Физическое моделирование магнитных экранов, Расчет. Выбор конструкции и другие вопросы проектирования
Расчет магнитного поля при наличии в пространстве ферромагнитных масс чаще всего представляет аналитически неразрешимую математическую задачу. В настоящее время расчеты в этом случае ведутся численными методами, в основе которых лежит метод конечных элементов, который реализуется в широком круге профессиональных комплексов моделирования физических процессов, таких как Elcut, Ansys, Cosmos [6].
Проиллюстрируем возможности программного комплекса ELCUT несколькими простейшими примерами.
Два параллельных ферромагнитных стержня в магнитном поле Земли.
Если в пространстве расположены два параллельных стержня на некотором расстоянии друг от друга, то между стержнями образуется магнитопатогенная зона (уровень поля земли ослаблен ниже ПДУ).
В данном примере расстояние между стержнями выбрано из соображений ослабления величины поля в 2 раза от нормального значения в соответствии с графиком на рисунке 2. Для географического расположения Ижевска нормальное значение магнитного поля Земли составляет – 43.5 А/м, что соответствует ПДУ для жилищных помещений – 29 А/м, для производственных – 21.5 А/м.
|
|
Рис.4. Искажение поля Земли двумя ферромагнитными стержнями (правый рисунок показывает функцию поля в пространстве для стержней с магнитной проницаемостью 250.) |
|
Разрыв кривой на рис. 4 обусловлен расположением в местах прерывания исследуемой зависимости ферромагнитных стрежней. Отметим, что в зоне максимального ослабления величина поля снижается до 10 раз относительно ПДУ.
Замкнутый прямоугольный экран в магнитном поле Земли (рис 5).
Рис.5. Распределение напряженности магнитного поля Земли внутри экрана
Приведенные выше примеры лишь иллюстрируют возможность использования программного продукта ELCUT для расчета магнитопатогенных зон в проектируемых строительных сооружениях. Сформулируем задачи в данном направлении:
Провести анализ металлических каркасов (арматуры) наиболее проблемных по искажению магнитного поля Земли сооружений.
Собрать и систематизировать данные по магнитным характеристикам арматурной стали.
Разработать расчетные модели для численного моделирования.
Провести численные эксперименты и разработать рекомендаций по восстановлению магнитопатогенных зон путем внесения изменений в проектную документацию.
Литература:
Бочкарев Н.Г. Магнитное поле в космосе – М.: Наука,1985. – 208 с.
Рябов, Ю. Г., Ломаев, Г. В., Середа, А. Ф., Васильев, М. Ю.. Бочков, Ю. И. Совместимость технических средств и человека по фактору гипогеомагнитного поля и проблемы разработки магнитометра для измерений по ГОСТ Р 51724-2001 [Текст] / Ю.Г. Рябов и др. // Технологии ЭМС. – 2003. – вып. 2 (50).
Lomaev G.V., Ryabov Yu.G., Kuleshova D.S., Kamalova Yu.B. Local pathogenig geomagnetic zones in urbanized environment: report theses 10-th European Conference on Non-Destructive Testing, s. Moskow, 7-11 June 2010. – P. 210-212.
СанПиН 2.1.8/2.2.4.2489-09 «Гипогеомагнитные поля в производственных, жилых и общественных зданиях и сооружениях» : офиц. текст. – М. : Минздрав России, 2003.
ГОСТ Р 51724-2001 «Экранированные объекты, помещения, технические средства. Поле гипогеомагнитное. Методы измерений и оценки соответствия уровней полей техническим требованиям и гигиеническим нормативам» : офиц. текст. – М. : Гостандарт России, 2002.
Kuczmann M., Ivanyi A. The finite element method in magnetic. – Budapest.: Akademiai Kiado, 2008. – 308 p.
Ижевск, 27.11.2010