基于力磁耦合型的管道电磁应力检测解析模型研究

针对管道应力检测和定量化研究,提出一种基于电磁检测原理的管道应力检测方法。本文以J-A模型为基础,采用分子电流理论建立了管道力磁耦合模型,结合非磁滞条件下铁磁材料磁化曲线,利用管道力磁耦合模型解析计算了磁化方向上外磁场和应力对管壁表面磁场的影响规律,并进行了系统性实验研究。研究结果表明,随应力强度的增加,磁化方向上管道电磁应力检测信号呈现先增大后减小的变化趋势(变化方向翻转),翻转点前后均呈线性关系,但磁场信号变化速率改变,磁力学敏感度发生变化;随着外磁场的增加,在磁化曲线处于磁饱和(磁场强度大于20 KA/m)时,应力对铁磁材料磁化强度影响较小,磁场强度约为5 000 A/m时,应力对磁化强度影响较为显著。     

螺线管磁场中磁流变液悬浮分析

利用通电螺线管与铁心形成交变磁场,磁流变液中磁性颗粒在交变磁场中旋转,改变方向成链,在旋转过程中,非规则磁性颗粒对工件表面进行微切削。为了达到利用磁性颗粒对工件进行精密抛光的目的,需要形成磁流变缎带悬浮。设计新型结构,通过有限元方法对尖劈形磁场进行数值分析,分别给出了磁场强度和磁通密度随尖劈高度和螺线管宽度的变化规律。结果表明,尖劈结构优于无尖劈结构,随着尖劈高度的增加,磁场强度最大值逐渐减小,磁通量表现为先增加后降低,最大值位置发生变化;随着螺线管宽度的增加,磁通量最大值略有降低,但变化不大,其位置也是从铁心最低点变化到中间部位,磁场强度最大值先降低再升高,位置始终在尖劈处。以上研究结果为形成磁流体悬浮抛光的磁场设计提供了理论依据。     

均匀梯度磁场作用下的磁性流体摩擦性能试验研究

采用激光微加工技术制作不同孔径与密度的表面织构的摩擦副试样,设计制造一对可产生均匀梯度磁场的亥姆霍兹线圈,将其安置于改造后的UMT3摩擦试验机中,使摩擦副能在均匀梯度磁场内进行摩擦试验。以磁性流体为润滑油,考察不同载荷、运动频率下,不同表面织构的摩擦副试样在均匀梯度磁场作用下的摩擦性能。结果表明:适当孔径与密度的表面织构能提高磁性流体的摩擦性能;摩擦副表面织构在均匀梯度磁场作用下抗磨性能和极压性能明显提高;摩擦因数随均匀梯度磁场强度的增大而显著减小。     

行波微泵驱动参数对驱动效果的影响

提出一种新型的无阀机械微泵,它依靠微泵管道顶部铺设的压电薄膜阵列产生的超声行波来驱动微管道中的流体。根据超声行波驱动微流体的原理对微泵进行ANSYS有限元建模和CFX流固耦合计算,得到了选定模态下内边长为200μm的方形微泵管道中流体的动力黏度与微泵驱动能力的关系,以及驱动电压幅值和频率对管口流速的影响曲线。结果表明：驱动电压的幅值大小与管口流速成正比,且当驱动频率等于共振频率时驱动效果最明显;当流体动力黏度小于0.001Pa·s时微流体流速随黏度增大而线性增大,之后则缓慢减小。此外,通过CFX后处理得到了微管道中的截面流速矢量图,由矢量图可以看出,在行波驱动作用显著的部分流速分布呈现自微管顶部向下逐渐减慢的特点,而在行波驱动作用极微弱的部分则流速分布近似呈抛物线形状。     

硅油基磁流变液的制备及其特性

采用羰基铁粉和甲基硅油为主要原料,制备了不同密度的磁流变液;研究了磁流变液的密度与饱和磁化强度的关系,对不同密度试样的流变性能进行了测试.结果表明:试样的饱和磁化强度随密度的增加线性增加;在零外磁场作用下,试样的剪切应力同样随剪切速率的增加而线性增加,粘度随剪切速率的增加而降低,属于非牛顿流体;试样的屈服强度随外磁场强度的增加而快速增大.     

类鹅卵石表面结构阻流体无阀压电泵的试验

鹅卵石表面结构能促进液体流动,为此设计了一种类鹅卵石表面结构阻流体无阀压电泵,建立了其输出流量与流阻比的关系。仿真分析了该泵的泵腔流速分布,对比了其与半球缺阻流体无阀压电泵的流阻比,进行了两种泵样机的流量和压力差试验。结果表明：类鹅卵石表面结构阻流体无阀压电泵的流阻比大于半球缺阻流体无阀压电泵;在220 V驱动电压下,类鹅卵石表面结构阻流体无阀压电泵的最大输出流量和压力差分别为24.98 ml/min和32.5 mm,均优于半球缺阻流体无阀压电泵。     

磁场分布对磁性复合流体抛光材料去除率的影响

针对光学玻璃抛光效率和抛光精度不断提高的需求,提出采用磁性复合流体(Magnetic compound fluid,MCF)抛光轮进行抛光加工的方法,并自行研制出相应的抛光试验装置。运用标量磁位法、矢量叠加原理,建立MCF抛光轮外部空间磁场分布的解析表达式,通过对比分析磁铁磁场强度的解析计算结果和实际测量结果,说明解析表达式能较好地反映抛光轮外部空间磁场的分布规律。以Preston方程为依据,分析磁场产生的磁化压力对被加工工件表面材料去除率的影响规律;在自行研制的试验装置上利用磁性复合流体对熔融石英玻璃进行120 min的往复抛光加工,当两个环形磁铁采用NS-SN和NS-NS磁极布置方式时,最大材料去除深度分别为13 m和8 m,而且采用NS-NS磁极布置方式时,在工件中部的材料去除量几乎为零,因此NS-SN磁极布置方式由于其产生的磁场强度较大,从而导致其材料去除率也较大,验证不同磁场分布对熔融石英玻璃材料去除率的影响。     

磁流体在磁场中的粘度测试研究

针对磁流体在磁场中粘度测试的特殊性,研制了一种新型的旋转法磁流体粘度测试实验台,该实验台可通过测试带动工作气隙内磁流体作旋转剪切运动所需的力矩来推算得出磁流体的粘度,满足磁流体在磁场中的粘度测试要求。利用所设计的实验台对矿物油基Fe3O4磁流体的粘度进行了测试,研究了外加磁场、温度及磁流体中磁性颗粒含量对其粘度的影响规律。结果表明:磁流体的粘度随着外加磁场强度的增加而增大,当磁场强度增大到一定程度时,其粘度变化逐渐趋缓;随着温度的升高,磁流体的粘度呈不断下降趋势,在有外加磁场作用情况下,其粘度下降的幅度要远大于无外加磁场作用的情况;随着磁流体中所含磁性颗粒质量分数的增加,其粘度逐渐增大,当磁性颗粒质量分数小于30%时,粘度增加缓慢,但当质量分数超过30%以后,粘度则急剧增大。     

添加CaO对高磁导率Mn-Zn铁氧体磁性能的影响

以MnO、ZnO和Fe_2O_3为基础原料,固定其配比后,添加质量分数在01.0%的CaO,采用传统两步合成工艺制备Mn-Zn铁氧体,研究CaO对铁氧体微观结构和磁性能的影响。结果表明:随着CaO添加量的增加,Mn-Zn铁氧体的平均晶粒尺寸和烧结密度先增大后减小,2.2 MHz频率下的弹性磁导率先增大后急剧减小再略微增大,1T磁场强度下的饱和磁化强度先增大后减小,矫顽力先减小后增大;适量CaO可以改善Mn-Zn铁氧体的微观结构,降低铁心损耗;当CaO质量分数为0.4%时,Mn-Zn铁氧体在1T磁场强度下的饱和磁化强度最大,为46A·m~2·kg~(-1),2.2MHz频率下的弹性磁导率较大,为86.7,损耗功率较低,约为20kW·m~(-3),矫顽力较低,约为183.4kA·m~(-1),Mn-Zn铁氧体的综合磁性能较好。     

磁性流体超声振动光整加工的实验研究

通过实验建立一个交变的高频梯度磁场作用于磁性流体,使有强磁化特性的磁性流体产生交变的内压强,由于液体有较高的体积模量．从而引起磁性流体的体积变化,通过压电陶瓷换能器检测到磁性流体振动产生的超声波,发现并证实了磁性流体在交变梯度磁场作用下有磁致伸缩效应。可以产生超声振动。在磁性流体中混入非磁性磨料和防锈剂并施之以交变的高频梯度磁场,使磁性流体夹持磨料与之相接触的工件表面发生超声振动磨削,从而达到对复杂形面、内部型腔及细小管内壁等的光整加工。     

行波管磁场自动测量系统的设计与实现

介绍了一种行波管磁场自动测量系统,主要用来测量行波管磁聚束系统的轴向磁场强度和峰值场强。该系统由测试工作台、运动及控制装置、磁场测量装置和数据采集系统组成。软件结构采用模块化设计,使用Visual Basic语言编程,通过友好的界面实现行波管磁场的自动测量。     

行波离子迁移谱的行波脉冲电源设计及应用

基于行波的无损离子操作结构装置（TW-SLIM）是一种新型的可实现复杂气相离子操作的离子漂移管,是行波离子迁移谱（TWIMS）的核心器件,其利用行波脉冲电源提供振荡电场实现离子传输和分离。 针对行波无损离子操作结构特性,采用现场可编程逻辑门阵列（FPGA）作为行波脉冲信号源,使用集成半桥驱动器作为栅极驱动,以金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）构成的半桥拓扑电路作为脉冲输出级,使用可调高压电源作为半桥电路的直流母线电源,设计了一种行波脉冲电源。脉冲电源输出脉冲电压最大频率可达100 kHz,峰 峰值可达200 V,上升时间和下降时间均小于20 ns。在实验室自制的行波离子迁移谱仪器平台上测试了行波幅值和频率对离子传输和离子分离的影响。结果表明,当频率为10 kHz、幅值为35 V时,六（2,2 二氟乙氧基）磷腈的传输效率最高;在行波幅值不变时,随着行波频率的增大,离子信号强度减小。利用六（2,2 二氟乙氧基）磷腈和六（1H,1H,3H 全氟丙氧基）磷氮烯探究行波幅值和频率对离子基于结构分离情况的影响,在行波幅值不变时,随着行波频率增大,对2种离子的分离能力变强;在频率不变时,随着行波幅值增大,对2种离子的分离能力变弱。实验结果为行波离子迁移谱中的离子传输与分离机制提供了基本理解,该行波脉冲电源对于高分辨率TWIMS研发具有重要价值。     

大间隙磁力传动系统驱动规律的仿真研究

针对已提出的大间隙行波磁场驱动的磁力传动系统,采用现代计算技术和数值计算中的有限元理论,运用ANSYS软件的磁场分析功能,建立了磁力传动系统的实体模型和有限元模型,通过模拟永磁体的角位移和电磁体线圈的通电状态,对系统工作过程进行了仿真;研究了系统永磁体在转动过程中的受力情况和各参数对系统驱动能力的影响规律,并进行了实验验证。研究结果表明:通过增加线圈匝数、线圈通电电流、永磁体外径和永磁体磁化强度,减小电磁体和永磁体间耦合距离,将电磁体和永磁体的相对位置沿x方向两侧(左侧或右侧)置于5 mm～10 mm范围内等方法,可提高系统的驱动力矩。     

基于变耦合系数变压器原理的时栅位移传感器设计

原有的时栅传感器设计中采用了电机绕组产生旋转磁场的方案，但是电机定子绕组分布不均带来了误差。原有的差线栅传感器中采用了齿栅的结构，但实验表明它对齿的加工精度太敏感。本文提出了一种新的行波形成方法，实验表明，按此方法设计的新的传感器，可以解决上述2个问题。     

行波超声马达传动机理的研究（一）——运动传递机理及定子中存在弯曲行波的条件

首先基于几何分析法研究了压电行波超声马达的运动传递机理，重点分析了驻波的产生和行波的合成原理，与转子相接触的定子表面质点的椭圆运动。然后基于弹性动力学方法研究了在定子中存在弯曲行波的条件，得出旋转型压电行波超声马达定子中弯曲行波的产生是基于同频和同节线的两个正交弯曲振型的叠加规律，提出了对圆形薄板圆形对称的基本结构要求     

超声波液体传送装置的设计

提出了一种行波型超声液体传送装置,其传送机理是利用纵向振动的超声波换能器激起传送管上的弯曲行波,使输送管管壁质点产生椭圆运动从而在液体中产生声流来驱动液体运动。从理论上证明了超声波液体传送装置中行波和声流的存在,并建立了有限元模型。该装置具有结构简单、响应迅速和噪声小等特点。     

大间隙磁力传动系统设计及性能比较

为提高大间隙、高转速条件下磁力传动系统的可靠性,研究了行波磁场驱动的大间隙磁力传动技术.在分析系统主动磁极(电磁体)和从动磁极(永磁体)之间运动状态的基础上,确定了系统电磁体磁极状态切换方法和永磁体运动状态的关系,提出了3种系统驱动方案;基于磁路基本原理,通过磁场分析、系统传递力矩计算模型的建立和系统空间磁场的实验研究,确定了具有较强驱动能力的系统设计方案.     

结构扰动的行波主动控制

将结构的扰动视为行波的传播,通过主动控制波的传播路径来实现对扰动的控制,通过主动控制器的作用,扰动能量在上游被抑制或吸收掉,下‘游的能量达到最小．按照行波模型导出了两点测量、两点施加控制的控制律,仿真结果表明行波控制器能达到相当好的控制效果。     

Prewitt 霍尔磁梯度张量系统结构设计

为实现高速磁浮轨道长定子行波主漏磁场小空间、mT量级磁梯度张量的准确测量,将图像边缘检测领域的Prewitt梯度算子进行实例化,设计了一种由8只霍尔磁敏传感器构成的小体积、低成本的磁梯度张量测量结构。通过空间冗余的手段,克服了霍尔磁敏传感器零点偏移大,灵敏度一致性差的特点,也为传统磁梯度张量测量系统传感器的空间布局提供了一种新的思路。实验结果表明,相对传统十字形、正方形结构,Prewitt结构可将多传感器上述两种参数不一致导致的测量误差分别减小至原来的-10.4%和58.1%,有效降低了测量系统对传感器参数一致性的要求,避免了复杂高成本的三轴传感器标定与误差校正环节。     

直线型行波超声马达的研究

从理论上证明了用于直线型行波超声马达的波形成的可行性。并用制作的两个超声压电换能器、自由－自由梁和滑块组成了一台直线型行波原型超声马达。试验表明：这台直线型原型超声马达能作直线往复运动。