شماره ركورد
24812
شماره راهنما
PHY3 166
عنوان
طراحي و ساخت جايگاه آزمايشگاهي براي ارزيابي فرايند ديپرمينگ مدلسازي شده
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
فيزيك - فيزيك ماده چگال
دانشكده
علوم
تاريخ دفاع
1404/03/26
صفحه شمار
75 ص.
استاد راهنما
مرتضي مظفري
كليدواژه فارسي
امضاي مغناطيسي , ديپرمينگ , مغناطيس زدايي , مغناطش هميشگي , مغناطش القايي , شبيه ساز ميدان مغناطيسي زمين
چكيده فارسي
كاهش امضاي مغناطيسي پيرامون شناورهاي دريايي نه تنها به كاهش حساسيت آنها نسبت به مينهاي دريايي، بلكه در مورد زيردرياييها، به كاهش احتمال افشاي آن با سامانههاي دريايي و/يا هواپيماهاي گشتي نيز ميانجامد.چهار سرچشمه اصلي ميدان مغناطيسي شناور در فركانسهاي كمتر از 3 هرتز بخشهاي فرومغناطيس شناور، جريانهاي گردابي برآمده از مواد رساناي الكتريكي روي شناور به هنگام چرخش در ميدان مغناطيسي زمين، جريانهاي الكتريكي وارد شده به بدنه رساناي شناور و آبهاي پيرامون آن برآمده از فرايندهاي خوردگي، الكتروشيميايي طبيعي يا سيستمهاي حفاظت كاتدي و جريانهايي كه در موتورهاي الكتريكي ، كابلهاي پخش و ... كه در شناور جريان دارند، است. مهمترين سرچشمه ميدان مغناطيسي شناور، بخشهاي فولاد فرومغناطيس است كه در ساخت بدنه و ساختار دروني به كار گرفته ميشود. سرچشمه فرومغناطيس را ميتوان به دو بخش مغناطش القايي و هميشگي دسته بندي كرد. امضاي مغناطيسي شناور ناشي از آشفتگي ميدان مغناطيسي يكنواخت زمين توسط فولاد به كار برده شده است. اين ناهنجاري مغناطيسي با حسگرهاي مغناطيسي مينهاي دريايي و/يا حسگرهاي مغناطيسي هواپايه روي هواپيماها و بالگردها شناسايي شدني است. زدودن مغناطش هميشگي شناورها را ديپرمينگ نامند. مغناطش هميشگي بيشتر ناشي از تنشهاي مكانيكي در ساخت و ساز شناور است. سه روش ديپرمينگ شناورها Closed wrap، Overrun و Drive-in است. در روش نخست سيمپيچهايي به دور شناور پيچيده ميشود و با كمك يك ميدان الكتريكي با دامنه كاهشي، بدنه شناور مغناطيسزدايي ميشود. در روش دوم شناور وارد يك سازه قفس مانند شامل پيچههاي هلمهولتز، سيملوله و آرايهاي از سنسورهاي مغناطيسي در بستر دريا ميشود. وظيفه اصلي پيچههاي هلمهولتز زدودن ميدان مغناطيسي زمين و در نتيجه مغناطش القايي شناور است پس سنسورهاي مغناطيسي مغناطش هميشگي موجود در شناور پيش از فرايند ديپرمينگ را اندازهگيري كرده و با كمك سيملوله فرايند ديپرمينگ انجام ميشود. در روش سوم پيچههاي هلمهولتز و سيملوله براي اجراي فرايند ديپرمينگ همگي در بستر دريا و زير شناور قرار گرفتهاند. در اين روش شناور از روي سيمپيچها گذشته و بر خلاف دو روش پيشين به گونه بخش بخش مغناطيسزدايي ميشود.
در اين پژوهش يك جايگاه آزمايشگاهي براي ارزيابي فرايند ديپرمينگ طراحي و ساخته شد. اين جايگاه همانند روش Drive-in تشكيل شده از پيچههاي هلمهولتز، سيملوله و آرايهاي خطي از سنسورهاي مغناطيسي است. براي كاهش هزينه جايگاه آزمايشگاهي در راستاي شمالي جنوبي قرار ميگيرد پس ميدان مغناطيسي در راستاي عرضي زدوده ميشود در اين صورت تنها پيچههاي هلمهولتز در راستاي عمودي(z) و طولي(x) تعبيه شدند. همچنين براي ارزيابي فرايند ديپرمينگ از دو نمونه استوانه توخالي و صفحه با ابعاد مشخص از جنس فولاد ST37 ساخته شد. فولاد ST37، فولادي كم كربن با استحكام بالا است كه در صنايع دريايي و ساختماني كاربرد فراواني دارد. همچنين بدنه نرم زيردرياييها معمولا از كلاس اين گونه فولاد است. براي ارزيابي فرايند ديپرمينگ با استخراج ويژگيهاي مغناطيسي فولاد مورد نظر از روش Deperm-ME كه روشي موثرتر است بهره گرفته شد. همچنين به كمك مدل پريساچ و و J-A فرايند ديپرمينگ ارزيابي و مدل سازي شد. همچنين در اين
پژوهش براي بررسي اثر تنش بر بدنه شناور، اثر فشار هيدروستاتيك دروني بر امضاي مغناطيسي يك نمونه مدل زيرسطحي پيش و پس از فرايند وامغناطش بررسي شد. با كاربست فشار از صفر تا 60 بار به كمك حسگرهاي مغناطيسي جايگذاري شده در فاصله ويژه زير بدنه مدل، تغييرات امضاهاي مغناطيسي آن ثبت شد. با افزايش فشار از 0 تا 60 بار پيش از مغناطشزدايي، مغناطش هميشگي ناشي از تنش افزايش يافت و با برداشتن آن به صورت نمايي كاهش يافت و در نهايت در حدود 6 درصد به مغناطش هميشگي آن افزوده شد. اما پس از ديپرمينگ مولفههاي ميدان مغناطيسي برآمده از تنش دروني نمونه به گونه خطي افزايش يافت و سپس با كاهش فشار تا صفر بار مولفههاي ميدان مغناطيسي نمونه كاهش نيافت و ميدان مغناطيسي ناشي از تنش پسماند به ميزان 27 درصد افزايش يافت و در آن ماند كه سبب كاهش كارايي فرايند ديپرمينگ شد.
كليدواژه لاتين
Magnetic Signature , Deperming , Demagnetization , Permanent Magnetization , Induced Magnetization , Earth magnetic field simulator
عنوان لاتين
Designing and fabricating of a laboratory site to evaluate a modeled deperming process
گروه آموزشي
فيزيك
چكيده لاتين
Reducing the magnetic signature around naval vessels not only decreases their vulnerability to sea mines but also, in the case of submarines, reduces the likelihood of detection by maritime and airborne patrol systems. The four primary sources of a shipʹs magnetic field at frequencies below 3 Hz are ferromagnetic components of the vessel, eddy currents induced in electrically conductive materials on the vessel as it rotates in the Earthʹs magnetic field, electric currents entering the conductive hull of the vessel and its surrounding waters resulting from corrosion, natural electrochemical processes, or cathodic protection systems, and currents flowing in electric motors, distribution cables, etc. within the vessel. The most significant source of a shipʹs magnetic field is ferromagnetic steel used in the construction of the hull and internal structure. The ferromagnetic source can be categorized into induced and permanent magnetization.
A shipʹs magnetic signature is caused by the disturbance of the Earthʹs uniform magnetic field by the steel used in its construction. This magnetic anomaly can be detected by the magnetic sensors of sea mines and/or airborne sensors on aircraft and helicopters. The process of removing the permanent magnetization of ships is called deperming. Permanent magnetization is primarily caused by mechanical stresses during ship construction. Three methods of deperming ships are Closed wrap, Overrun, and Drive-in. In the first method, coils are wrapped around the ship, and using an electric field with a decreasing amplitude, the shipʹs hull is demagnetized. In the second method, the ship enters a cage-like structure consisting of Helmholtz coils, a solenoid, and an array of magnetic sensors on the seabed. The main task of Helmholtz coils is to eliminate the Earthʹs magnetic field and consequently the induced magnetization of the ship. Therefore, magnetic sensors measure the permanent magnetization present in the ship before the deperming process, and the deperming process is carried out using the solenoid. In the third method, the Helmholtz coils and solenoid for the deperming process are all located on the seabed and under the ship. In this method, the ship passes over the coils and is demagnetized section by section, unlike the previous two methods.
In this research, a laboratory setup was designed and constructed to evaluate the deperming process. This setup, similar to the Drive-in method, consists of Helmholtz coils, a solenoid, and a linear array of magnetic sensors. To reduce the cost of the laboratory setup, it is placed in a north-south direction, so the magnetic field is eliminated in the transverse direction. In this case, only the Helmholtz coils in the vertical (z) and longitudinal (x) directions were installed. Also, to evaluate the deperming process, two hollow cylinder and plate samples with specific dimensions were made of ST37 steel. ST37 steel is a low-carbon high-strength steel that is widely used in the marine and construction industries. Also, the hull of most submarines is made of this class of steel. To evaluate the deperming process, the Deperm-ME method, which is a more effective method, was used to extract the magnetic properties of the steel in question. Also, the deperming process was evaluated and modeled using the Preisach and J-A models.
Furthermore, in this research, to investigate the effect of stress on the shipʹs hull, the effect of internal hydrostatic pressure on the magnetic signature of a model submarine sample before and after the demagnetization process was investigated. By applying pressure from zero to 60 bar using magnetic sensors placed at a specific distance below the hull of the model, changes in its magnetic signatures were recorded.
تعداد فصل ها
4
فهرست مطالب pdf
138053
نويسنده