Simulation von Fehlersignalen bei magnetischer Streuflussmessung

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Sehr gute qualitative Übereinstimmung der Signale

Zum Aufbau des 3D Modells wurde zunächst die 2D Geometrie in z-Richtung extrudiert und durch die fehlenden geneigten Spulenwindungen am Rande des Jochs ergänzt. Da auch hier der Skin-Effekt des Magnetfeldes gut abgebildet sein muss, ist ein entsprechend feinmaschiges Netz an den Grenzflächen erforderlich, was allerdings bei der notwendigen Auflösung zu etwa 20 Mio. Freiheitsgraden und entsprechend langen Rechenzeiten geführt hätte.

Zur Reduzierung der Freiheitsgrade standen mehrere Möglichkeiten zur Verfügung. Durch Ausnutzung von Symmetrien (Reduzierung auf Viertelmodell) und angepasste Netzauflösungen wurde das Modell zunächst auf 4,7 Mio Freiheitsgrade reduziert (siehe Bild 5). Diese Modellgröße konnte mit vertretbarem Aufwand berechnet werden, hatte aber den entscheidenden Nachteil, dass nur symmetrische Kerben untersucht werden konnten. Insofern wurde ein zweiter Ansatz bei der Modellierung verfolgt, bei dem der Skin-Effekt mit der sogenannten Impendanzrandbedingung beschrieben wurde.

In diesem Fall muss das Volumen des elektrischen Leiters nicht mitmodelliert werden - eine Näherung, die angewendet werden kann, wenn die Stahldicke mehr als die vierfache der Skin-Tiefe beträgt. Im vorliegenden Anwendungsfall lag dieser Faktor bei etwa 21, so dass die Methode eingesetzt werden konnte. Dadurch musste das der Prüfung unterzogene Objekt selbst nur an der Oberfläche vernetzt werden und das Modell konnte auf 1,7 Mio Freiheitsgrade reduziert werden. Das Modell enthielt nun die komplette 3D Geometrie und es konnten beliebige Kerben definiert werden (siehe Bild 6).

Zur Validierung des Modells wurden die Simulationsdaten mit Messungen verglichen, bei denen der Prüfling verschiedene Kerben mit unterschiedlicher Tiefe aufwies. Es zeigte sich eine sehr gute qualitative Übereinstimmung der Signale (Bild 7).(Zusammenfassung und Ausblick)

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