不同电磁边界条件对三维两相电磁固体裂纹的影响

利用三维两相横观各向同性电磁固体广义不连续位移Crouch基本解,给出一种三维两相横观各向同性电磁固体内任意形状平片裂纹在不同边界条件下的边界元方法;研究裂纹表面不同电磁边界条件以及界面对解的影响;提出裂纹张开模型,得到力-电-磁联合载荷作用下裂纹腔中的电位移、磁感应强度和广义应力强度因子.     

激光-电磁超声一体式系统电磁超声结构优化

为了研制激光-电磁超声一体式探伤装置,利用该装置通过一次扫描同时获得金属板宽度和深度方向信息实现板内部和表面的同时探伤,文中主要针对激光-电磁超声一体式装置中电磁超声部分进行了结构优化。首先,利用有限元仿真软件,建立了激光-电磁超声一体式探伤装置的有限元仿真模型,验证了激光-电磁超声一体式探伤系统的可行性;然后,针对该一体式装置的电磁超声传感器部分结构参数进行了研究,提出在铜箔与永磁体之间粘贴一层泡沫缓冲层用于抑制永磁体内的感应电流、阻断超声波的传播,并分析了永磁体与线圈之间的提离距离对换能效率的影响。结果表明：当永磁体与线圈提离距离保持在0.8～1.2 mm之间时,信号强度和可识别性均增强。最后,利用实验验证理论分析及仿真模型的正确性。     

电磁超声横波检测钢板减薄缺陷的有限元分析

电磁超声换能器(EMAT)在试件中激发的横波(剪切波)能够应用于试件厚度和内部缺陷检测,为了研究电磁超声激发横波的机理,采用有限元分析的方法,对其进行仿真分析。通过建立EMAT三维模型,进行电磁学耦合计算,获得被测试件表面磁场、涡流、洛伦兹力的分布规律,显示了EMAT激发横波的机理过程,为电磁超声换能器的设计提供参考;通过电磁学与动力学的耦合计算,获得横波在试件厚度方向的传播规律,结果表明,横波在试件中沿厚度方向传播,并且能量呈衰减趋势;对含缺陷钢板进行结构动力学分析,发现当波传播遇到缺陷时波动发生明显的改变和衰减,得出EMAT激发的横波可用以检测试件底面减薄缺陷,并通过试验验证提出横波检测缺陷时定量缺陷深度的方法。     

基于仿真分析的电磁-涡流消旋试验装置设计

在电磁-涡流消旋地面试验研究中,针对已有试验装置无法同时兼顾无摩擦旋转、匀强磁场、系统参数可测量和消旋效果可演示等要求,设计了一种电磁-涡流消旋试验装置。该装置由无摩擦旋转机构、电磁涡流制动器和测试系统等组成。试验装置通过气浮轴承支撑模型试验件,实现对目标卫星无摩擦自由旋转运动的模拟,采用方形亥姆霍兹线圈产生恒定的匀强磁场,通过试验架的支撑,使转动状态下旋转机构的同轴度小于0.25 mm,采用铝合金球壳体、正多面壳体作为模型试验件,达到与消旋目标在匀磁场区域内几何相似的目的,通过传感器、单片机、LabVIEW程序构建测试系统,实现对角速度、涡流力矩等试验数据的实时测量。最后,使用MAXWELL、ANSYS等软件对试验装置的主要结构进行仿真计算。仿真结果表明：该装置的总体布局、电磁发生器及试验架的设计满足试验装置对探究电磁-涡流相互耦合作用关系的需求。     

一种新型EMAT圆柱探头的三维有限元分析

提出了一种空心圆柱结构的电磁超声换能器(EMAT,Electromagnetic Acoustic Transducer)线圈探头,为获得空心圆柱探头的设计参数,以有限元仿真软件ANSYS为工具,对所设计的电磁超声探头进行了三维有限元建模和仿真,分析了空心圆柱型换能器所激发超声波的幅值和频率;研究了线圈的各几何参数及换能器电气特性变化对所激发感生涡流幅值的影响规律;确立了电磁超声圆柱探头的基本设计准则。仿真结论证明:空心圆柱线圈适合作为EMAT探头进行缺陷检测,为此类线圈的设计提供的理论指导。     

基于有限元分析的EMAT永磁体结构参数优化分析

在焊缝缺陷的检测问题中,电磁超声技术可以在材料中高效地产生斜入射SV波,有效地检出焊缝的缺陷或不连续性。电磁超声传感器中的永磁体结构影响着超声波的激发效率,决定着回波信号的强弱。根据斜入射SV波EMAT理论,建立传感器的二维有限元模型,对永磁体的结构参数进行模拟分析,利用振动位移振幅作为评判标准,分析不同永磁体参数对传感器激发效率的影响。结果表明：永磁体的高度对位移振幅大小影响作用最强,紧接着是宽度和提离距离,除了高度的增加对位移振幅是正面影响,位移振幅会随着永磁体宽度和提离距离的增加而减小,最后确定了永磁体的最优参数组合。     

基于平衡电磁技术的管道裂纹全角度检测方法

针对管道表面裂纹缺陷方向各异的问题,提出一种基于平衡电磁技术的裂纹全角度检测方法。通过麦克斯韦方程分析了时谐电磁场下管道内表面的电磁分布,根据磁通与感应电流的畸变分析了管道表面各方向裂纹的检测机理与检测信号规律,并证明了平衡电磁技术对管道裂纹全角度检测的有效性。利用有限元方法计算分析了裂纹与检测方向成七种不同角度时管道内表面的电磁畸变程度,并通过仿真得到相应的感应电压信号,根据仿真结果进行有效性试验,结果表明,平衡电磁检测技术能够对管道表面裂纹实现全角度检测,检测信号特征以检测方向与裂纹成30°夹角为分界,0°～30°信号特征为先波谷后波峰,检测信号幅度随着角度增加逐渐减小,峰谷间距快速变小;30°～90°信号特征为先波峰后波谷,检测信号幅度随着角度增加逐渐增大,峰谷间距缓慢变小;当检测方向与裂纹成30°时,感应电压信号为双峰谷特征,且峰峰值最小。该方法为管道表面裂纹角度的量化研究提供了理论依据和实验基础。     

基于B_z(p_(max))相轨迹的电磁涡流无损检测方法

基于电磁涡流检测的变压器等效理论,提出一种相轨迹分析方法。该方法对正弦激励下空间磁通密度信号进行相敏解调,并绘制其相轨迹图。仿真及实验结果表明,在激励线圈所在平面上,磁通密度法向分量B_z在其空间极大值点处p_(max)呈现出良好的线性特征:随提离高度变化,其R-I平面上相轨迹按固定参数线性变化;而被测铝板表面或内部的微小缺陷则会引起线性化参数的明显改变。该结论为设计对提离高度不敏感的电磁涡流检测装置提供了理论指导。     

激光激发超声波检测带涂层铝板的表面缺陷

针对带涂层的铝板表面缺陷检测的问题,基于激光超声理论,采用有限元方法模拟了激光激发的超声波在铝板中的生成和传播现象,并分析了缺陷和涂层对超声波传播的影响,最后通过实验验证了激光超声对带涂层铝板上的表面缺陷的检测效果。模拟和实验结果证明:激光超声无损检测技术能够有效地对带涂层的铝板上的表面缺陷进行检测。     

基于谐波原理的液体润滑供油方式设计与实现

设计了基于谐波原理的液体润滑供油系统,分析了其基本结构和供油机理。建立了弹性体的变形曲线理论模型和弹性体质点的振动模型;利用有限元软件对弹性体变形进行了计算和分析,对储油腔内润滑油向摩擦表面的供应进行了仿真计算。计算结果表明：工作载荷作用下,弹性体沿径向发生变形,弹性体质点产生振动,质点的振动使储油腔内的润滑油经连通油孔流向摩擦表面,实现了基于谐波原理的润滑油供应,验证了所设计的供油方式的有效性。     

电磁超声兰姆波模态能量密度分布特征研究

针对钢板中兰姆波传播机理复杂性和多模态特性导致回波信号识别难的问题,建立热力学第一定律求解钢板中能量密度分布模型,对钢板中微体元的力密度、振动位移和能量密度分布的相关性进行理论分析和数值计算。研究了钢板中电磁超声兰姆波模态与能量密度分布的关系,并对能量密度分布特征进行实验研究。结果表明:电磁超声兰姆波频厚积增大,钢板微体元中各兰姆波模态振动位移增大,振动能量增加;通过兰姆波多模态的能量强度、能量速度研究回波信号能量密度分布特征,证明兰姆波多模态具有可量化的能量密度分布特征信息,为基于能量密度的电磁超声兰姆波量化检测提供理论依据。     

基于超声复合场的空间悬浮微粒任意点输运方法

提出了基于超声复合场驱动微粒悬浮输运方法。首先从超声相控阵列的延时聚焦原理出发,建立了空间任意点聚焦模型和作用力公式,然后利用超声驻波场辐射力计算方法,建立了微粒在超声复合场下的运动控制模型和驱动力公式。通过MATLAB模拟复合声场,分析了影响聚焦性能和控制性能的因素,给出了初步实验验证结果。最后提出了任意控制微粒运动的超声复合场驱动方案。     

基于改进NSGA-Ⅲ的电磁超声换能器多目标优化

电磁超声换能器(EMAT)的设计与优化是一个变量多、分析复杂和优化难度大的多目标优化问题.通过建立的电磁超声换能器电磁-力-声有限元模型,得到了洛伦兹力、磁致伸缩效应、感应电流密度和振动位移等优化目标的样本集,构建了多支持向量机的代理模型.提出一种基于参考点和拥挤度相结合的改进NSGA-Ⅲ优化方法,对优化目标进行优化设...     

电磁感应式机器人按摩头结构优化及安全力调控

基于电磁感应原理及中医按摩手法设计了一种可用于按摩机器人的新型电磁式叩击按摩头,具有便携通用的特点。通过模型分析,建立电磁力、弹簧负载力、人体阻力之间的数学关系,得出按摩头动态特性影响因素。采用正交试验法,对电路和磁路的影响因素进行敏感度求解分析,获得电磁力度计算结果。选择线圈匝数、线圈电流以及动铁芯到轭铁的距离这3个因素,将每个因素分为3个水平,组合得到9组试验方案。仿真实验结果显示,线圈电流是设计的按摩头模型电磁力的主要影响因素,因此可先确定2个次要因素的参数,实现按摩头结构优化,最后通过调节线圈电流进行按摩力度调控。     

电磁焊接过程中电磁力的研究

电磁焊接过程中焊接金属件中产生的涡流以及线圈周围的磁场强度复杂。通过理论分析,重点从电容初始电压以及电磁焊接设备的频率两方面分析它们对电磁焊接过程中电磁力的影响。建立电磁焊接模型,进行有限元分析并进行试验验证。     

高精度电磁标定力的产生及其特性分析

高精度标定力的产生是微推力高精度测量的关键之一。电磁力具有非接触、结构简单、容易控制等优势,成为微推力测量系统有效的标定力产生方法。针对微推力测量对于电磁标定力的性能要求,研究了磁铁与线圈之间相对位置变化对电磁力大小的影响关系,通过仿真计算得到了轴向距离、径向偏差、相对倾角变化下的电磁力输出特性:相对倾角、径向偏差不为0时,电磁力均会变大,且关于磁铁中心轴线具有对称性,沿轴向距离,电磁力先增大后减小。基于天平称重法,设计了可三维调节的电磁力测量装置,提出了轴向距离、径向偏差、相对倾角的归零调节方法;获得了电磁力较为完备的力学特性,通过分段拟合方法,解决了在较小标定力时相对误差较大的问题,确定了电磁力及电流的控制关系及相对位置变化范围;提出了不敏感角、不敏感径向偏差、不敏感轴向距离区间等新概念,为电磁力产生装置的性能表征提供了具体参数。     

音圈隔膜泵电磁驱动装置的设计与仿真

提出一种音圈式电磁隔膜泵,通过分析音圈电磁执行器各部件,结合经验公式,建立了音圈电磁隔膜泵的理论模型;通过有限元软件COMSOL分别建立了稳态和瞬态下的多物理场模型,探究了永磁体与线圈几何结构对音圈电磁隔膜泵执行器电磁力产生的影响,并对模型参数进行分析;通过比较模型和直动式电磁执行器模型的电磁力特性和电流特性,验证了音圈电磁隔膜泵在降低功耗方面的有效性。     

Study of the Efficiency of Acoustic Wave Excitation by a Single-Wire Radiator under the Action of the Lorentz Force: Development of an EMA Transducer (Instrumental Realization)

The dependence of the displacement on the depth and width of the working clearance during acoustic (ultrasonic) wave excitation under the action of the Lorentz force developed by single-wire vibrator is considered. Unlike in studies performed earlier, the plane perpendicular to the axis of the vibrator is presented. Theoretical and calculated data are compared. The design of an electromagneticacoustic (EMA) transducer is described. An instrument based on a similar transducer was approved at a number of enterprises.     

Numerical and experimental approach to reduce bouncing effect in electromagnetic forming process using cushion plate

Electromagnetic forming (EMF) is a high strain rate forming process that uses Lorentz force. In this study, electromagnetic forming with a rectangular block shape in the center of the forming die was examined to determine the possibility and applicability of EMF. However, the high speed of the process in the absence of a medium between the coil and the workpiece results in bouncing of the workpiece, which may result in poor forming. So, in this study, the use of a cushion plate is proposed as a means of reducing the degree of bounce in an EMF process. A 3D electromagnetic numerical model using a spiral forming coil was considered. An RLC circuit, coupled with the spiral coil, was numerically simulated to determine the deformation behavior and design parameters, such as the input current and the magnetic forces. A cushion plate was used between the forming coil and the sheet to be deformed to reduce the extent of bounce. In the numerical simulation, the sheet was found to be well fitted to the objective die with the cushion plate. The simulation results showed that the extent of bounce was drastically reduced because of the velocity direction of the workpiece and the cushion plate. The experiment was performed using 24 kJ to deform Al 1100 with a thickness of 1.27 mm, based on the simulation results. The deformed sheet was well formed, and closely fitted the objective die with a minimum of wrinkling, relative to the results obtained without a cushion plate. As a result, an EMF process with a middle-block die was successfully established both numerically and experimentally to reduce the bouncing.     

铝电磁场快速铸轧特种电源的MATLAB仿真

在连续铸轧过程中,将电场与磁场施加于固液态区产生一起伏变化的能场,这种多维变化能场驱动铝合金产生无序流变,同时产生的行波力与脉动力对长大中的晶粒具有破碎作用,使晶粒细小均匀,从而提高了铸轧材料的力学性能。本文根据铝合金电磁铸轧对电磁场的要求提出了一种铝电磁场快速铸轧变频控制系统,分析了系统的工作原理,建立了MATLAB的仿真模型,仿真结果表明:这种新的主电路方案是可以达到电磁铸轧的电磁感应器对电流的要求,不存在使电源短路的问题,控制起来更简单。试验表明,此系统可以对电磁感应器产生的复合磁场进行控制,系统控制精度高、可靠性高,动态性能好,满足铝电磁场快速铸轧的基本要求。