AbstractFerritic stainless steel has been considered for structural components such as first walls and blankets of fusion power reactors because the material shows low rates of irradiation swelling. Since it is magnetizable, the magnetoelastic interaction between magnetic field and deformation of the structures in a fusion reactor is so strong that their safety is of concern due to the magnetoelastic bending, buckling and magnetic damping, etc. Basic research of the magnetoelastic characteristics of ferromagnetic plate has been paid special attention by researchers. In this paper, the magnetoelastic bending and snapping are studied for a ferromagnetic plate in an oblique magnetic field. The theoretical model is based on the variational principle where the functional is employed as real total energy in the system including external work. The obtained expression of magnetic force on the plate is the same as that derived from the dipole model when the total magnetic field in the ferromagnetic medium is considered. In order to effectively solve the nonlinearly coupled interaction problem between magnetic field and mechanical deformation, a numerical program combining the finite element method for analyzing the magnetic field with the finite difference technique for finding out the bending deformation of the plate is employed to obtain the solution of magnetoelastic bending of a soft ferromagnetic plate. The numerical calculations are carried out for the typical example of a ferromagnetic cantilevered beam-plate in an oblique magnetic field. From the bending curves, that is the tip deflection versus applied magnetic fields, the critical magnetic field for the magnetoelastic snapping is predicted by the Southwell plot. The theoretical predictions show that the critical magnetic field decreases with the increase in incident angle of the oblique magnetic field. By the effect of incident angle on the magnetic buckling, the discrepancy between theoretical and experimental data can be explained well.
フェライト系ステンレス鋼は、核融合炉の第一壁やブランケットなどの構造部材として検討されてきた。これは、この材料が照射スエリング速度が低いためである。この材料は磁化可能であるため、核融合炉内の構造物における磁場と変形の間の磁気弾性相互作用は非常に強く、磁気弾性曲げ、座屈、磁気減衰などにより、その安全性が懸念される。軟磁性フェライト板の磁気弾性特性に関する基礎研究は、研究者らによって特に注目されてきた。本論文では、斜め磁場中のフェライト板の磁気弾性曲げとスナッピングについて研究する。理論モデルは変分原理に基づいており、汎関数は外部仕事を含む系の全エネルギーとして採用される。フェロ磁性媒体内の全磁場を考慮した場合、板に作用する磁力の導出式は、双極子モデルから導出されたものと一致する。磁場と機械的変形の間の非線形連成相互作用問題を効果的に解くために、磁場解析のための有限要素法と板の曲げ変形を求めるための有限差分法を組み合わせた数値プログラムを用いて、軟磁性フェライト板の磁気弾性曲げの解を得る。数値計算は、斜め磁場中のフェライト片持ち梁板の典型的な例に対して実施される。曲げ曲線、すなわち印加磁場に対する先端たわみから、磁気弾性スナッピングの臨界磁場がサウスウェルプロットによって予測される。理論的予測により、臨界磁場は斜め磁場の入射角の増加とともに減少することが示される。入射角が磁気座屈に及ぼす影響により、理論データと実験データの間の不一致をうまく説明することができる。