Bestimmung ferromagnetischer Hysteresen jenseits normierter Messverfahren

Abstract

The objective of this work was to determine ferromagnetic hysteresis beyond conventio nal and standardized measurement methods by combining theoretical modeling with experimental analysis. For this purpose, a yoke-type sensor in surface-mounted confi guration was applied to materials of high relevance for nuclear applications. Based on electrical measurements, the properties of the magnetic circuit were derived and used to reconstruct the hysteresis curves experimentally. Onthetheoretical side, a physical model was developed that combines the Jiles-Atherton (JA) model with an FEM-based surrogate model to digitally replicate the experimental setup. This model was further extended by a differential evolution algorithm to optimize the JA-model parameters using real measurement data, such that the simulated signals closely match the experimental results. Afurther focus was placed on the systematic analysis of different variants of the JA model with respect to their derivation and structural inconsistencies. Based on this analysis, a consistent reference model was formulated. Finally, a harmonization of the model variants was carried out by parameter substitution, adjusting the model parameters in such a way that all variants yield identical B(H) curves.

Ziel dieser Arbeit war die Bestimmung ferromagnetischer Hysteresen jenseits konventioneller und standardisierter Messverfahren durch die Verknüpfung theoretischer Modellierung mit experimenteller Analyse. Hierzu wurde ein Sensorjoch in Aufsatztechnik anWerkstoffen mit hoher Relevanz für kerntechnische Anwendungen appliziert. Aus elektrischen Messgrößen wurden die Eigenschaften des magnetischen Kreises abgeleitet und zur experimentellen Rekonstruktion der Hysteresekurven herangezogen. Theoretisch wurde ein physikalisches Modell entwickelt, das das Jiles-Atherton (JA) Modell mit einem FEM-basierten Surrogatmodell kombiniert, um eine digitale Abbildung des experimentellen Aufbaus zu realisieren. Ergänzt wurde dieses Modell durch einen Differential-Evolution-Algorithmus, mit dem die JA-Parameter unter Einbeziehung realer Messdaten so optimiert wurden, dass experimentelle und simulierte Signalverläufe bestmöglich übereinstimmen. Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der systematischen Analyse verschiedener Varianten des JA-Modells hinsichtlich ihrer Herleitung und struktureller Inkonsistenzen. Auf dieser Grundlage wurde ein konsistentes Referenzmodell abgeleitet. Abschließend erfolgte eine Harmonisierung der Modellvarianten durch Parametersubstitution, wobei die Modellparameter so angepasst wurden, dass alle Varianten identische B(H)-Verläufe erzeugen.