基于磁力控制的径向分区压边拉深工艺研究

本文提出一种由永磁体提供磁力的径向分区压边方法,可以获得更加合理的压边力分布.根据软磁材料的特点构建了磁极单元,通过瞬时低强度电流可以改变磁极单元的磁力状态.拉力实验证明磁极单元可以提供足够大的磁吸力,满足压边要求.温升实验的测量结果验证了磁极单元不会产生过热问题.根据拉深工艺特点,设计了基于电控永磁技术的压边装置和拉深模具,拉深过程中施加压边力无需持续通电,因此具有节能、安全的优点.采用理论推导确定了径向分区压边方法的可行性,并采用数值模拟分析了板坯上压边力的初始分布.结果表明,相对于整体压边,径向分区压边施加的压边力可以作用在更大的径向区域内.通过成形模拟进一步验证了径向分区压边方法的有效性,压边力沿径向分布更加合理,可以更好地控制板坯厚度的变化.最后,通过镀锌板的拉深实验证明电控永磁技术用于压边装置是可行的,径向分区压边方法可以有效抑制起皱,改善板坯成形效果.     

直接用电密J计算导体三维涡流场的FE-BE耦合法

提出一种计算导体三维涡流场的FE-BE耦合法．在涡流区中直接采用涡流电密J为求解量的FEM, 其公式采用八节点长方体单元进行离散, 在非涡流区中采用磁场强度H为求解量的BEM, 其公式采用矩形单元离散. 根据交界面条件, 耦合得到一个求解变量仅为J的代数方程组. 该方法的优点就是所求量无需微分, 求解变量少, 耦合容易, 适用于多连域问题．对两个模型进行了计算, 计算结果与测试结果吻合较好.     

排水系统入海口新型消能工

通过实体模型试验研究了某排水系统入海口水工建筑物的水力性能，设计提出一种新型的墩栅涡流室消能工。该新型消能工的水力特点是：流出排水隧洞的高速水流大部分通过进口墩栅空隙流入涡流室，小部分在进口墩栅前发生水跃后扎入涡流室中产生强烈的顺时针漩涡，通过水跃、墩栅的阻力和涡流室漩涡的共同作用消能，并将来流的动能转换为势能，之后，涡流室中的大部分水流在重力作用下通过出口墩栅空隙流向下游，其余水流从墩栅项部溢流。这种新型的墩栅涡流室不仅消能效果良好而且出流均匀，并容许各种杂物如石块、泥沙等自由通过，避免涡流室中发生严重的淤积。     

超临界机翼表面涡流发生器影响研究

通过数值求解Reynolds平均的Navier-Stokes方程组,对重要的流动控制手段之涡流发生器（vortex generator,简称VG）的绕流流场及其对主流的影响规律进行计算模拟.首先,预测平板上单一涡流发生器流动,验证数值计算方法,并认识含涡流发生器流场的基本流场特征;其次,预测标准模型——ONERA-M6机翼跨声速流动,探索激波/边界层干扰流动特征;再次,在超临界机翼25%当地弦长附近布置一排涡流发生器,探索它们对机翼跨声速流动边界层的干扰效应;最后,将这些涡流发生器位置提前（距前缘3.5%当地弦长）,检验其对低速大攻角流动的影响规律.结果表明,7个VG能有效抑制跨声速强激波/边界层干扰导致的分离,减小展向流动;也能大幅缩减低速大攻角状态下的分离范围.     

微型涡流发生器控制SCCH增升构型流动分离研究

针对等弦长带后掠半模SCCH增升构型襟翼附面层发生流动分离,线性段增升效率降低的问题,采用数值模拟和风洞试验方法,开展微型涡流发生器控制襟翼附面层流动分离研究.首先,采用数值方法分析SCCH增升构型的基本流动现象,获得襟翼流动分离特性,作为微型涡流发生器设计依据;其次,根据涡流发生器工作原理,结合SCCH增升构型襟翼结构与流动分离特性,提出本文微型涡流发生器设计思想和初步设计方案;再次,采用数值方法研究微型涡流发生器控制增升装置流动分离的作用机理,研究微型涡流发生器布置方式、弦向位置、安装角、高度、展向间距等几何参数对流动控制效能的影响规律,提出控制襟翼流动分离的微型涡流发生器设计方案,供风洞试验验证;完成数值设计之后,采用风洞试验方法,进行微型涡流发生器设计方案验证与可能的方案筛选,以验证数值模拟方法、设计方法及涡流发生器设计方案;最后,分析数值模拟和风洞试验研究结果,提出具有工程应用价值的增升装置微型涡流发生器设计原则、设计方法及技术路线,供型号研制借鉴与采纳.研究结果表明,本文针对SCCH着陆构型提出的微型涡流发生器设计方案,经CFD和风洞试验验证,在着陆及下滑进场飞行状态,最大增升与增阻量分别达到10%和14%,符合着陆飞行状态对增升装置的设计要求,且CFD方法提出的设计方案最佳,具有惟一性;同时也表明,本文提出的增升装置微型涡流发生器设计原则、设计方法及技术路线可用于型号研制.     

肖特基接触单层有机太阳能电池的短路电流的数值研究

运用数值方法,系统研究了肖特基接触单层有机太阳能电池的阴极功函数、载流子迁移率和温度对短路电流的影响,得到了短路电流随阴极功函数、载流子迁移率和温度变化的定量关系,这为以后的有机太阳能电池实验研究提供理论基础.     

基于整数规划的特殊永磁型磁体匀场技术的改进研究

本文针对磁共振成像（MRI）系统成像对磁体的要求，提出了一种基于整数规划的无源匀场数学模型。按照实际匀场时以测量平面的中心场值为参考基础，改进了原有的模型，进行了匀场模拟。匀场结果表明，该方法能快速有效地完成匀场过程。     

面向GIC的巨磁阻电流传感器的特性研究

地磁暴引发的地磁感应电流(geomagnetically induced current,GIC)侵入高铁电气系统可能影响高铁的安全运行,为了对GIC进行监测,本文设计了一个基于巨磁阻(giant magnetoresistance,GMR)效应的电流传感装置.该电流传感器装置由一个量程100 A且配备磁通聚集器的GMR传感器构成.本文探讨了传感器与导线成极端偏转角和水平偏移两种情况下对测量精度的影响,通过理论推导和有限元方法(finite element method,FEM)仿真进行了分析.仿真结果表明:当水平偏移控制在16 mm内时,测量误差3.66%;当角度偏转控制在70°内时,测量差6.62%;相比无磁通聚集器的传感器,灵敏度提高了19.7倍;极端位置下,测量误差减小可达121倍.同时实验结果表明,该装置测量准确度97.2%,能够对GIC进行准确的监测.     

轨道交通杂散电流对埋地燃气管道影响的实验研究

简述了轨道交通杂散电流的产生机理、测试方法及判定.利用自行设计的测试系统对上海地区平行于轨道交通的某埋地燃气管道进行了管地电位、管中电流测试,并借助轨道交通部门的测试电极进行了联合测试.结果表明,所测区域内燃气管道受到严重的杂散电流干扰,且杂散电流变化与轨道交通运行规律具有一致性.在轨道交通防腐系统的设计满足相应标准的前提下,泄漏的杂散电流仍对附近燃气管道产生严重影响.     

最少变量数边界元提取三维VLSI互连电感与电阻

为得到高频复杂结构三维互连电感与电阻需求解电磁场涡流问题. 提出一种三维涡流计算模型, 在导体与无限大自由空间中利用矢量磁位表示其中的电磁场, 得到间接边界积分方程, 并利用边界元离散化技术进行求解. 这种方法避免对导体体积区域进行离散; 作为一种间接边界元方法, 它具有最少的变量数; 由于不对导体中的电流方向进行限制, 可以计算互相垂直导体之间的互电感和互电阻. 数值计算结果利用2-D解析解进行了验证; 计算了互相垂直导体在不同频率和间距下的互电感和互电阻.     

常导低速磁悬浮列车弯道承载能力计算

针对磁悬浮列车位于弯道上时电磁铁与轨道的错位情况,以磁悬浮列车单转向架为研究对象,利用磁通管法得到悬浮模块提供的悬浮力和导向力计算公式.根据列车轨道超高条件下的动力学平衡条件,分析了影响磁悬浮列车弯道承载能力的几个主要因素,最终给出列车承载能力的定量计算公式.     

简易隔音原理与模型的研究

声源的振动在介质中传播产生声压形成声波,喇叭头(见图1)振膜受到声压的作用带动附在其上的线圈在磁铁的磁场中振动,将线圈接入闭合通路产生电流,据楞次定律,磁铁对电流产生的安培力会阻碍其运动,供给线圈同向的适当大小的电流.使安培力增大到足以抵消声压对振膜的作用,就可起到隔音的效果.实验中是用另一个特性相同的喇叭头来提供这种电流的.电流大小的调节可通过音频放大电路来实现.通过以上方法.就可得到一个对特定频率范围有减音效果的模型.     

双绕组多相高速整流异步发电机系统的分析

在分析和定量计算双绕组多相高速整流异步发电机电流谐波和磁势谐波关系的基础上，提出了把发电机系统分成两个子系统分别进行分析计算的新思路．对十二相功率绕组与整流负载系统采用电路分析方法，用基于电路拓扑理论的回路电流法列写网络方程，求解过程中定步长和变步长联合使用，解决了计算结果的稳定性问题，得出了功率绕组电压、电流及其基波分量．对定子双绕组与实心鼠笼转子系统采用电磁场分析方法，电磁场有限元和多变量优化法迭代相结合求出了控制绕组电流和定子频率．计算结果和实验结果吻合，说明了所提方法的有效性和准确性．     

定子永磁型混合励磁双凸极电机设计、分析与控制

将"混合励磁"思想引入双凸极永磁电机,提出一种定子永磁型混合励磁双凸极电机,对其进行系统深入的理论分析和实验研究.理论上,建立了电机的数学模型;提出了切实可行的该类电机的一般设计方法,建立了电机的一般功率方程,推导出电机磁场调节能力与最大速度之间关系,为电机的电励磁绕组的安匝数、永磁体用量等关键电磁参数的确定提供理论依据.将2维和3维有限元相结合,提出快速、准确的"一步法"对电机特有的定子外漏磁以及端部漏磁进行研究,并对电机电磁性能进行了分析;提出了该类电机的驱动控制策略和方案,并进行了实验研究.原理样机的实验结果不仅验证了理论分析的正确性,而且表明,该电机在保留双凸极永磁电机优点的同时,能有效拓宽调速范围,在宽调速范围内具有较高的能量效率,在电动汽车等应用领域具有应用前景.     

基于机械/电气坐标系变换的无轴承永磁同步电机建模

无轴承永磁同步电机具有两套定子绕组, 即转矩绕组与悬浮力绕组. 通过分析这两套绕组之间的磁链交链情况, 提出机械/电气坐标系变换方法, 基于该方法推导出无轴承永磁同步电机转矩绕组与悬浮力绕组的磁链方程与电压方程. 在分析无轴承永磁同步电机内各部分洛仑兹力作用的基础上, 给出无轴承永磁同步电机电磁转矩方程. 在分析无轴承永磁同步电机各部分径向力数学表达形式的基础上, 得出无轴承永磁同步电机径向悬浮力方程的完整形式. 最后给出了实验系统控制框图和部分结果. 该数学模型为无轴承永磁同步电机的仿真研究、实验波形分析及结构设计提供了理论依据.     

利用 CFD技术对管壳式换热器壳程结构的模拟分析

以某公司所制造的水源热泵为基础,针对制冷量 Q0=180kW 的蒸发器的内部结构,利用 CFD技术对其壳程侧做了流场与热场的模拟分析,得到了具有一定价值的分析结果:1)原设计中不仅单弓形折流板的数量较多而且折流板较厚,占用了一定有效换热面积,势必影响了壳程水侧的换热效果和造成了较大压降;2)由于进水管侧的水温与制冷剂的蒸发温度之间存在较大的温差,会在管板上产生较大的热应力,有造成管板与换热管的接触破坏的可能;3)通过对原设计的速度矢量分析,可以较为清楚地看到,原设计存在较多的流动死区,这些流动死区,会影响水侧换热.根据这些分析结果,提出了相应地解决方案,并建立了改进后的蒸发器模型     

刚柔分级并联驱动宏微复合运动平台设计

高速精密定位是电子制造的要求,轴系摩擦是影响精密定位的重要因素.目前,微米级以上精度必须通过消除摩擦影响的方式来实现,成本很高.本文将大行程的直线电机平台与无摩擦的柔性铰链导向机构结合,提出了一种并联驱动的宏微复合设计新方案,克服了现有宏微复合平台存在的输出饱和问题.具体做法是在无铁芯永磁直线电机模组中,安装两套驱动和测量反馈系统,分别用于驱动宏运动平台和与之通过柔性铰链相连的微运动平台.宏运动平台通过直线导轨滑块"刚性"机械连接系统实现大行程高速运动,微运动平台通过基于柔性铰链的"柔性"连接来快速补偿"刚性"宏运动平台的误差,最终实现大行程高速高精度运动.本文利用上述刚柔分级运动方案,通过基于动力学响应的运动规划方法进一步抑制了高加速运动平台的定位残余振动.基于柔性铰链的微运动系统较之宏运动系统具有更快的响应速度和更小的跟踪轨迹误差,从而实现在高加速运动过程中宏/微驱动力叠加来实现快速运动,同时在匀速与低速定位过程中微驱动器产生反方向作用力来快速补偿宏运动平台的运动误差来实现高定位精度.实验表明,本文提出的宏微复合驱动方案,通过机构的创新,可有效降低控制的复杂度,并实现了高精密快速定位,可以为微光电子制造装备亚微米级高速定位平台设计提供崭新的途径.     

磁场直拉硅单晶生长

研究了磁场直拉硅单晶生长. 采用钕铁硼(NdFeB)永磁磁体, 向硅熔体所在空间引入Cusp磁场. 当坩埚边缘磁感应强度达到0.15 T时, 熔硅中杂质输运受扩散控制. 熔硅自由表面观察到明显的Marangoni对流; 硅单晶纵向、径向电阻率均匀性得到改善; 控制Marangoni对流, 可灵活控制硅单晶中的氧浓度. 把磁场拉晶同硅单晶的等效微重力生长联系起来, 推导出了引入磁感应强度和对应等效微重力等级的关系式: g=v₀/v_eff·g₀, 并针对坩埚的两种特征尺寸, 进行了直拉硅单晶等效微重力等级的计算.     

机械式低频天线机理及其关键技术研究

不同于依靠导体中振荡电流激励电磁波的传统电小天线(electronically small antenna, ESA),机械天线(mechanical antenna, MA)是利用机械运动的电荷或磁矩直接激励电磁波的一种新型低频电磁发信技术.该技术有望突破ESA的物理尺度限制,有利于解决现有系统天线体积庞大、设备复杂、辐射效率低、发射功率和能耗大等问题,以提高低频通信应用的机动性和灵活性,在水下和地下通信以及导航定位等领域具有广泛的应用前景,已成为当前国内外相关领域的研究热点.本文介绍了MA的基本概念与研究动态,重点研究了MA的实现形式、物理模型以及在自由空间产生时变电磁场的分布模型与衰减特性,对比了不同类型MA的性能特点及应用优势,提出了MA的基本架构,探讨了实现高效应用急需解决的关键技术问题与挑战,并对其应用模式和应用前景进行了展望.基于提出的MA架构,研制了基于钕铁硼永磁体和高速永磁伺服电机的旋转永磁式MA原理样机,通过近场测试初步验证了旋转永磁式MA的时变磁场分布特性,及其实现FSK调制的可行性和有效性.     

基于修正随机梯度的永磁同步电机参数辨识

永磁同步电机为典型的多变量参数时变的非线性系统,为了获取其参数有效信息,以保证控制系统的高效运行,结合永磁同步电机系统电压方程,构建系统回归模型,采用随机梯度辨识算法辨识其模型参数,同时引入收敛指数构建修正随机梯度算法以提高辨识过程的收敛性能。仿真结果表明,收敛指数能有效提高算法辨识收敛的速度和精度。