非对称勾形磁场的三维优化设计与实现

根据坩埚内熔体对流的类型和分布区域,分析控制对流对勾形(cusp)磁场磁感应强度和磁场位形分布的要求,提出了磁场优化设计目标。采用有限元三维(3D)建模法对cusp磁场进行了建模,利用所建立的模型对比了对称结构和非对称结构对磁场位形分布的影响,分析了在非对称cusp磁场线圈横向层数一定的情况下磁场纵向层数、屏蔽体厚度、上下线圈间距对磁感应强度、磁场位形、磁场功率的影响,优化了磁场结构;根据优化的结构参数制造了磁场并进行了实验测试,结果表明非对称cusp磁场的位形分布与设计结果一致,从而验证了3D优化建模方法的有效性。     

电磁软接触连铸圆坯结晶器磁场分布数值模拟研究(Ⅰ)——数学物理模型及数值计算结果的实验验证

描述了自行设计的电磁软接触圆坯连铸结晶器,给出了相应的三维圆坯连铸结晶器电磁软接触电磁场的数学模型.采用有限元方法对数学模型进行数值求解,在对数值计算结果进行实验验证后,系统地研究三维圆坯连铸结晶器内磁场分布.数值解与实验结果误差小于5%.分别考察了结晶器结构参数,钢液液面高度、电流强度等参数对结晶器内磁场分布的影响.定量地得到了结晶器内磁感应强度随各种结构参数和操作参数变化的规律.为电磁软接触连铸圆坯结晶器的设计和实际操作提供了理论依据.     

超磁机器鱼游动数值模拟及其控制

针对管道中微小型机器人的研究和开发,提出一种利用外磁场驱动起小型机器鱼的研究方法.采用合金薄板模拟鱼尾骨架,贴在该薄板的超磁致伸缩材料模拟鱼体肌肉,建立了该问题的力学模型.通过研究机器鱼的游动机理,设计了一种机器鱼的超磁动力驱动器(GMMA).利用调整外界磁场频率,实现神经模拟以控制鱼尾摆动,即机器鱼的游动.结果表明,鱼尾摆动平均驱动力的大小取决于鱼尾的材料参数、几何参数和外磁场频率.特别是当外磁场频率接近系统固有频率时,该驱动力相对较大,该结论可作为鱼尾设计和控制的主要思路和依据.     

钻杆外螺纹检测中磁化器的有限元分析与设计

提出了一种采用有限元法对钻杆外螺纹检测中磁化器的各项几何参数进行设计的方法.以齿根有1.0mm深0.2 mm宽的根部裂纹、其管体直径为φ127的钻杆为例,分析了磁化器各项几何参数的变化对缺陷所产生的漏磁场的影响,得到了漏磁场水平分量随磁化器几何尺寸改变时的变化规律,通过实验对根据上述方法设计的磁化器进行了验证,实验结果与有限元分析结果完全相符.研究结果有助于从整体上设计磁化器,改善磁化效果,提高漏磁检测灵敏度,进而为漏磁检测中磁路的优化设计提供了依据.     

基于电压源复数有限元的单相感应电动机性能计算

为提高单相感应电动机设计计算的准确性,并兼顾设计计算时间,将磁场方程和单相感应电动机的定转子电路方程相耦合,导出了电压源驱动的复数有限元模型,并将其与等效电路相结合,应用于单相感应电动机计算机辅助设计,采用电压源复数有限元法模拟空载实验和短路实验以准确计算等效电路参数,用等效电路计算感应电动机的性能.对实际电机进行性能计算和试验,计算结果与试验结果吻合较好.     

电势法和磁场法在直流电弧炉电弧射流数值模拟中的对比

针对直流电弧炉冶炼过程,在二维近似条件下,利用PHOENICS程序对直流电弧炉内电弧射流的磁流体力学模型进行了数值模拟,分析了电势法和磁场法在电弧射流数值模拟研究中的异同,并将这两种方法的计算结果与已有的实验结果进行了比较.结果表明,磁场法的计算结果高于电势法且与实验结果更加接近;但从数值模拟的角度看,电势法更易实现.     

大方坯连铸结晶器电磁搅拌三维电磁场的数值模拟

借助ANSYS有限元分析软件对240mm×280mm大方坯结晶器电磁搅拌磁场进行了数值模拟,系统研究了电磁搅拌参数对结晶器内磁场和电磁力的影响规律.结果表明:磁场在结晶器电磁搅拌器内产生的旋转电磁力在水平截面上形成一对力偶,驱使钢液顺时针旋转;结晶器高度方向上磁场分布呈"两端小中间大"分布特征.数值计算的磁感应强度与实测结果基本吻合.提出了杭钢大方坯45#钢电磁搅拌优化后的工艺参数为电流350A和频率3Hz,实验表明在此工艺参数下铸坯质量得到显著提高.     

TIG焊外加磁场的ANSYS模拟

针对外加纵向磁场的TIG焊接时,与电极同轴的单个轴对称空心圆柱线圈在恒定励磁电流作用下产生的纵向磁场,采用有限元分析方法建立了TIG焊外加纵向磁场的计算模型,应用ANSYS软件对TIG焊外加纵向磁场进行了模拟.对外加纵向磁场纵截面分布、磁场径向分量的分布规律对焊接行为的影响进行了分析.通过实验验证了模拟结果与实测值的一致性,并对模拟结果的偏差进行了分析.     

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.     

有限长通电螺线管内部空间磁场的模拟

利用叠加原理 ,用计算机模拟计算出有限长通电螺线管内部空间的磁场分布 .结果表明 ,除了螺线管两端之外 ,其内部为非常好的均匀磁场分布 .通过与实验测量结果的比较 ,说明该模拟方法是正确的     

混合式磁流变弹性体隔振器多目标优化设计

针对现有磁流变弹性体隔振器功耗大、产生磁致刚度小的问题,以低功率和大磁致刚度为优化目标,对剪切和压缩磁流变弹性体及相关结构参数同时进行多目标优化设计。建立隔振器磁致刚度、功率及其他关键数值计算模型;分析磁场影响及磁路饱和情况,采用遗传算法进行多目标优化,在低功率和大磁致刚度之间寻得平衡,得出最优解;利用Ansoft-Maxwell软件对优化后的参数进行了仿真,仿真结果与计算结果一致。结果表明：优化后可保证压缩磁流变弹性体最先达到饱和状态;总磁致刚度提高49.67%,功率降低48.69%,总磁致刚度与功率改善效果明显,为后续结构设计及实测提供理论和实验依据。     

空心阴极磁约束氦放电中电子运动计算机模拟

采用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法，模拟了磁场影响下矩形空心阴极放电中电子的运动及其产生非弹性碰撞情况，得到了终止条件下电子的能量分布、空间分布，以及离子的空间分布．磁场的引入改变了电子的行程和产生各种非弹性碰撞的次数与位置，影响了整个放电过程．电子的各种参数分布的差异，正是由少数非弹性碰撞决定的．通过模拟得到：在恰当的磁场强度下，可改变电子的位置和能量分布，使总的离化数增加，改变负辉区和阴极位降区的离子分布，这对于更有效地控制激励、溅射和转荷反应过程，稳定放电有一定的指导意义．     

等离子体离子源磁场分布数值计算

在离子源的设计中，为了减少等离子体的器壁复合损失，经常采用磁场对等离子体进行约束；但磁场分布的复杂性，给实际测量带来了困难。介绍采用磁荷法对低能辐照离子源中磁场分布进行计算，给出了计算结果，并讨论了误差可能产生的原因及其影响。计算结果对于离子源设计中的阴极热电子发射、离子束有效引出面积确定体的有效约束等重要问题有一定参考价值。     

基于缺陷磁流体光子晶体的磁场传感器研究

基于磁流体的折射率可随外磁场的变化而变化,提出利用传统的电介质材料和磁流体构成含缺陷的光子晶体结构来实现磁场传感。光子晶体缺陷层可以是传统的电介质,也可以是磁流体。利用传输矩阵法比较研究了两种情况下的磁场传感特性。计算结果表明,两种结构的缺陷模特性随光子晶体结构参数的变化规律基本相同,但以磁流体为缺陷层的缺陷光子晶体结构具有相对较高的探测灵敏度。研究结果为实际磁场传感器的设计、制备提供了参考。     

磁集成技术中磁性元件等效电路模型的研究

对磁件等效电路模型进行了概述，提出了一种新的磁件等效电路模型．新模型既能反映磁件的结构，又能方便电路分析计算，并且通过它建立起4类磁件等效电路模型的关系图，证明了4类磁件等效电路模型具有同一性．针对磁件的非线性磁饱和特性，在回转器-电容建模中引入了磁开关元件，简化了已有的处理方法的计算，仿真结果表明了该处理方法的可行性和准确性．最后，针对在建立各类等效电路模型过程中存在的参数确定难问题，指出利用电磁场分析软件可以解决这一问题．     

永磁体在磁流体中自悬浮能力的数值计算

永磁体能否在磁流体中自悬浮,是实现磁流体惯性传感器的关键。通过标量磁势法计算封闭容器里永磁体在磁流体中产生的磁场以及对磁场分布进行数值计算,借助边界积分求得永磁体在磁流体中的受力大小,分析永磁体在磁流体中的悬浮能力。结果表明,在没有外磁场作用情况下,合理选择磁流体、永磁体及容器参数,可以实现永磁体在磁流体中自悬浮。     

佳拉洁雅装置中溜槽线圈位置参数对等离子体注入的影响

佳拉洁雅型磁约束装置是非托卡马克磁约束装置的一种。溜槽线圈是等离子体通道的重要组成部分,溜槽线圈的作用是削弱磁阱障壁磁场的磁感应强度,实现等离子体顺利注入磁阱。溜槽线圈的参数会对注入效果产生不同的影响。为了获得更佳的注入参数,将更多地等离子体输运到磁阱,研究了等离子体入射线角度和溜槽线圈与磁阱相对位置对等离子体入射线上磁场强度的影响;并利用有限元仿真软件COMSOL建立了仿真模型,仿真分析了不同参数下的等离子体注入情况。仿真结果表明,当等离子体入射线角度为20°,溜槽线圈距磁阱距离为23 cm时,等离子体注入磁阱的效果最好。     

弱磁检测漏磁信号影响因素实验与仿真研究

弱磁检测能够有效地发现钢筋、钢绞线等铁磁构件因锈蚀产生的结构受损;但是这些铁磁材料会因所在地点、所受地磁场磁化时间的不同,从而使其在弱磁检测中所受的地磁场强度与自身磁化程度也不同。所以,为了探究地磁场与自身磁化对采集到的漏磁信号是否存在影响,在此通过磁屏蔽与退火的方法控制地磁场与自身磁化强度两个变量,进行漏磁信号检测对比实验。为了进一步分析实验结果,采用COMSOL软件对实验进行仿真模拟。结果表明:地磁场对漏磁信号只存在数值上的影响,不会明显改变漏磁信号的变化规律;而自身磁化才是影响漏磁信号规律的主要因素。与此同时,仿真结果也与实验结果保持一致。     

磁编码器多极磁鼓表露场分布研究

基于磁编码器多极磁鼓表露场分布的均匀磁化理论模型,采用数值分析方法计算磁编码器多极磁鼓的表露场分布,得到了多极磁鼓的表露场分布的数值表达式．