften von zweiphasigen und zufällig angeordneten Pulvermischungen vor. In der Industrie werden häufig eisenhaltige Pulvermischungen oder metallische Granulate als Grundmaterial für Herstellungsprozesse eingesetzt. Ihre Eigenschaften sind daher für den Materialhersteller von großem Interesse, um schließlich einen hohen Qualitätsstandard gewährleisten zu können. Typischerweise beeinflussen viele Parameter wie Zusammensetzung, Einschlussform und auch die Eigenschaften der Ausgangsstoffe selbst das makroskopische Verhalten derartiger Materialien. Insbesondere die resultierende Permeabilität von mehrphasigen und zufällig geordneten Materialien zeigt trotz konstanter Zusammensetzung eine starke Variation, welche auf die Partikelanordnung zurückgeführt werden kann. Für die Auslegung und Optimierung von Messaufbauten sind aus diesem Grund effiziente Simulatoren notwendig, um die effektive Permeabilität und ihren Schwankungsbereich abschätzen zu können. Zusätzlich zum Grundkonzept der neuen Simulationsmethode stellt dieser Artikel einige mögliche Auswertungen der simulierten Ergebnisse und deren Abhängigkeiten von den gewählten Simulationsparametern vor. Im letzten Jahrhundert haben sich für diesen Zweck in der Literatur viele verschiedene Mischformeln etabliert, die von den Autoren zusammengefasst und schlussendlich mit den Simulationsergebnissen verglichen werden. Am Ende wurden die simulierten magnetischen Eigenschaften mit jenen einer Finite-Elemente-Simulation verglichen.

Funding statement: This work has been supported by the COMET-K2 Center of the Linz Center of Mechatronics (LCM) funded by the Austrian federal government and the federal state of Upper Austria.

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Received: 2019-03-21
Accepted: 2019-06-23
Published Online: 2019-08-15
Published in Print: 2019-10-25

© 2019 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston