Caractérisation de matériaux

Introduction

Ce chapitre traite de l'identification des paramètres physiques ou mathématiques requis pour la création d'un matériau avec les propriétés B(H) suivantes dans Flux :

Aimant non-linéaire décrit par Hc et le module de Br;
Saturation isotrope analytique + contrôle du coude (arctg, 3 coef.);
Hystérétique isotrope, modèle de Jiles-Atherton;
Hystérétique isotrope, modèle de Preisach décrit par 4 paramètres d’un cycle typique et
Hystérétique isotrope, modèle de Preisach identifié par N triplets

Ce chapitre traite également des modèles de pertes fer a posteriori :

modèle LS et
modèle de Bertotti modifié.

Pour aider l'utilisateur dans cette tâche précédant la création d'un matériau, Flux fournit un outil d'identification de matériaux basé sur l'environnement Altair Compose. Ce document décrit la procédure de lancement de cet outil et le déroulement général requis pour identifier des coefficients à partir d'un ensemble de mesures effectuées sur un matériau ferromagnétique pour tous les modèles évoqués ci-dessus. Les sujets suivants sont abordés :

Comment lancer l'outil de Caractérisation de matériaux
Utilisation de l'outil de Caractérisation de matériaux
Spécificités des modèles de caractérisation

Veuillez noter que cet outil de Caractérisation de matériaux est - pour le moment - disponible uniquement sur des machines Windows.

Comment lancer l'outil de Caractérisation de matériaux

Dans le superviseur de Flux, en bas à gauche de la fenêtre, le bouton Caractérisation de matériaux permet de lancer l'outil dédié à l'identification des paramètres d'un modèle de matériau magnétique (propriété B(H) ou modèle de pertes fer a posteriori).

Il est important de remarquer que l'outil de Caractérisation de matériaux requiert le logiciel Altair Compose^TM pour être exécuté. Par conséquent, il est impératif d'installer Altair Flux^TM et Altair Compose^TM afin de profiter pleinement de cet outil. Les deux logiciels sont disponibles ici : Altair One

La procédure suivante est nécessaire pour s'assurer que Flux et Compose sont correctement liés :

Cliquer sur le bouton Options du superviseur puis sélectionner Logiciels couplés sous Chemin d'accès.
Définir le chemin du script d'environnement Compose sur le fichier Compose.bat dans le dossier d'installation de Compose. Le chemin d'accès à ce fichier doit être similaire à Compose_Installation_Folder\Compose\ dans le cas d'une installation standard.

Une fois les applications liées, l'action de cliquer sur le bouton Caractérisation de matériaux devrait lancer à la fois Compose et l'outil d'identification dans l'environnement d'Altair Compose, comme indiqué ci-dessous dans la Figure 1. Le panneau principal de l'outil de Caractérisation de matériaux de Flux invitera ensuite l'utilisateur à choisir le type d'identification de propriété magnétique B(H) ou du modèle de pertes fer qu'il souhaite effectuer.

Figure 1. Panneau de l'outil de Caractérisation de matériaux.

Utilisation de l'outil de caractérisation de matériaux

Pour la plupart des modèles disponibles dans l'outil de Caractérisation de matériaux, l'identification se fait en trois étapes. Les étapes sont décrites ci-dessous :

Étape 1 : Après avoir choisi une propriété magnétique B(H) ou un modèle de pertes fer, l'outil de Caractérisation de matériaux demandera à l'utilisateur un fichier contenant des mesures magnétiques représentant le comportement du matériau soumis à l'identification. Les données d'entrée requises par l'outil de Caractérisation de matériaux sont fournies par un fichier .csv ou .xlsx contenant des mesures magnétiques. Le contenu et le format du fichier dépendent du type de modèle à identifier, comme détaillé dans la section suivante.
Étape 2 : Une fois le fichier correctement chargé, l'algorithme d'identification se lance automatiquement et trouve le meilleur ensemble de paramètres correspondant au modèle sélectionné. Les résultats sont affichés automatiquement dans la fenêtre graphique, comme indiqué dans la Figure 2. Les courbes rouges représentent le comportement reconstruit fourni par le modèle identifié, tandis que les courbes bleues correspondent au fichier de mesure. Selon le modèle, l'utilisateur peut envisager d'ajuster les paramètres avec les curseurs sur le côté gauche du panneau.

Figure 2. Courbes B(H) affichées à l'aide du modèle de saturation analytique + contrôle du coude (arctg, 3 coef). En rouge, la propriété B(H) avec les paramètres identifiés apparaissant sur le côté gauche du panneau. Les mesures de la propriété B(H) sont indiquées en bleu.
Étape 3 : Une autre fonctionnalité de ce panneau est la possibilité d'exporter la commande pyFlux contenant les paramètres de modèle identifiés du matériau. Cet export est réalisé en cliquant sur le bouton Save pyFlux. La commande pyFlux sera directement affichée dans la console Compose et pourra être copiée et collée dans la console Flux, conduisant à une création automatique du matériau dans un projet Flux. Cette action créée également un fichier python contenant la commande pyFlux dans le même répertoire où se trouvent les mesures. À l'aide de ce fichier, le matériau peut être alternativement créé dans un projet Flux en cliquant sur : Projet > Fichier de commandes > Exécuter un fichier python.

Spécificités pour les modèles de caractérisation

Dans la section précédente, un workflow pour l'utilisation de l'outil Caractérisation de matériaux a été présenté. Cependant, comme les propriétés B(H) et les modèles de pertes fer traités par l'outil sont tous différents, des remarques spécifiques s'appliquent à chacun des cas d'identification.

Pour le modèle d'Aimant non-linéaire décrit par Hc et le module de Br, le fichier d'entrée doit contenir la courbe B(H) de l'aimant (2e et 3e quadrants) et être fourni au format .csv ou .xlsx. Deux colonnes sont requises dans le fichier : la première pour le champ magnétique H en ampères par mètre et la seconde pour la densité de flux magnétique B en teslas. Un exemple de fichier d'entrée est disponible ici.

Dans le cas du modèle de Saturation analytique isotrope + ajustement du coude (arctg, 3 coef), le fichier d'entrée contenant la courbe B(H) a le même format que le fichier décrit dans le paragraphe précédent, mais doit représenter à la place la courbe anhystérétique ou la courbe de première aimantation du matériau. Un exemple de fichier d'entrée est disponible ici.

Pour les propriétés hystérétiques B(H) Hystérétique isotrope, modèle de Jiles-Atherton, Hystérétique isotrope, modèle de Preisach décrit par 4 paramètres d’un cycle typique et Hystérétique isotrope, modèle de Preisach identifié par N triplets, le fichier requis doit décrire une boucle d'hystérésis B(H) complète. Les formats du fichier .csv ou .xlsx restent similaires aux autres mentionnés ci-dessus. Un exemple de fichier est fourni ici.

Dans le cas du modèle LS, l'outil d'identification des matériaux lancera un outil dédié appelé MILS, avec son workflow d'identification spécifique. Pour effectuer une identification de modèle LS avec MILS, veuillez vous référer à ce chapitre de documentation.

Dans le cas du modèle de Bertotti modifié, les données d'entrée requises par l'outil d'identification consistent en un ensemble de fichiers au format .csv ou .xlsx reliant l'induction magnétique crête (en teslas) dans le matériau aux pertes dans le fer (en W/kg). Le fichier d'entrée contient également des informations supplémentaires telles que la fréquence f (en Hz), la densité du matériau ρ (en kg/m³), la conductivité électrique σ (en S/m) et l'épaisseur de la tôle d (en m). Un exemple de fichier d'entrée est fourni ici. Le but de cet outil d'identification est de trouver les coefficients (k₁, k₂, k₃) qui correspondent au mieux aux données d'entrée. Pour une approche multifréquence, l'utilisateur peut sélectionner plusieurs fichiers correspondant à différentes valeurs de fréquence à l'étape 1 de l'identification.

Note: L'ancien outil d'identification des modèles Bertotti modifiés et sa documentation dédiée sont toujours disponibles. Pour plus d'informations sur cet outil, consultez cette page.