变压器铁心电磁振动仿真及影响因素研究

为了研究变压器铁心的电磁振动的多场耦合问题,使用应变能原理修正铁心磁-结构耦合关系对变压器铁心的本体振动进行仿真研究.将硅钢片磁化特性曲线导入到仿真模型中,计算得到线圈中的电流密度以及铁心闭合回路中的磁感应强度分布,实现电场与磁场的耦合.利用应变能原理对磁致伸缩力进行等效,并以等效磁致伸缩力为耦合变量对铁心进行结构瞬态动力分析,得到铁心本体的振动分布.分析铁心电磁振动的影响因素,结果表明:随着铁心预紧应力增大,硅钢片磁致伸缩增量比值增大,铁心振动加剧;随着铁心叠片方向上的弹性模量增大,铁心振动量逐渐降低.仿真结果定性地验证了装配工艺对铁心振动的影响规律.     

电池装配力对全钒液流电池性能的影响

目的研究全钒液流电池组装预应力对电池性能的影响.方法基于固体力学、流体力学和电化学原理,建立二维模型.模型耦合了固体力学的本构方程和流体控制方程、Nernst-Planck电流分布方程,分析组装预紧力对石墨毡内应力、变形、孔隙率和电流密度分布的影响.结果预紧力的增大加剧了石墨毡内应力、变形和孔隙率的不均一性,从而导致全钒液流电池内电流密度分布的不均衡性.结论随着装配预应力的增大,石墨毡内应力和变形分布不均匀性加剧;预应力越大,孔隙率分布不均匀性越剧烈;预应力越大,石墨毡内电流密度不均匀性越剧烈.     

微镜扭转-弯曲耦合变形静态特性分析

给出了仅考虑微镜扭转运动的静力学分析模型，在分析微镜扭转梁因非线性静电力引起弯曲变形的基础上，建立了静电驱动微镜扭转-弯曲耦合非线性静力学模型．2种模型的，临界吸合电压、临界吸合转角以及微镜转角随电压的变化关系与试验结果对比表明：所建耦合静态模型更符合实际情况，微镜垂直方向的位移和微扭转梁宽度的变化对微镜的临界吸合电压和临界吸合转角影响显著．     

高温超导悬浮系统的磁刚度研究

基于Ampère环路定律和Bean临界态模型,通过分析超导体内部屏蔽电流穿透深度的变化,考虑高温超导悬浮系统的强磁滞特性和磁化历史,讨论了系统的磁刚度.针对实验和计算方法中与磁刚度密切相关的小滞回距离选取标准展开讨论,给出了合理的小滞回距离范围;指出磁刚度曲线具有明显的滞回性质,这主要源于超导悬浮系统的磁滞特性;详细讨论系统物理与几何参数(如临界电流密度、超导体厚度和半径等)对磁刚度的影响.计算结果可以为高温超导悬浮系统的稳定性设计提供有效可行的方法和参考依据.     

地层塌陷区段埋地管道变形与应力分析

已有文献都是基于Winkler地基梁模型来研究塌陷以及悬空等对管道安全的影响,还没有采用其他力学分析模型的报道．分别采用Winkler和理想弹塑性地基梁模型,研究地层塌陷对管道安全的影响．建立了管土相互作用的几何大变形力学分析模型,采用非线性理论对力学模型求解．分析结果表明：在管道的屈服应力较小的情况下,为简化工程计算可采用Winkler模型计算临界塌陷区长度,较弹塑性模型简单,便于工程应用;当地层塌陷区长度较小时,为简化计算可采用Winkler模型分析管道的变形与应力;弹塑性模型可忽略土弹簧刚度对管道分析结果的影响,而Winkler模型则要考虑土弹簧刚度对其的影响．给出了使管道失效的临界地层塌陷区长度,所得结果可供工程设计参考．     

二维磁场激励下磁纳米粒子磁化谐波信息分布

提出了二维磁场激励下磁纳米粒子(MNPs)的谐波分布模型,分析了特征参数对磁化响应谐波分布的影响.首先,基于郎之万顺磁定理构建了二维磁场激励下的MNPs非线性磁化响应谐波分布模型;然后系统研究了平行/垂直磁场激励下的磁化响应谐波信息分布特征,以及MNPs物理特征参数和系统参数对谐波信息分布的影响.结果表明:二维磁场激励下,x轴和y轴上的磁化响应奇次谐波和偶次谐波自然分离,直流磁场对磁化谐波幅值具有调控作用,且存在最值点,可为磁纳米温度计中的高精度谐波提取和优化设计提供依据.     

铁磁材料应力-磁化性能的相关性

针对受外力作用的铁磁材料,应用微磁学理论,从最小能量原理出发,采用拉格朗日乘子法推导了应力作用下的应力-磁化矢量的描述方程,得出应力-磁化率关系表达式。以条形单晶铁为例,编写三维有限元程序,计算得出应力平行和垂直于外磁场情况下单晶铁磁体内部的磁化矢量分布及应力-磁化率关系曲线,计算结果表明在应力作用下磁化矢量发生偏转,受拉时磁化矢量向外磁场方向偏转,磁化增强,磁化率随应力增加而增大;受压时磁化矢量向背离外磁场方向偏转,磁化减弱,磁化率随应力增大而减小;且各向异性磁化率与应力施加方向相关。     

多孔球形电极颗粒中的扩散-应力耦合分析

具有良好化学稳定性及较高存储容量的多孔材料在锂离子电池及超级电容器中有广泛的应用,但已有的扩散-应力耦合模型大多忽略多孔材料的微观结构.基于此,建立考虑孔隙率和迂曲度的多孔球形电极颗粒中的扩散-应力耦合模型.针对Mn_2O_4电极进行恒压充电下的数值计算,探讨孔隙率和迂曲度系数对锂离子浓度、径向应力、环向应力及体积应变的影响,并将模型结果与他人结果进行对比.数值结果表明:迂曲度系数越大,电极中锂离子的扩散越差、体积应变越小且径向应力和环向应力越大;孔隙率越大,电极中的锂离子浓度和体积应变越大但径向应力和环向应力越小;多孔电极结构更有利于提高嵌锂能力.因此,应选择孔隙率大且迂曲度系数小的材料作为高存储容量的电极材料.     

热固耦合作用下的套管-水泥环-地层多层组合系统应力分析

考虑非均匀地应力、内压和地层高温对高温高压井套管-水泥环-地层多层组合系统的作用,应用弹性力学理论,结合边界条件、接触条件和连续条件,获得热固耦合作用下套管-水泥环-地层多层组合系统应力分布的解析解。讨论水泥环厚度、弹性模量、泊松比、地层温度、套管-水泥环层数对最内层套管内壁Mises应力分布规律的影响。研究结果表明:上述因素对最内层套管内壁Mises应力的分布均有影响;对比套管-水泥环-地层的单层和多层组合系统,多层组合系统的最内层套管内壁的Mises应力较单层系统明显降低,这说明多层组合系统具有重要的工程价值。     

大范围运动空间梁的耦合动力学模型

从连续介质力学原理出发，对作大范围运动的空间梁建立耦合动力学模型．在纵向变形中计及了变形位移的二次耦合变形量，基于Jourdain速度变分原理导出作大范围运动的空间梁的动力学方程．将耦合动力学模型的仿真计算结果与不计二次耦合变形量传统的建模理论进行比较表明，在大范围运动的侧向角速度和浮动基基点的纵向加速度较大的情况下，二次耦合变形量对系统的刚—柔耦合动力学性质产生一定的影响．     

线圈型电磁斥力机构的分闸效率仿真及影响因素分析

电磁斥力快速操动机构在直流断路器、限流器及选相开关等领域具有广阔的应用前景。在分析线圈-线圈型电磁斥力机构工作原理的基础上,利用有限元软件Ansoft建立了线圈-线圈型电磁斥力机构场路耦合瞬态动力学特性分析的二维有限元模型。对线圈匝数和放电电容的充电电压分别在30~60 V和340~380 V范围内,线圈规格分别为1×8 mm、0.9×7.1 mm和0.8×6.3 mm的情况下的电磁斥力机构运动特性进行了仿真计算。根据计算结果能够获得分闸时间的长短,进而可以反映出分闸效率的高低。仿真结果表明,3个因素中充电电压影响最大,线圈规格的影响较小。充电电压的提高会使分闸效率得到极大的提高。同时,随着线圈匝数增大分闸效率先增加后减小。仿真结果中,线圈规格为0.9×7.1 mm、线圈匝数为40、充电电压为380 V时斥力机构有最大的分闸效率。     

无线充电系统线圈参数优化与偏移特性研究

电动汽车无线充电系统可以实现电能从电网到动力电池的无线传输,无需人工操作,安全可靠,易于实现充电智能化。无线充电过程中,耦合线圈结构参数对于线圈互感值有很大影响,从而影响系统的充电功率和能量传输效率。文章旨在设计并优化无线充电系统线圈结构,以获得合适的充电功率,同时提高充电效率。首先,提出一种基于神经网络和遗传算法相结合的耦合线圈结构参数优化方法,得到最优的线圈和铁氧体参数组合;然后,基于电磁场理论,利用有限元软件分析收发端线圈之间的水平和垂直偏移对线圈自感、互感的影响,研究无线充电系统耦合线圈的偏移特性;最后,搭建了无线充电系统Simulink仿真模型及实验样机进行仿真和实验验证。结果表明,该无线充电系统DC/DC效率高达94.29%,并具有较好的抗偏移特性。     

外磁场驱动的无线内窥镜磁场线圈的设计方法研究

为实现外磁场驱动的无线内窥镜所需的外部磁场,提出了外部磁场线圈的设计方法．针对人体呈圆柱状外形对目标磁场在柱坐标系中进行分解,通过目标场法（target field,TF）反解出电流密度分布,并通过离散得到实际线圈的位置和电流大小．用此方法设计了一个方案,并用有限元软件进行建模仿真,计算磁体转矩的大小,与预计的理想转矩进行了对比;同时分析了均匀磁场的范围．仿真结果表明,这样的线圈和电流分布方式可以使无线内窥镜所带的永磁体在任意平面产生均匀转矩．     

基于等效面磁荷的缆索闭合式磁化解析模型

针对缆索磁性检测中大直径缆索深层次钢丝磁化的难题,建立了缆索闭合磁化解析模型,研究缆索磁化规律．提出一种穿过闭合式磁化器的轴对称模型,采用等效面磁荷法对永磁体进行等效,并应用截断区域特征函数展开法和传递矩阵求解磁标位方程,得到磁场的空间解析表达式,该模型可用于求解缆索内部磁场分布．与有限元仿真结果的对比显示：当使用解析模型计算磁化器两磁极中间区域磁场时,轴向磁感应强度的相对计算误差不大于3%,径向磁感应强度不大于12%,表明使用该模型计算缆索内部磁场是可行的．     

斜直井眼中铅垂平面内钻柱屈曲荷载分析

利用能量法，推导了斜直井眼中钻柱的屈曲临界载荷．在力学模型中，考虑了钻柱自重和井斜的影响，给出了斜直井眼中临界载荷的一般公式，并讨论了两种形式的变形能增量计算方法的差别，所得结果可供工程计算使用．     

交联点官能度和网络缠结效应对凝胶薄膜屈曲失稳的影响

对于响应型水凝胶薄膜屈曲失稳行为的研究一直是水凝胶薄膜应用中的重点.本文考虑水凝胶拓扑网络结构以及构成水凝胶的高分子网络缠结效应凝胶耦合大变形中的影响,引入了一种将Edwards-Vilgis的slip-link模型与Flory-Huggins理论相结合的自由能方程,旨在还原水凝胶在化学-力学耦合场作用下发生大变形时真实高分子网络的作用.通过解析方法求解了二维水凝胶薄膜单向非线性屈曲的临界应力和波长,探讨了外部溶液环境变化时,构成水凝胶的高分子网络微结构对凝胶薄膜屈曲的影响.结果表明:水凝胶的微结构参数在较小数值变化时对水凝胶增量模量以及凝胶薄膜屈曲的临界应力和波长有显著影响,当微结构参数不断变大这种影响逐渐减弱.     

降雨条件下非饱和土坡三相流模型的渗流-变形耦合分析

土质边坡降雨入渗的过程中伴随着地下水渗流的推进、孔隙气体迁移和边坡土体变形,因而涉及非饱和土体固-液-气三相耦合的作用.首先基于非饱和土力学基本理论、土-水特征曲线模型,在考虑气相对降雨入渗过程的影响下,建立了考虑孔隙介质可压缩性的二维非饱和土坡固-液-气三相渗流-变形耦合控制方程组.然后利用COMSOL Multiphysics软件的PDE平台,将所建立的耦合控制方程的数值模拟结果与经典Liakopoulos砂柱排水的试验结果进行比较,验证了本文所建立的三相耦合控制方程其正确性.最后对已建好的耦合模型求解分析,对比探讨两相和三相耦合计算模型对渗流场和位移场的影响.模拟结果表明:孔隙水压力随降雨时间的增加而逐渐增大,孔隙气体迁移和土体变形对边坡降雨入渗的推进起阻滞和延缓作用,揭示了固-液-气三相渗流-变形耦合模型能够更真实的反应降雨条件下土坡的变化特征,从而对非饱和土质边坡的灾害预警提供指导作用.     

层状裂隙岩石顶板的失稳

采用无拉力岩石梁的力学解析模型,根据自由刚体法及卡氏定理建立了层状裂隙岩石顶板失稳问题的基本求解方程．分析考察了在不同荷载条件、梁轴向产生永久变形、以及不同支座条件下裂隙岩石顶板梁的失稳特性．结果表明：其弯曲失稳可用临界挠度δｍａｘ／Ｄ来描述．当不考虑梁轴向永久变形及支点位移条件影响时,顶板梁失稳的临界挠度为０．４．梁轴向永久变形将使失稳点的临界挠度及梁的承载能力降低．同时,梁的失稳还直接受两端支承条件的支配．其影响程度可用支点系数α来描述．α增大,梁的弯曲刚度降低,梁易于失稳．     

二模外场下键稀疏铁磁混合Blume-Capel模型的磁化

利用有效场理论和切断近似,研究简立方格子在二模外场作用下键稀疏铁磁混合自旋1／2和1的Blume-Capel模型的磁化．在M-T空间中,重入磁化现象出现在适当的晶场范围内,键稀疏的引入可在两个不同的晶场区出现重入磁化．在M-H空间中,磁化趋于零时临界磁场在整个晶场范围内表现出振荡行为．而键稀疏对这种行为有弱化作用,并导致磁有序区减小．     

深部巷道围岩热-固耦合条件下的变形破坏数值分析

为研究深部巷道围岩热-固耦合条件下的变形破坏特征,根据深部巷道围岩体稳态温度场模型,得出了热-固耦合条件下深部巷道围岩体应力场、位移场及塑性圈半径的解析解,总结了热应力作用下围岩变形破坏的影响因素。借助Comsol Multiphysics多物理场耦合仿真软件对深部巷道围岩进行热-固耦合数值模拟,并将岩石力学参数与温度的关系引入模拟计算,分析了热应力、支护阻力对围岩变形破坏的影响规律。仿真结果显示,围岩热应力场分布呈非线性变化,浅部应力梯度大,深部应力梯度小;当巷内温度低于原岩温度时,热应力为压应力;随原岩温度升高,径向卸压范围及切向应力集中范围扩大,围岩塑性圈宽度和径向位移值有所增大;随巷内支护阻力提高,围岩塑性圈宽度和径向位移值则有所减小。现场试验发现,巷道围岩热应力场、应力场及位移场计算结果与实测结果吻合较好。