材料の同定

Fluxは、Altair Compose環境に基づく統合型のMaterial Identificationツールを提供しており、Fluxでの材料の作成に必要な係数の同定を実行できるようになっています。

概要

本章では、Fluxで以下のタイプのB(H)磁気特性を持つ材料の作成に必要とされる物理または数学的パラメータの同定について説明します：

Non-linear magnet described by Hc and Br module
Isotropic analytic saturation + knee adjustment (arctg, 3 coef)
Isotropic hysteretic, Jiles-Atherton model
Isotropic hysteretic, Preisach model described by 4 parameters of a typical cycle
Isotropic hysteretic, Preisach model identified by N triplets

本章では、次の帰納的な鉄損モデルの同定についても取り上げます：

LSモデルおよび
修正Bertottiモデル。

材料の作成に先立つこれらのタスクでユーザーを支援するために、FluxはAltair Compose環境に基づく統合型のMaterial Identificationツールを提供しています。このドキュメントでは、このツールを起動する手順と、これまでのすべてのケースで強磁性試料に対して実行された一連の実験的な磁気測定値を処理するために必要な一般的なワークフローについて説明します。次のトピックについて説明します：

Material Identificationツールの実行方法。
Material Identificationツールの使用。
同定モデルの特異性。

現時点では、このMaterial IdentificationモジュールはWindowsマシンでのみ使用可能であることに注意してください。

Material Identificationツールの実行方法

Flux Supervisorでは、ウィンドウの左下部分にあるMaterial Identificationボタンを使用して、磁気材料モデルのパラメータ同定専用で提供されたツールを起動できます（B(H)特性と帰納的な鉄損モデルのいずれかのケース）。

Material Identificationモジュールでは、Altair Compose^TM環境を実行する必要があります。したがってユーザーは、このツールを使用して材料の同定を実行するために、Altair Flux^TMとAltair Compose^TMの両方を自身のコンピューターにインストールする必要があります。どちらのプログラムもAltair Oneでダウンロードできます。

FluxとComposeが正しくリンクするには、次の手順を実行する必要があります：

SupervisorのOptionsボタンをクリックし、Access pathsの下のCoupled softwareを選択します。
次に、Compose environment scriptのパスを、Composeインストールフォルダー内のCompose.batに設定します。このファイルのパスは、標準インストールの場合のCompose_Installation_Folder\Compose\と似ています。

これらのアプリケーションのリンク後、Material Identificationボタンをクリックすると、下の図 1に示すように、Altair Compose独自の環境でComposeと同定ツールの両方が起動します。Flux Material Identificationメインパネルでは、どの種類のB(H)磁気特性または鉄損モデルの同定を実行するのか選択するように求められます。

図 1. 正常起動後のFlux Material Identificationパネル。

Material Identificationツールの使用

Flux Material Identificationツールのほとんどの材料モデルの同定は、次の3ステップの手順で構成されます。一般的なワークフローは次のとおりです：

ステップ1：特定タイプのB(H)磁気特性または鉄損モデルを選択した後、Flux Material Identificationツールでは、同定の対象となる材料の挙動を表す磁気測定値を含むファイルが求められます。Flux Material Identificationツールで必要となる入力データは、磁気測定値を含む.csvまたは.xlsxファイルで提供されます。ファイルの内容とフォーマットは、次の項で説明するように、同定対象のモデルの種類によって異なります。
ステップ2：ファイルが正しく読み込まれたら、同定アルゴリズムが自動的に起動し、選択したモデルにフィットする最適なモデルパラメータセットが検出されます。下の図 2に示すように、結果はグラフウィンドウに自動的に表示されます。赤いラインは、同定されたモデルによって提供された再構築後の挙動を表し、青いラインはソースの測定ファイルに対応します。モデルによっては、パネルの左側のスライダーでパラメータを繰り返し調整することもできます。

図 2. 等方性解析飽和および屈曲調整（逆正接、3係数）モデルを使用して表示されるB(H)曲線。赤色は、パネルの左側に表示されている同定パラメータによって調整されたB(H)。ソースのB(H)測定値は青色で示されています。
ステップ3：このパネルのもう1つの機能は、同定対象の材料の同定後のモデルパラメータを含むPyFluxコマンドをエクスポートできることです。このエクスポートを行うには、Save pyFluxボタンをクリックします。PyFluxコマンドはComposeコンソールに直接出力され、Fluxのコンソールにコピーして貼り付けることができます。これにより、Fluxプロジェクトで材料が自動作成されます。このアクションにより、測定値の配置場所と同じディレクトリに、PyFluxコマンドを含むpythonファイルも作成されます。このファイルを使用すると、次の順にクリックすることで、Fluxプロジェクトで材料を代わりに作成することもできます：Project > Command file > Run a python file

同定モデルの特異性

前の項では、Material Identificationツールを利用するための一般的なワークフローを説明しました。しかし、このツールが取り扱うB(H)特性や鉄損モデルはすべて異なっているため、同定ケースごとに特定の注意を払うことになります。

Non-linear magnet described by Hc and Br moduleモデルでは、入力ファイルには磁力のB(H)曲線（第2象限と第3象限）が含まれ、しかも.csvまたは.xlsxフォーマットで提供される必要があります。ファイルには次の2つの列が必要です： 1つ目は磁界H（A/m）の列、2つ目は磁束密度B（テスラ単位）の列です。入力ファイルの例については、こちらをご覧ください。

Isotropic analytic saturation + knee adjustment (arctg, 3 coef)モデルの場合、B(H)データを含む入力ファイルは前のパラグラフに示したのと同じファイルフォーマットですが、こちらは材料のアンヒステリシス曲線または最初の磁化曲線を表しています。入力ファイルの例については、こちらをご覧ください。

ヒステリシスのB(H)特性であるIsotropic hysteretic, Jiles-Atherton model、Isotropic hysteretic, Preisach model described by 4 parameters of a typical cycle、Isotropic hysteretic, Preisach model identified by N tripletsの場合、必須ファイルでは完全なB(H)ヒステリシスループを記述する必要があります。.csvまたは.xlsxファイルのフォーマットは、前述の他のモデルのフォーマットとよく似ています。ファイルの例については、こちらをご覧ください。

LSモデルの場合、Material IdentificationツールはMILSと呼ばれる専用のツールを起動します。このツールは特定の同化ワークフローを伴います。MILSによるLSモデルの同化を実行するには、本書のこの章をご参照ください。

修正Bertottiモデルの場合、同定ツールで必要とされる入力データは、.csvまたは.xlsxフォーマットの一連のファイルで構成され、これらは材料内のピーク磁束密度（テスラ単位）と特定の鉄損（W/kg）を関連付けています。この入力ファイルには、周波数f（Hz）、材料の密度ρ（kg/m³）、導電率σ（S/m）、積層厚d（m）などの追加情報も含まれています。入力ファイルの例については、こちらをご覧ください。この同定ツールの目的は、入力データに最も適した係数（k₁、k₂、k₃）を求めることです。複数周波数のアプローチでは、同定のステップ1でさまざまな周波数の値に対応する複数のファイルを選択できます。

注: 従来の修正Bertottiモデル同定ツールとその専用ドキュメントもまだ使用可能です。このツールの追加情報については、このページをご参照ください。