多层圆柱形磁屏体磁屏蔽特性研究

根据高磁导率铁材料和高电导率材料的电磁屏蔽特性,将铜绕组缠绕在铁芯上,圆柱形屏蔽体壳放入由铜绕组产生的均匀磁场中,利用三维有限元法对圆柱形屏蔽体壳的磁屏蔽特性进行了研究.分析磁屏蔽体厚度、屏蔽体的层数和激励频率对磁屏蔽效能的影响,以解决采用高磁导率材料和高电导率材料等不同磁屏蔽材料磁屏蔽体的最佳磁屏蔽方案问题.探索提高磁屏蔽效率的新技术,对电磁兼容问题的解决具有重要理论和实际意义.     

磁约束磁控溅射装置的磁场分析

磁约束原理目前主要应用于热核聚变中,本文介绍了磁约束原理及依据磁约束原理设计的磁控溅射装置,同时利用ANSYS11.0有限元分析软件对磁约束磁控溅射装置的磁场进行模拟计算,计算磁铁数量、厚度及相对磁铁间距对磁场的影响,进而得出靶面磁场强度的分布情况,并将数值模拟数据与实验测得数据做了对比分析.结果表明,实验实测数据与有限元分析数据基本一致,模拟结果为磁约束磁控溅射装置的设计提供了比较准确的数据资料.     

基于均匀化方法的磁流变弹性体磁致剪切行为

基于均匀化方法,分析磁流变弹性体颗粒间磁场的相互作用和基体磁场对颗粒的影响,进而研究磁流变弹性体的磁致剪切行为及磁致剪切模量.结果表明,颗粒磁导率的变化对磁流变弹性体磁致剪切行为与磁致剪切模量的影响不大;当颗粒体积分数为30%时,磁致剪切模量取得最大值,其整体变化规律与实验数据基本吻合,可预测磁流变弹性体磁致剪切行为的最佳颗粒体积分数.     

永磁屏蔽泵的电磁场模拟分析

为提高永磁屏蔽泵的性能和缩短设计周期,以一永磁屏蔽泵为例,采用有限元Ansoft软件对永磁屏蔽电动机内部磁场进行了电磁场模拟分析.比较了2种不同内置磁路结构的磁场模拟结构,并分析了定转子气隙大小和屏蔽套等参数对整个永磁屏蔽电动机性能的影响,提出了永磁屏蔽电动机内置倒U形磁路结构合理性及改进屏蔽套设计的途径.研究了定子、转子屏蔽套内部磁涡流分布情况,并针对4种不同屏蔽套材料求解得到定子、转子屏蔽套涡流损耗数值.结果表明:屏蔽套内部存在对称分布磁涡流,定子屏蔽套上涡流分布较为集中,转子涡流损耗明显低于定子屏蔽套;定子、转子屏蔽套采用不导磁材料HASTELLOY-C能耗损失较小,满足设计要求.     

采用磁致伸缩材料模型进行磁弹性屈曲的数值模拟

基于磁致伸缩材料模型,在不考虑体积伸缩的条件下,利用FEMLAB多物理场耦合软件,对悬臂铁磁板在横向磁场中的磁弹性屈曲问题进行了数值模拟,并将模拟得到的临界屈服磁感应强度与前人的实验结果进行了对比,得到了较好的一致性。数值模拟结果显示,随着铁磁板长厚比的增大,板屈曲失稳的临界屈服磁感应强度减小;采用的磁致应变系数越大,所得到的临界屈服磁感应强度越小;当磁致应变系数为1.3×10-4T-1时,计算结果与实验值吻合最好。数值分析结果表明,利用磁致伸缩材料模型来解释悬臂铁磁板在横向磁场中的磁弹性屈曲问题是合理的。     

原子自旋磁强计磁屏蔽筒参数优化设计

为解决磁屏蔽筒制约原子自旋磁强计灵敏度的问题,通过改进多层磁屏蔽筒轴向系数公式获得磁屏蔽筒参数优化模型,并在仅改变一项参数而其他参数固定的条件下,依据优化模型,利用Matlab软件对各参数对轴向屏蔽系数的影响程度进行仿真.结果表明:随着最内层筒半径、筒长及径向层间距的增大,轴向屏蔽系数迅速减小;轴向间隙越大,则屏蔽系数越大.根据仿真结果及实际应用需要优化设计磁屏蔽筒参数,并利用Ansoft软件对优化筒和非优化筒的屏蔽效果进行仿真.结果表明,在外界磁场相同的情况下,未优化和经优化设计的磁屏蔽筒屏蔽能效分别约为152.1和158.6 d B.因此,通过参数优化模型可获得体积小、质量轻、成本低、屏蔽性能大的磁屏蔽筒.     

电动汽车永磁轮毂电机磁场非线性解析计算方法

针对传统解析法通常假设铁磁材料磁导率为无穷大、忽略了磁饱和效应的问题,提出一种考虑铁磁材料磁导率非线性影响的磁场解析建模方法。利用复数形式的傅里叶级数和柯西乘积将材料磁导率嵌入到静磁场求解中,将永磁轮毂电机分为定子齿槽、气隙和永磁体3个求解域,以矢量磁位为求解变量,根据激励源的不同在各求解域建立拉普拉斯方程或泊松方程,联立边界条件求得各域矢量磁位。根据材料非线性B-H曲线,利用迭代算法得到了各工况下定子齿上的相对磁导率分布,计算了空载、电枢、负载磁场分布及输出转矩,并通过有限元法验证了该非线性解析法较传统解析法更准确。     

考虑非等长应变的磁电层合材料低频磁电响应特性

本文提出了一种考虑非等长应变的磁电层合材料低频磁电响应模型.该模型以剪切应力传递应变为基础,采用应力函数法分析了磁致伸缩层、压电层的应力和应变,利用粘接处的应变相等,求出了开路状态下磁电层合材料L-T模式的低频磁电响应特性.该模型能研究磁致伸缩材料的柔顺系数、压磁系数、层合比、压电材料的机电耦合系数、压电系数等参数对磁电电压系数的影响,并与等效电路法、两种考虑退磁场的等效电路法以及实验结果进行了对比研究.针对Terfenol-D/PZT/Terfenol-D的研究结果表明:理论结果与实验结果误差为5.42%,与其他方法相比,本文的结果与实验结果吻合得更好.     

永磁非金属液体电磁泵磁场数值分析

将电磁泵体求解场域按二维平面场处理,考虑了外磁场对永磁体的磁化效应,用有限元法对永磁非金属液体电磁泵的磁场进行了数值分析,得到了该电磁泵气隙中的磁密曲线以及载流海水在气隙中流动所受到的电磁力.实验证明该数值分析的结果是准确的,这些数据为永磁非金属液体电磁泵的设计和应用提供了可靠依据,同时也说明了可用永磁体代替价格昂贵的超导磁体应用于非金属液体电磁泵的磁极设计.图7,参7.     

带缺陷钢丝绳拉伸力-磁耦合数值模拟

金属磁记忆作为一种新兴的钢丝绳无损检测技术,可对钢丝绳应力集中及缺陷部位进行定位,但对其应力状态及损伤程度的量化关系研究不足。为探究带缺陷钢丝绳拉伸状态下应力与金属磁记忆信号之间的联系规律,将缺陷诱发的钢丝绳损伤判别视为钢丝绳应力变化导致磁记忆信号改变的问题。基于磁机械效应及力磁耦合理论,考虑弹性阶段及塑性阶段磁特性参数(磁导率、矫顽力)随铁磁构件应力变化的不同规律,创新性地提出考虑磁导率和矫顽力影响的力-磁耦合修正模型。采用ANSYS有限元模拟软件,对带缺陷的1×7型单股钢丝绳进行静力场计算和环境磁场共同作用下的三维静磁场计算,利用力-磁耦合修正模型对两种物理场进行力-磁耦合。通过与试验结果进行对比分析,发现改进的模型可以较好地分析钢丝绳的力-磁耦合模拟问题,为以数值模拟为手段的钢丝绳拉伸应力与损伤量化关系研究方法奠定了基础。     

超磁致伸缩换能器几何非线性特性分析

针对超磁致伸缩材料存在的换能器碟簧非线性刚度特性,建立了具有碟簧刚度的平方和立方非线性特性的超磁致伸缩换能器复合非线性数学模型.应用多尺度法得到了超磁致伸缩换能器几何非线性振动系统响应的解析解和频响特性表达式.计算了其有无切削力两种情况下的数值解和解析解,并分析比较了其数值解和解析解的时域波形,同时得出了实际磁性参数下的频响关系曲线,分析了外界激励f值、压磁系数d33和磁导率μ3T3对频响关系式的影响.结果表明:数值解和解析解的时域波形基本一致,满足实际要求.外界激励f值、压磁系数d33和磁导率μ3T3对超磁致伸缩换能器的频响特性有明显影响,并且是研究换能器非线性刚度特性必须考虑的.     

电工钢片矢量磁特性测量系统的设计与优化

为提高电工钢片矢量磁特性测量系统的磁化均匀度与励磁效率,提出在磁极表面添加导磁物质的系统优化设计方法。首先基于有限元分析,通过改变气隙间隔与屏蔽层位置,减弱正交磁极耦合与杂散干扰,设计一种磁化均匀度高的几何励磁结构;然后利用序列二次规划,确定导磁物质最优磁导率,减小磁路间磁阻,从而降低励磁功率需求;最后搭建矢量磁特性测量系统并对其磁化性能进行评估。仿真与实验结果表明,对矢量磁特性测量系统进行优化后,不同激励下磁通密度的波形系数偏差较优化前减小了57.1%,磁化均匀度明显提高;系统优化后,相同激励下磁通密度幅值较优化前增大了58.6%,励磁功率需求下降。     

圆柱形推拉式电磁铁的电磁力数值算法

电磁力是推拉式电磁铁非常重要的参数,但由于磁场的非线性变化,解析计算困难。针对这一问题,本文研究利用柱状坐标系下的磁矢量势理论求解圆柱形推拉式电磁铁的电磁力。将整个螺线管磁场划分为多个子域并明确边界条件得到可求数值解的子域磁矢量方程组,再通过MATLAB软件编程实现磁矢量势、电感和电磁力等电磁特性数据的计算。对比有限元中铁芯磁导率分别为恒定值10000和电工软铁的B-H曲线两种情况,说明了该数值算法的计算准确度及误差变化趋势,并分析了误差形成的原因。随着电流的加大铁芯会发生磁饱和,当磁饱和问题不严重时,数值算法的计算结果具有高准确度;随着电流的增加,铁芯发生磁饱和后误差迅速增加。实验中给圆柱形推拉式电磁铁施加不同大小的励磁电流,得到的输出推力结果与理论分析相符。     

地磁场在应力致磁畸变产生过程中的影响

学术界对地磁场在应力磁畸变产生过程中的作用存在不同的观点。为了研究地磁场在应力磁畸变产生过程中的作用,以10mm提离值测量了两个过盈装配在一起的圆环和圆销对比试样(对比试样分别在屏蔽地磁场和地磁环境中制成)表面的磁场。实验结果是在地磁环境中制成的试样表面磁场的幅度仅比屏蔽地磁条件下制成的试样表面磁场的幅度大0.85%,这说明在应力磁畸变产生过程中,地磁场几乎不起任何作用。     

矩形超磁致伸缩材料板内涡流密度的分布

导体在变化的磁场中会产生涡流而引起涡流损耗,为降低涡流损耗的影响,需要对导体中的磁场及涡流进行研究.在给出的垂直于激励磁场的超磁致伸缩材料矩形板内部磁场强度方程的基础上,利用此方程的求解结果,计算得到了由二重Fourier级数表示的材料内部涡流密度的分布函数及整个板内每秒的涡流损耗,数值模拟了板内涡流的分布形式.进一步地,分别考虑了外激励频率,材料的电导率与相对磁导率对涡流的影响.随外激励频率、材料的电导率及相对磁导率的增大,板内涡流密度随之都增大.     

软磁复合材料球形感应电机定子磁场分析

球形感应电机转子结构简单,均匀球体各方向的转动惯量相同,有助于减小电机多自由度运动时的转速波动,减小控制系统的设计难度．软磁复合材料(SMC)具有损耗小、适用于三维磁路设计、易于加工且成本较低的优越性．针对一种SMC材料的球形感应电机研究了其定子磁场的分析方法,首先,根据SMC球形感应电机定子线圈排布方式在空间中的对称性,提出了一种由单组线圈磁场综合球形感应电机整体磁场的研究策略,通过分析单组线圈通电磁场的等效磁路验证了该研究策略的可行性;其次,将球形感应电机单组线圈三维磁场简化为单组线圈二维磁场模型,进而建立了二维模型的等效磁网络模型并求解了气隙磁密分布,通过球谐波系数(SHC)的旋转变换获得了球形感应电机整体定子磁场;结合有限元仿真分析了等效磁网络模型同单组线圈三维磁场和单组线圈二维磁场的相对误差,相对误差的平均值分别为13.34%和18.53%,在气隙磁密较大的区间内,三者的相对误差最大不超过4.50%,从而验证了等效磁网络模型求取气隙磁密的正确性;最后,搭建了样机的软硬件实验平台,获得了不同工况下样机的气隙磁密数据．实验结果表明,样机的磁场特性与理论分析基本一致,验证了所提出的...     

超磁致伸缩执行器动力学模型及数值模拟

为提高超磁致伸缩执行器的控制精度,实现亚微米级的驱动与控制,准确描述执行器的动力学特性是关键环节之一.为建立超磁致伸缩执行器的动力学特性的数学模型,将Terfenol-D 棒作为粘弹性杆连续系统,将Terfenol-D棒在磁场驱动下产生的应变等效为磁-机械转换等效力,建立了执行器系统的一维波动方程,并采用有限元解法求解.模型的计算求解采用迭代方法,易于实现计算机控制.利用Matlab 7.0对不同频率等幅磁场驱动下Terfenol-D棒内的磁场-位移(H-u)曲线进行数值模拟仿真,仿真计算值与实验值误差在10%以内,表明建立的动力学模型能较好地反映磁致伸缩执行器的动力学特性.     

高温直流超导量子干涉器心磁图仪的研制

研制了用于心磁测量的直流高温量子干涉器,并建立了单通道高温直流超导量子干涉器心磁图仪. 根据临床诊断标准,在磁屏蔽室内依次调节无磁床的位置,采集了人体胸前平面5×5正方格子上各点的心磁数据. 实验结果表明,健康人与心脏病患者的心脏磁场信号存在明显差异. 利用该系统,可为心脏病的临床诊断提供有价值的实验数据.     

辊套材料的导磁性对铸轧区磁感应强度的影响

采用对比实验考察在新型材料辊套和合金钢辊套下铸轧区磁感应强度的差异;根据电磁场理论,研究上述2种辊套材料对铸轧区磁场的衰减和屏蔽效应.研究结果表明:合金钢辊套的相对磁导率为300,是新型辊套材料的300倍;合金钢辊套对磁场既具有衰减作用又具有聚磁效应,衰减作用使铸轧区的磁感应强度减小,聚磁效应使磁感应强度增大;合金钢辊套对磁场的聚磁效应比对磁场的衰减作用强,使铸轧区的磁感应强度增大5%左右.新型材料辊套对磁场只有衰减作用,使铸轧区的磁感应强度降低5%左右.当电磁感应器的励磁电流为10 A、励磁频率为13 Hz时,在合金钢辊套下比在新型材料辊套下铸轧区的磁感应强度大10%左右.从磁场利用的角度考虑,在电磁场快速铸轧技术中使用合金钢辊套比使用新型材料辊套更好.     

磁多谐振荡式微弱直流电流传感器

本文采用软磁坡莫合金环和场效应管设计了一种结构简单的非接触式直流电流传感器.这种传感器采用了磁多谐振荡器的电路结构,适合于微弱磁场和电流的测量.文中分析了测量直流电流时的工作原理,讨论了设计思想.研究表明,这种直流电流传感器灵敏度可达1mV/10μA,线性度可达2.4×10~(-4),精确度可达0.5%.