An Integro-Differential Equations System for a Quasi-Stationary Elec-tromagnetic Field in a Nonmagnetic Conductive Body Under a Dielectric Layer

Authors

  • Sergey V. Marvin Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin

DOI:

https://doi.org/10.17072/1993-0550-2025-3-15-30

Keywords:

initial condition, conjugation conditions, Maxwell's equations, quasi-stationary approximation, asymptotic, integral operator, volume potential, simple layer potential

Abstract

An initial-boundary value problem for a system of the equations of electrodynamics in a quasi-stationary approximation is considered for the case of a nonmagnetic conductive body, which is covered with a dielectric layer. It is assumed, that the conductor and the dielectric can be inhomogeneous in their conductive and dielectric properties, respectively. An electromagnetic field is induced by an external current, flowing in a limited area, located in a media, which external to the conductor and the dielectric layer; the external media has not any electrical and magnetic properties. At the boundaries of media, the usual conditions of conjugation must be satisfied: the tangential components of the tensions must be continuous; in addition, the normal component of the electrical induction must be continuous at the boundaries between non-conductive media. The initial-boundary value problem is considered in the classical formulation: the tensions of the electric and magnetic fields mast be smooth functions, that satisfy equations and boundary conditions in the usual (not generalized) sense. Under certain assumption about the connectivity of the region with conductor, dielectric and foreign current, as well as the smoothness of the boundaries of these regions, the uniqueness of solution for the considered initial-boundary value problem is proved. Also a system of integro-differential equations, which equivalent to the considered initial-boundary value problem, is derived; kernels of integral operators in this system have a weak singularity. The results are interest for the problems of eddy current flaw detection and thickness measurement.

References

Дякин В. В., Сандовский В. А. Задачи электродинамики в неразрушающем контроле. Екатеринбург: ИФМ УрО РАН, 2008. 390 с. ISBN: 5-7691-1861-X. EDN: QMFYCF.

Марвин С. В. Существование и единственность решения начально-краевой задачи для однородной системы уравнений Максвелла в случае неферромагнитного дефектного металлического тела // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Физика. Математика. 2016. № 1. С. 105–117. EDN: VVYSAZ.

Марвин С. В. Начально-краевая задача структуроскопии неферромагнитного металлического тела с инородными диэлектрическими включениями остаточным полем мгновенно выключенного стороннего тока // Дефектоскопия. 2016. № 2. С. 42–54. EDN: VXMEDV .

Марвин С. В. Начально-краевая задача для системы уравнений Максвелла в случае неограниченной немагнитной проводящей среды под диэлектрическим слоем // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Математика. Физика. 2017. № 13 (262), вып. 47. С. 5–14. EDN: ZCJDKZ.

Тозони О. В. Маергойз И. Д. Расчет трехмерных электромагнитных полей. Киев: Тех-ника, 1974. 352 с.

Тозони О. В. Метод вторичных источников в электротехнике. М.: Энергия, 1975. 296 с.

Кочубей Т. В., Астахов В. И. Вихревые токи в проводящей пластине с неоднородными анизотропными свойствами // Математическое моделирование. 2011. Т. 23, № 8. С. 19–32. EDN: RXPNHT.

Астахов В. И., Елсуков В. С. О расчете экранирующих оболочек сложных геометрических форм // Известия вузов. Электромеханика. 2013. № 2. С. 3–7. EDN: PZFOSR.

Астахов В. И., Басан С. Н., Данилина Э. М. О математической модели вихревых токов в оболочках с разрезами // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2017. № 4. С. 13–21. EDN: ZWHBVX.

Астахов В. И., Данилина Э. М. Сведение задачи расчета вихревых токов в пластине с разрезами к интегральному уравнению // Известия вузов. Электромеханика. 2018. Т. 61, № 6. С. 5–12. DOI: 10.17213/0136-3360-2018-6-5-12. EDN: VNXSNG.

Марвин С. В. Интегро-дифференциальные уравнения для квазистационарного электромагнитного поля в немагнитном проводящем теле с дефектом // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия "Математика. Механика. Физика". 2024. Т. 16, № 3. С. 38–44. DOI: 10.14529/mmph240306. EDN: WUTYAD.

Тамм И. Е. Основы теории электричества. М.: Физматлит, 2003. 616 с. ISBN: 978-5-9221-0313-8. EDN: RXGSUP.

Петрушенко Е. И. К расчету вихревых токов в проводниках сложной формы. Изве-стия АН СССР. Энергетика и транспорт. 1966. № 6. С. 59–70.

Кочин Н. Е. Векторное исчисление и начала тензорного исчисления М.: Наука, 1965. 427 с.

Михлин С. Г. Линейные уравнения в частных производных. М.: Высшая школа, 1977. 431 с.

Гюнтер Н. М. Теория потенциала и ее применение к основным задачам математической физики. М.: ГИТТЛ, 1953. 415 с.

Быховский Э. Б. Смирнов Н. В. Об ортогональном разложении пространства вектор-функций, квадратично суммируемых в заданной области, и операторах векторного анализа // Тр. МИАН СССР. 1960. Т. 59. С. 5–36.

Кадников С. Н., Веселова И. Е. Исследование свойств граничного интегрального уравнения для расчета квазистатического магнитного поля // Вестник ИГЭУ. 2008. Вып. 2. С. 1–7. EDN: PFJMIZ.

Кадников С. Н., Веселова И. Е. Анализ векторного интегрального уравнения для расчета магнитного поля // Электричество. 2010. № 9. С. 61–65. EDN: LNAZIQ.

Дякин В. В. Математические основы классической магнитостатики. Екатеринбург: РИО УрО РАН, 2016. 404 с.

Головкин М . А. О некоторых свойствах интегральных уравнений Фредгольма второго рода // Ученые записки ЦАГИ. 2006. Т. 37, № 4. С. 8–11. EDN: JWLRVJ

Мазья В. Г., Поборчий С. В. О представлении решения задачи Неймана в области с пиком гармоническим потенциалом простого слоя // Вестник СПбГУ. Математика. Механика. Астрономия. 2009. Вып. 3. С. 41–49. EDN: KYOIHB.

Published

2025-10-03

How to Cite

Marvin С. В. . (2025). An Integro-Differential Equations System for a Quasi-Stationary Elec-tromagnetic Field in a Nonmagnetic Conductive Body Under a Dielectric Layer. BULLETIN OF PERM UNIVERSITY. MATHEMATICS. MECHANICS. COMPUTER SCIENCE, (3 (70), 5–13. https://doi.org/10.17072/1993-0550-2025-3-15-30