地磁导航中载体涡流干扰场特性的仿真分析

地磁导航中的测量误差是影响地磁导航精度的关键因素,而包括涡流磁场在内的载体干扰磁场是产生误差的主要因素。目前各种运载体大量使用铁磁性材料,这样不可避免地会引起涡流磁场等干扰磁场。因此文中采用COMSOL Multiphysics仿真软件,建立了高速运动载体的涡流干扰场仿真模型。首先研究了永磁体与匀强磁场之间的关系,发现永磁体的剩磁越强,匀强场也越强,为模拟地磁场提供了理论依据。其次分析了载体在匀速转动时涡流磁场对地磁测量的影响,最后研究了载体摆动时的涡流场的分布。结果表明涡流磁场随着速度的增大而增强,且涡流磁场主要分布于载体中间位置。仿真结果为下一步地磁导航中的误差建模以及磁场校正技术的研究提供了理论依据。     

设计磁压以减小高频电感器线圈损耗技术的研究

应用有限元仿真软件研究了高频开气隙功率电感器线圈窗口磁场特征及其引起原因.研究结果表明,气隙(磁压)位置对电感器线圈窗口磁场分布有重要影响,进而严重影响线圈涡流损耗.提出通过设计电感器磁压以减小其线圈涡流损耗的设计方法,对一些采用标准化以及非标准化磁芯的高频功率电感器线圈涡流损耗进行了分析与设计,并给出设计准则.有限元仿真验证了该设计方法可以有效、方便地指导减小高频电感器线圈涡流损耗的研究.     

平面电涡流线圈的结构参数设计

为提高平面电涡流传感器的灵敏度,以Biot-Savart-Laplace定理为基础,研究了传感器线圈结构参数对其灵敏度的影响。推导了平面电涡流线圈的磁场分布梯度公式,仿真计算、分析了不同结构参数条件下线圈的磁感应强度-距离曲线,并进行了实验验证。结果表明:增加外径和圈数,减小内径,可以有效地提高平面电涡流线圈的灵敏度。     

盘形涡流制动装置中电磁场涡旋源密度变化分析

研究涡流电磁场的基本定律和作用关系,探究感应盘上的涡流电磁场的基本特征,对静态磁场在旋转导体上产生的涡流以及涡流感应电场对磁场的影响进行分析。从计算衍生电磁场涡旋源密度变化对磁电作用的影响,提出了周期变化的涡流感应电场对励磁线圈电流影响即产生互感效应的推论。推导涡流制动过程中旋转磁场变化特征,并对制动盘上感生电流即涡流分布进行分析。     

MR-J型磁流变阻尼器性能测试与阻尼力预估模型

磁流变阻尼器阻尼力预估模型易受磁流变液磁感应强度一剪切屈服强度（B－τ）曲曲线精度及磁芯饱和效应的影响．导致阻尼器的预估阻尼力与实际阻尼力有较大偏差．针对上述问题,设计并制作了2个磁芯可更换的MR—J型磁流变阻尼器,通过对阻尼器的磁场分布和动力性能的测试,研究了磁芯面积、活塞节段数及磁场分布对阻尼器力学性能的影响：结合实测结果与有限元分析结果,提出了B－τ曲线的实用识别方法,建立了考虑磁芯饱和效应的阻尼力预估模型研究表明：磁流变阻尼器的磁场分布和阻尼力随磁动势上升存在明显的磁芯饱和效应,且阻尼器的饱和磁动势随磁芯面积增大而增大;所提出的磁流变液B－τ曲线实用识别方法能正确描述阻尼器实际工作状态下磁流变液的性能参数：所提出的阻尼力预估模型能较为精确地预估磁流变阻尼器的实际阻尼力．     

基于条件生成对抗网络的涡流磁场深度换算

为提高舰船磁隐身能力,对舰船涡流磁场的深度换算进行研究,以满足消磁勤务的要求.首先,采用COMSOL仿真软件,使用有限元法进行铜板涡流磁场建模,通过外加磁场的改变模拟产生的两个深度涡流磁场,建立涡流磁场数据库;然后,在此基础上使用条件生成对抗神经网络(CGAN)对涡流磁场数据进行训练和学习,建立不同深度的涡流磁场推算模型.得到的模型对涡流磁场的推算准确度较高,训练结果较好,对实际的涡流磁场研究有指导意义.     

基于GMFM的脉冲涡流检测亚表面腐蚀缺陷成像技术

将磁场梯度测量技术和脉冲涡流检测技术有效融合,集中探究基于脉冲涡流磁场梯度信号的亚表面腐蚀缺陷成像手段及其优势性。首先,采用三维有限元仿真分析了脉冲涡流磁场梯度信号在亚表面腐蚀缺陷成像中的有效性和优势性,模拟仿真结果显示磁场梯度信号对于缺陷边缘的检测具有优势。基于模拟仿真结果,搭建了一套脉冲涡流检测实验系统,通过成像实验比较了基于两类信号的亚表面腐蚀缺陷扫描结果,并进一步研究了该类缺陷的成像技术。成像结果表明采用磁场梯度信号可实现对缺陷边缘的高效成像,基于磁场梯度测量的脉冲涡流检测技术较传统脉冲涡流检测技术,具有高效、高灵敏度的优势。     

基于脉冲涡流磁场梯度检测的多层金属结构层间腐蚀缺陷成像

多层金属结构常见于大型、复杂装备中,由于其恶劣的服役环境结构层间易出现腐蚀缺陷,严重影响在役装备结构的质量与安全。本研究通过仿真和试验研究,探究了脉冲涡流磁场梯度检测方法在多层金属结构层间腐蚀缺陷成像中的实现手段及优势性。建立了脉冲涡流磁场梯度检测的三维有限元模型,仿真分析了脉冲涡流磁场梯度检测方法在多层金属结构层间腐蚀缺陷成像中的有效性和优势性。搭建了脉冲涡流磁场梯度检测试验系统,对仿真结果进行了验证。研究结果表明脉冲涡流磁场梯度检测方法可对多层金属结构层间腐蚀缺陷进行高精度成像。     

外加磁场下类氢施主杂质量子点中的激子

利用精确对角化方法计算了外加磁场下类氢施主杂质量子点中的激子的束缚能,发现系统的束缚能随着量子点的束缚势的增大而减小,随着外加磁场的增大而减小.     

基于新型脉冲涡流传感器的裂纹缺陷定量检测技术

传统脉冲涡流检测技术采用反射型传感器,其通过一个圆柱形的激励线圈来产生激励磁场,采用检测线圈或霍尔传感器来检测扰动磁场,然而由于激励磁场要比缺陷引起的扰动磁场强很多,使得这种结构的传感器对缺陷的检测灵敏度不高,需采用差分的方法来增强缺陷信息.提出了一种新型脉冲涡流传感器,其通过采用矩形激励线圈来改变激励场的空间分布,使得无需差分就可以对缺陷进行定量.在分析该新型脉冲涡流传感器检测原理的基础上,采用仿真和实验相结合的方法研究了其对裂纹缺陷长度和深度进行定量的效果,仿真与实验结果相一致,证明了该传感器的有效性.     

高饱和柔性纳米晶磁芯在电动汽车无线充电中的应用

采用一种具有高饱和限值与高柔性的新型纳米晶磁芯,以解决主流Mn-Zn铁氧体磁芯在大功率应用中易磁饱和且机械性能差等问题。针对纳米晶材料电阻率小,85 kHz下涡流损耗较大,提出晶粒细化热处理工艺与交错层叠式拼接工艺来改善其涡流损耗。基于有限元仿真分析,初步验证了工艺优化的可行性,并采用4种不同磁导率的纳米晶磁芯与铁氧体磁芯对比。通过静态参数分析与7.7 kW下的效率测试与温度测试,工艺优化后的纳米晶磁芯取得显著效果。在11 kW抗饱和测试与磁泄露测试中,性能最优的DOE4纳米晶即使厚度减小到2 mm,线圈间AC-AC交流传输效率仍保持在97.408%,磁芯最高温度只有80.9℃,漏感完全满足ICNIRP2010限值要求。相反,铁氧体磁芯难以承受交变强磁场作用,并发生局部碎裂和过温。     

新型方向性自差分涡流传感器的仿真设计与研究

传统涡流检测技术采用一个圆柱形的激励线圈来产生激励磁场,通过用检测线圈来收集扰动磁场,然而由于激励线圈引起的磁场要比缺陷引起的扰动磁场强很多,这种结构的传感器对缺陷的检测灵敏度低,需采用差分的方法来获取缺陷信息。提出了一种新型涡流传感器,其通过采用矩形激励线圈来改变激励磁场的空间分布,使得无需采用差分方法就可以获得缺陷信息。在对新型传感器进行原理分析的基础上,仿真分析了其与传统传感器探头缺陷检测灵敏度之间的差异。并对传感器尺寸和激励频率进行了优化设计,最后验证了该新型传感器对缺陷长度的定量检测能力。仿真结果表明,该新型传感器具有较高的检测灵敏度和缺陷定量精度,为以后单激励多检测阵列涡流传感器的研究奠定了基础。     

感应式热水器磁热耦合分析

根据液体感应加热和金属体感应加热原理的相似性,推导液体感应加热磁场、涡流和温度场分布方程,建立感应式热水器数学模型.根据数学模型,设定磁场和温度场的边界条件、模拟材料随温度变化特性并建立系统供电电路模型,重点利用分步迭代法进行磁热耦合计算.得出加热体的磁场分布、温度场分布、涡流功率密度,以及发生集肤效应区域提供系统主要能量和控制磁力线逸散能提高加热效率的结论.最后,根据仿真模型预测加热效率,提出系统优化设计方案.     

带包覆层铁磁性金属管道局部腐蚀的脉冲涡流检测

为提高脉冲涡流检测技术在检测包覆层下铁磁性金属管道局部腐蚀时的灵敏度,从仿真和实验两个方面对探头设计进行了研究.采用反向联接结构的双线圈作为激励源,达到线圈电流不过大而磁场能够在局部得到聚焦增强的目的.采用有限元仿真比较了单线圈和双线圈激励时磁场及涡流的分布情况和对局部腐蚀型缺陷的检测灵敏度,并进行了系列检测对比实验.仿真与实验结果相一致,表明使用反向联接双线圈激励探头对带包覆层管道局部腐蚀类缺陷进行脉冲涡流检测可以达到远高于单线圈激励检测的灵敏度.本研究可为带包覆层金属管道局部腐蚀的脉冲涡流检测探头设计提供参考.     

人体加热治癌中能量分布的计算

提出了一种适合于人体感应加热时多层媒质的三维涡流场的数值计算方法，并用互补变分法、数值解法求出的磁场强度来计算涡流的分布。为验证这种方法，计算了一个放在均匀交变磁场中的导体球的磁场和涡流，结果与理论值相符。用这种方法对人体内涡流进行计算，得出了人体模型内功率密度的分布情况。     

磁性纳米粒子的磁声谐波成像研究

磁性纳米粒子(MNPs)具有良好的磁响应、生物相容性和降解性等优点,在早期肿瘤诊疗中得到了广泛应用.本文基于MNPs在交变磁场激励下的磁声谐波响应,利用锥形磁芯的汇聚作用,开展了基于MNPs的磁声谐波成像研究.首先构建锥形磁芯的电磁激励模型,产生了具有大磁场强度/梯度分布的磁场区域,并基于MNPs的磁矩、机械振动和声传播研究了有效磁场区域内粒子的声辐射特性,推导了磁声谐波响应声压公式,实现了基于磁声谐波声压的二维扫描成像;然后研究了非理想锥尖条件下平顶高度对有效磁场区域半径、声压以及穿透深度的影响,结果表明非理想锥尖可以提高磁声谐波响应和穿透深度,但会一定程度降低谐波成像分辨率;最后利用环形坡莫合金的磁屏蔽效应来减小有效磁场区域,提高MNPs谐波成像的分辨率和对比度,在生物组织的浅表成像中展现良好的应用价值.     

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.     

铝板材电磁超声兰姆波换能器的有限元分析及优化设计

电磁超声兰姆波换能器由于其激发的兰姆波具有多模式、频散性和信号较弱的特点,在一定程度上限制了其发展及应用。针对增强电磁超声兰姆波信号强度问题,提出了一种优化设计方法。通过在永磁铁和线圈之间加入超微晶叠片来减小永磁铁表面的涡流,增加试件中的涡流,同时改善静磁场的分布,从而增强铝板中的信号强度。重点研究了超微晶对电磁超声信号的影响,采用有限元软件进行仿真分析,并进行了实验验证。实验结果表明,该优化方法能够有效增强兰姆波信号强度。     

铁磁性导电薄板中磁损耗的理论计算

铁磁性导电薄板是实际中应用的铁磁性器件中最常见、最基本的物理模型.本文给出了在交变磁场的作用下的各向同性的铁磁性导电薄板中涡流效应产生的磁损耗的理论计算公式.结果表明减小铁磁性导电薄板的电导率和薄板厚度,是减小铁磁性导电薄板中由涡流效应引起的磁损耗功率的有效方法.     

磁共振成像中涡流效应的仿真

为研究涡流对磁共振(MRI)图像的影响,提出了MRI中涡流效应的仿真方法。在基于Bloch方程的仿真方法的基础上增加描述涡流的数学模型从而实现MRI中涡流效应的仿真。为验证仿真结果,首先在一台0.3 T永磁MRI系统上测量涡流模型的参数,然后在该系统上设计并实现了带有附加梯度的自旋回波(SE)序列用以显示零阶涡流的影响。仿真图像和实际图像均显示了与理论分析相符的混叠伪影,同时利用仿真程序补偿实际接收信号,可以明显地减小重建图像的伪影。以上实验结果验证了仿真程序的正确性。