一种集群式指状电磁铁的结构设计及研究

合理的磁路结构及均匀的磁场强度对磁流变抛光效果起着至关重要的作用,基于电磁铁的特性并结合集群磁流变技术,设计了一种集群式指状电磁铁。详细分析了集群式指状电磁铁的结构设计,通过Ansoft有限元仿真对集群式指状电磁铁的结构进行仿真及优化。优化结果显示：当凹槽间隙为1 mm、凹槽深度为2 mm且凹槽进行圆弧处理时,两磁极磁指区域表面可以获得比较均匀的面域磁场。经试验证明,磁极头磁指处磁感应强度的测试曲线与仿真曲线趋势吻合度达87.5%,符合集群效应,磁场强度满足集群磁流变抛光的要求。     

磁流变阻尼器阻尼通道结构参数对响应时间的影响研究

通过ANSYS软件进行磁场仿真得出了不同磁流体通道间隙,磁极长度,磁极形状以及磁回路厚度下磁流变阻尼器磁感应强度随时间变化的曲线图。通过分析磁场仿真结果得出:随着磁流体通道间隙的增加,其响应时间呈上升趋势;随着磁极长度的增加,其响应时间减小;磁极表面有不同形状,当磁极表面形状为平面且有圆弧倒角时其响应时间最短;活塞磁场未饱和时,随着磁回路的厚度的增加其响应时间增大,当活塞磁场饱和时,磁回路的厚度对磁流变阻尼器的响应时间不会产生影响。     

集群磁流变磁场分布模型与优化设计

为了增加磁流变抛光过程中抛光膜的有效面积以及实时调控抛光膜产生的抛光力,解决磁流变抛光时磁力线主要集中在磁铁边缘,磁铁中部磁场较弱不利于抛光膜的形成,抛光膜的面积大大减小导致效率低下等问题。通过对铁芯打倒角和开不同边缘角的环形槽的方法,减弱磁铁的边缘效应,优化了电磁铁上方2 mm的磁场分布,利用集群原理提高抛光膜的面积。仿真结果表明开边缘角为75°的环形槽磁场分布最优,优化后的电磁铁中心磁场强度均大于300 mT,最大磁场强度为420 mT。电磁铁上方磁场强度变化梯度减弱,由优化前的200 mT变为80 mT,更有利于磁流变液的均匀分布。因此铁芯开一定角度环形槽和倒角,并运用集群原理,能为磁场分布提供了一种有效的优化方法。     

磁流变剪切屈服应力测试仪磁路仿真与分析

为探究一种平行圆盘磁流变剪切屈服应力测试仪的磁场特性,结合磁路欧姆定律和安培环路定理介绍该测试仪的磁路组成,并在ANSYS软件中对磁路进行了磁场仿真;然后对该测试仪的磁场均匀性、磁场强度以及测试精度进行了实验分析;仿真结果表明,工作间隙的磁场强度分布基本均匀,且随着励磁电流的增大而增大,当励磁电流为3.0A时,工作区域的磁感应强度可以达到0.9T;实验结果表明,该磁流变剪切屈服应力测试仪能满足磁流变液特性测试的需要。     

基于Ansoft的磁流变减振器磁路设计与试验研究

磁流变减振器设计的核心内容之一是磁路设计,其减振性能的好坏与磁路设计息息相关。基于Bingham模型的本构阻尼力学模型,利用磁路欧姆定律进行磁路设计,并得到磁流变减振器具体的磁路参数。系统地分析了各结构材料的选择,基于有限元电磁场仿真软件Ansoft建立磁路仿真模型,分析各结构材料的磁饱和状态。仿真结果表明阻尼通道工作间隙处最先达到磁饱和。探究活塞总成不同的结构尺寸对磁流变减振器磁场分布的影响,结果表明阻尼通道工作间隙大小设计在0.8～1.5 mm之间,阻尼通道工作间隙的有效长度设计在6.25～8.25 mm之间,活塞外套厚度设计在2.75～3.75 mm之间比较合理。最后通过台架试验验证自制磁流变减振器磁路设计的可靠性,试验结果表明该结构磁流变减振器的减振性能良好。根据磁路设计理论并基于Ansoft有限元电磁场仿真软件验证的方法为磁流变减振器的磁路设计与后续结构优化提供了依据。     

改进型的磁流变液剪切应力测试仪

针对圆盘缝隙磁场分布不均匀、磁场强度低和注液不方便等问题,对自行研制的旋转圆盘式磁流变液剪切屈服强度测试仪进行了改进.运用ANSYS磁路仿真软件对剪切圆盘机构的磁路进行了优化设计分析,对产生漏磁的部件和结构进行了改进,使测试圆盘所在区域的磁场强度的均匀性得到了加强;当电流为1.6 A时,圆盘间隙处的平均磁感应强度可达0.9 T;同时该测试仪的测试结果表明,Herschel-Bulkley模型可以较好地拟合MRF屈服后区的非线性特性.     

混合模式下磁流变阻尼器设计与仿真

本文以一种混合模式磁流变阻尼器为研究对象,基于Bingbam模型推导了混合模式下磁流变阻尼器阻尼力表达公式,开展了磁流变阻尼器磁场有限元仿真分析,研究了不同电流工况下工作间隙磁场分布规律,仿真结果表明：工作间隙磁场强度随励磁电流大小增加而增加,电流2.0A时达到磁流变液磁饱和点。研究结果为磁流变阻尼器设计与减振应用提供了理论指导。     

磁流变抛光磁路的结构设计及有限元仿真

合理的磁路结构及磁场强度是决定磁流变抛光效果的关键所在。根据磁流变抛光要求设计了电磁铁磁路结构,建立了磁路结构和磁场强度分析模型。通过静态磁路理论和标量磁位分析,获得了相应磁路结构的磁场强度分布状况,并采用有限元分析软件ANSYS进行仿真,进而验证了磁路结构对磁流变抛光工艺的适应性和有效性。     

圆盘式磁流变制动器磁饱和有限元分析

针对磁流变器件的磁饱和程度不明,提出了一种评估磁饱和率。对圆盘式磁流变制动器进行磁场有限元分析,并用磁饱和评估函数进行评估。结果表明,输入电流为2 A时,制动器刚好达到磁饱和。根据磁饱和分析进行结构优化,用磁饱和评估函数和评估磁饱和率对优化前后的制动器进行分析。结果表明,优化后的制动器,制动力矩增大了57%,磁饱和程度降低了0.92%。进一步地,在等磁动势情况下,对三类磁流变制动器进行磁场有限元分析。结果表明,异向绕组侧壁型抗磁饱和能力最强,外沿型抗磁饱和最弱;外沿型工作间隙磁感应强度分布较为均匀,而侧壁型工作间隙磁感应强度分布极为不均匀;对于侧壁型制动器,同向绕组工作间隙磁感应强度比异向绕组较为均匀。     

集群磁流变平面抛光加工技术

基于磁流变效应和集群原理提出集群磁流变效应平面抛光技术,对磁极排布方式、端面形状及其尺寸的磁场特性进行静磁场有限元分析优化,结果表明,选取圆柱平底磁极进行同向规律排布时容易形成由多个独立"微磨头"组成的柔性抛光膜,能实现加工表面与"微磨头"的实际接触面积最大化。通过设置"微磨头"尺寸及数量与工件的接触状态,对K9玻璃、单晶硅和单晶6H-SiC三种硬脆材料基片加工出弧形抛光带,试验验证集群磁流变效应抛光膜的集群特性。对加工表面与抛光盘表面之间的间隙、加工时间、磁感应强度和转速等集群磁流变平面抛光工艺参数进行试验优化,并采取优化工艺对三种硬脆材料进行30 min抛光,K9玻璃表面粗糙度从Ra0.34μm下降到Ra1.4 nm,单晶硅从Ra57.2 nm下降到Ra4 nm,单晶SiC从Ra72.89 nm下降到Ra1.92 nm,均能获得纳米级粗糙度表面。     

集群磁流变变间隙动压平坦化加工试验研究

为了提高光电晶片集群磁流变平坦化加工效果,提出集群磁流变变间隙动压平坦化加工方法,探究各工艺参数对加工效果的影响规律。以蓝宝石晶片为研究对象开展了集群磁流变变间隙动压平坦化加工和集群磁流变抛光对比试验,通过检测加工表面粗糙度、材料去除率,观测加工表面形貌、集群磁流变抛光垫中磁链串受动态挤压前后形态变化,研究挤压幅值、工件盘转速、挤压频率以及最小加工间隙等工艺参数对加工效果的影响规律。试验结果表明：集群磁流变平坦化加工在施加工件轴向微幅低频振动后,集群磁流变抛光垫中形成的磁链串更粗壮,不但使其沿工件的径向流动实现磨粒动态更新、促使加工界面内有效磨粒数增多,而且在工件与抛光盘之间的加工间隙产生动态抛光压力、使磨粒与加工表面划擦过程柔和微量化,形成了提高材料去除效率、降低加工表面粗糙度的机制。对于2英寸蓝宝石晶电（1英寸=2.54 cm）集群磁流变变间隙动压平坦化加工与集群磁流变抛光加工效果相比,材料去除率提高19.5%,表面粗糙度降低了42.96%,在挤压振动频率1 Hz、最小加工间隙1 mm、挤压幅值0.5 mm、工件盘转速500 r/min的工艺参数下进行抛光可获得表面粗糙度为Ra0.45 nm的超光滑表面,材料去除率达到3.28 nm/min。证明了集群磁流变变间隙动压平坦化加工方法可行有效。     

一种磁流变液性能测试用的凹字型磁路结构设计与研究

剪切屈服应力是反映磁流变液流变特性的主要参数之一,稳定可控的磁场直接影响磁流变液剪切屈服应力的测量精度,因此磁场设计是否合理对磁流变液的流变性能测试具有重要的影响。针对外置式线圈产生的磁场强度较低且存在漏磁现象、对称式线圈中磁流变液装载不便导致测量过程持续性差等问题,设计了一种凹字型磁路,通过调整线圈位置来改变磁场结构,使磁力线垂直穿过磁流变液流动方向,同时可拆卸的组合式磁路设计在保证磁场强度需要的前提下实现了磁流变液的连续性测量。此外,还分析了不同电流下的磁场强度分布规律,并基于优化的磁路开展了磁流变液剪切屈服应力等力学性能参数的测试。与主流标准测试仪器相比,具有凹字型磁路结构的磁流变液测试系统所测得的剪切屈服应力平均相对偏差值约为10%,重复误差在6.34%以内,说明该磁路结构是磁流变测试中磁场装置设计的一种可行方法。     

Multiagent-based scheduling optimization for Intelligent Manufacturing System

The magnetic pole is an important finishing tool in magnetic abrasive finishing (MAF). This study used finite element method to analyze magnetic field characteristics for three different magnetic poles such as solid cylindrical pole, hollow cylindrical pole, and hollow cylindrical pole with grooves design. The results showed that the hollow cylindrical with grooves can generate the better surface roughness in MAF. The operations were demonstrated using a permanent magnetic polishing mechanism installed at a CNC machining center. The operations were performed using Taguchi experimental design, considering the effects of magnetic field, pole rotational speed, feed rate, working gap, abrasive, and lubrication. The optimal parameter conditions was obtained after experimental data analysis, the quality surface roughness (R _max = 0.1 mm) which is similar to a mirror surface was obtained after confirmatory tests. The optimal parameter conditions for material removal weight were also obtained in MAF. The results showed that MAF technique can meet customer requirement and raise the value-added products simultaneously.     

考虑多约束条件的磁浮列车节能型永磁电磁磁铁优化设计

为降低悬浮能耗,在不改变中低速磁浮列车F型轨道结构和车辆结构前提下,提出一种适合工程应用要求的全尺寸永磁电磁混合磁铁的结构优化设计方法。给出一种永磁体安装于铁心一侧、永磁体极面积可调整的混合悬浮磁铁方案。根据混合磁铁电磁力的非线性模型,分析承载能力与永磁体的厚度、极面积、最大磁能积以及电磁线圈安匝数的约束关系,提出基于有约束的非线性规划策略的混合磁铁的结构优化设计方法。单转向架试验表明,该新型混合磁铁与常规电磁铁的悬浮能力相当,悬浮功耗显著降低。     

基于 Halbach 结构的低场核磁共振主磁体的设计与实现

随着核磁共振不断向便携性和低成本方向发展,核磁共振仪中主磁体的小型化成为了大家关注的重点。为实现核磁共振的小型化,对基于Halbach结构的低场核磁共振主磁体进行了设计与实现。首先,利用ANSYS有限元仿真软件对采用多磁条特定排列形成的Halbach结构进行仿真,对磁条的数量、大小、长度、位置等参数进行调整;其次,根据仿真确定的理想模型参数,实现了主磁体,其为直径108 mm、高170 mm的圆柱体,重4.5 kg,并对其中心磁感应强度和均匀度进行了检测;最后,根据检测结果,设计了一种匀场片矩阵,采用被动匀场的方式将磁体中心5 mm直径球形区域内的均匀度提升至451.68 ppm,中心磁感应强度为221.4 mT。设计中,较好的权衡了磁体性能和生产成本。     

Effect of fluid composition on nanofinishing of single-crystal silicon by magnetic field-assisted finishing process

Magnetic field-assisted finishing is a deterministic process particularly used for finishing optical materials. The main component of this process is magnetorheological fluid which consists of magnetic particles, abrasive particles, carrier fluid such as water or oil, and some additives to impart stability. Under the influence of magnetic field (generated by either permanent magnet or electromagnet), magnetic particles form chain-like structure and support many abrasive particles to perform finishing of workpiece surface. Selection of abrasive and carrier fluid in this process is one of the major concerns which play vital role on finishing mechanism and surface quality. In the present experimental investigation, aluminum oxide and cerium oxide are chosen as abrasives while deionized water and paraffin oil are selected as carrier fluids. A set of experiments are carried out to study chemical interactions of abrasive and carrier fluid on the silicon surface. A rheological study is carried out to study behavior of magnetorheological fluid fluids under magnetic field.     

Effect of Rheological Properties of a Magnetosensitive Tool on the Friction and Wear of Polished Surface

The results of an experimental investigation on determining the characteristics of a magnetorheological polishing composition prevailing in the course of the abrasive removal of the material of a treated surface have been presented. The similar character of relative rate of material removal in the course magnetorheological polishing and the friction force increment in the course of the model experiment depending on the strength of the external magnetic field has been revealed. It has been shown that, in the course of magnetorheological polishing, a determining role in the abrasive material removal is played by viscoplastic properties of the magnetorheological matrix formed in the magnetic field.     

基于Maxwell的磁场发生装置设计及分析

为了实现混有钕铁硼粉末的水凝胶磁化,设计了一种基于亥姆霍兹线圈的新式磁场发生装置。利用Maxwell软件3D模块绘制出磁场系统的三维模型,采用Magnetostatic静磁场求解器分析了增设的辅助线圈距离变化对场强的影响,得到了磁场发生装置的优化结构;再对比磁场发生装置和亥姆霍兹线圈的中心磁场强度和磁感线分布密度,验证结构优化的可靠性。结果表明:当辅助线圈距离为70 mm时,中心磁场强度最大;安匝数相同时,磁场发生装置的中心磁场强度要明显高于亥姆霍兹线圈,最终优化后的磁场发生装置中心磁场强度可达到1.37 T,磁感线分布更加均匀、密集。该仿真结果能够对磁场发生装置结构设计与工作特性分析提供参考,缩短了磁场发生装置设计成本与开发周期。     

新型磁流变阀压力特性影响规律研究

针对传统磁流变阀流道间隙固定,可控性能差等问题,设计了一种新型流道间隙可调式磁流变阀。采用Ansoft Maxwell电磁场仿真软件对其进行了电磁场仿真,得到了磁感线分布规律以及磁感应强度随路径的变化规律。建立了阀口压降数学模型,并对其进行计算分析,得出了磁流变阀的流量、控制电流、阻尼间隙等参数与压降之间的定量关系。结果表明,当励磁电流为1.5 A、径向流道间隙为0.5 mm时,总压降可达最大值7095 kPa;磁流变阀总压降与电流和流量成正相关,与径向间隙成负相关。研究成果可以为磁流变阀的设计提供一定的理论参考。