两类鞍形线圈产生磁场均匀性效能的研究

以毕奥-萨伐尔定律在笛卡尔直角坐标下对两种鞍形匀场线圈进行数学建模,通过对两种轴对称线圈单组的数值分析得出线圈系统在径向磁场分布的一般特征,在理论计算获得线圈最佳结构下利用Matlab优化结构参数。对比了这两类鞍形线圈在轴上和空间立方体的磁场均匀区大小及与中心磁场的相对偏差。并给出了这两种线圈磁场相对偏差ε≤1%的有效匀场空间区域,为主动屏蔽系统的线圈类型选择提供了参考依据。     

电磁微电机中平面微线圈磁场分布特性的研究

本文分析了电磁微电机中平面微线圈产生的空间磁场，把微线圈等效几何圆电流和矩形截面电流，导出了空间磁场的计算公式，接着通过四种算法的比较，建立了平面微线圈空间磁场快速准确的数值算法，最后分析了平面微线圈空间磁场的分布特性。     

电磁流量计矩形与鞍状线圈磁场的数值仿真

讨论了电磁流量计矩形和鞍状线圈所产生磁感应强度的分布情况。运用毕奥-萨伐尔定律和叠加原理,通过数值仿真得到励磁线圈在测量管道内电极横截面上的磁场分布情况。提出磁感应强度的方向平行程度和大小均匀程度2个指标,并用其来判别感应磁场分布的均匀程度。依据以上2个指标,分别对不同尺寸的矩形和鞍状励磁线圈所产生的感应磁场进行计算分析和优化。     

永磁磁共振系统盘式梯度线圈的设计

针对永磁磁共振成像系统极板的形状,提出了一种平面圆盘式梯度线圈的设计方法.将电流密度在极坐标下进行傅立叶级数展开,根据误差平方和建立目标函数,使目标函数最小化,得到电流密度的表达式.应用流函数技术离散电流密度,得到线圈的绕线形式.利用Biot-Savart积分方程计算线圈绕线产生的梯度磁场来验证所设计方法的正确性.结果表明,利用该方法设计的线圈可以产生成像所需要的线性度很好的磁场.该方法也可以用于双平面盘式自屏蔽梯度线圈的设计.     

用于心磁传感器测试系统的三轴向亥姆赫兹线圈的设计与仿真

心磁检测对于心脏相关疾病的诊断具有独特优势，在用于测量心脏磁场的传感器(下称心磁传感器）的研制过程中，需要在模拟心磁的磁场环境下进行测试工作。基于此，设计了一个用于心磁传感器测试系统的亥姆赫兹线圈，它可以产生磁感应强度为pT级的动态磁场，模拟心磁环境，以满足心磁传感器测试的需求。根据亥姆赫兹线圈的磁场产生原理，使用磁屏蔽筒对环境磁场进行屏蔽，通过计算确定了线圈尺寸、线圈匝数、导线长度及导线横截面直径等参数。使用COMSOL Multiphysics仿真软件对亥姆赫兹线圈产生的静态磁场的分布均匀性以及通入线圈电流变化时磁场的动态特性进行仿真分析。仿真结果表明，所设计的亥姆赫兹线圈满足设计要求，能够产生磁场强度为100 pT左右、均匀度小于5%、波形实时性好的类心脏磁场波形，为心磁传感器的测试提供了良好的测试环境。所设计的亥姆赫兹线圈能够用于心磁传感器的测试工作，为心磁传感器的实际应用奠定了基础。     

电磁流量计矩形与鞍状线圈感应磁场的数值仿真

讨论了电磁流量计矩形和鞍状线圈所产生磁感应强度的分布情况。运用毕奥-萨伐尔定律和叠加原理,通过数值仿真得到励磁线圈在测量管道内电极横截面上的磁场分布情况。提出磁感应强度的方向平行程度和大小均匀程度2个指标,并用其来判别感应磁场分布的均匀程度。依据以上2个指标,分别对不同尺寸的矩形和鞍状励磁线圈所产生的感应磁场进行计算分析和优化。     

非零横截面亥姆霍兹线圈的中心轴向磁场

以圆形亥姆霍兹线圈为例,通过数学建模将线圈横截面分割成微单元网格,分析了亥姆霍兹线圈横截面宽度和厚度对中心轴向磁场的不同影响,研究结论对线圈的绕制方式具有指导作用。     

板料电磁成形磁场力分布研究

为研究平板电磁成形中板料上磁场力的分布规律,基于 Ansys 软件建立了 3 D 电磁场有限元模型,分析了在一定放电脉冲作用下,当板料的平面尺寸小于或等于线圈的几何尺寸时,板料上感应电流和磁场力的分布规律。 结果表明,板料的几何尺寸小于或等于对应线圈尺寸会影响板料上感应电流和磁场力的分布,其中圆形线圈对称放置影响最大,矩形线圈单边放置影响较小,匀压力线圈影响最小。     

通电矩形线圈附近空间磁场强度分布值的计算方法

本文从基础理论中表征磁场特性的场函数出发,推导出矩形线圈平面内任一点的磁场强度计算公式,进而又推导出与该平面的垂直距离为任何值附近空间任一点的磁场强度的计算公式,利用该公式,通过对众多点的计算,就可以得到通电矩形线圈在附近空间的磁场强度的分布。     

经穴磁刺激线圈优化设计与仿真

经穴磁刺激与传统针灸、电刺激相比具有无创伤、无不适感、易重复和进行深部刺激等独特优点.磁刺激系统中载流线圈设计对磁场强度和磁场分布具有重要作用.在理论分析载流线圈磁场分布基础上,设计了不同8字形和碗状结构磁刺激线圈,并采用Ansys有限元分析软件对线圈沿径向和轴向产生的磁场分布进行仿真,研究8字形和碗状结构线圈的磁场聚焦性和刺激深度.结果表明,碗状线圈具有较好的磁场聚焦性且有一定的刺激深度,在皮层下1.5～2 cm左右仍有3～10 mT的磁场强度.同时获得了适合于经穴磁刺激系统的最佳线圈形状和参数,为穴位磁刺激技术应用于临床治疗奠定了良好基础.     

ITER极向场线圈过渡馈线冷屏的结构优化与传热耦合分析

国际热核聚变实验堆磁体馈线系统是连接杜瓦内部的磁体线圈和杜瓦外部之间的冷源、电源以及控制系统的重要通道,其主要作用是为磁体线圈供电、冷却和测量控制诊断。本文通过理论传热计算、利用有限元分析软件ANSYS进行热分析和温度-结构耦合分析,对处于特殊低温与真空环境的辐射冷屏进行了结构优化,保证了系统的安全运行,为降低冷屏热应力和4.5 K温区的热负荷、减小整个系统的热漏指明了方向,为下一轮冷屏结构设计提供了可靠的依据。     

应用于铯喷泉钟的磁屏蔽系统的设计

高质量磁屏蔽系统是铯喷泉钟的重要部件之一。首先给出评定磁屏蔽效果的3个指标,即磁场均匀区长度、磁场均匀区起点位置和磁屏蔽效率。在此基础上,讨论了利用有限元计算3层磁屏蔽系统的层间径向间距、轴向间距、端盖孔套管长度和端盖连接方式对磁屏蔽的影响,给出了相应的优化参数,并对比了按优化参数设计的3层磁屏蔽与原有4层磁屏蔽系统用有限元计算的磁屏蔽效果。有限元计算结果为中国计量科学研究院新铯喷泉钟磁屏蔽系统的技术设计提供了理论指导。     

1.2m缩尺实验盾构机械结构与液压系统设计

 为研究盾构掘进时各物理参数之间的相互影响,进而确定相适应的工作参数,设计开发了全断面盾构掘进机综合模拟试验台．其中,用于模拟真实盾构掘进的缩尺盾构主要由刀盘系统、推进系统、螺旋输送机系统等组成．根据实验的需要,设计了缩尺盾构的机械结构,详细说明了结构设计的思想以及缩尺盾构的工作过程．设计了缩尺盾构的液压系统,详细说明了液压系统的工作原理、功能特点和选型计算．利用AMESim软件对刀盘液压系统和推进液压系统进行仿真分析.仿真结果显示,刀盘转速和缩尺盾构的推进速度都可以实时控制,所设计的液压系统能够满足实验需要.     

Coil impedance due to a sphere of arbitrary radial conductivity andpermeability profiles

This paper presents analytical expressions for coil impedance due to a spherical workpiece consisting of concentric spherical shells. The expressions are used to simulate the nondestructive inspection of a sphere having arbitrary radial conductivity and magnetic permeability profiles by a circular coil of rectangular cross section. The simulation replaces continuous profiles with piecewise constant profiles. The paper compares the results to published experimental measurements and the results of other analytical solutions     

国际热核聚变反应堆馈线系统线圈终端盒冷屏热性能分析及实验研究

线圈终端盒是保证国际热核聚变实验堆装置可靠运行的关键部件之一,为磁体系统与低温车间、电源大厅、数据采集系统和低温控制元件提供4.5K的超低温工作环境。线圈终端盒内设有80K冷屏,以吸收室温环境对其内部工作空间带来的辐射热负荷。本文首先根据传热学原理对线圈终端盒冷屏热性能进行理论分析,确定了冷屏的结构型式,然后再对线圈终端盒冷屏结构建模,利用有限元流固体耦合分析软件FLUENT进行了数值模拟仿真分析,最后以设计分析结果为依据制作1∶1线圈终端盒整体实验系统进行实验验证,并对实验数据和数值模拟结果进行了分析比较,结果非常吻合,为下一轮冷屏结构的设计及大规模生产提供了可靠的依据。     

基于BP神经网络的盾构推进速度自适应PID控制

盾构掘进过程中地质多变,推进速度要求实现非线性控制,因此对控制方法提出较高的要求.在分析了盾构推进液压系统原理的基础上,建立了盾构推进速度仿真模型,设计了基于BP神经网络的盾构推进速度自适应PID控制器,运用MATLAB软件对常规PID推进速度控制和基于BP神经网络的自适应PID推进速度控制进行了阶跃响应仿真对比,并对基于BP神经网络的自适应PID推进速度控制的正弦跟踪特性进行了仿真.仿真结果表明基于BP神经网络整定的PID控制具有良好的跟踪能力和鲁棒性,相比于传统PID控制系统响应迅速,超调量小,具有很高的响应精度和良好的在线整定能力,对于盾构推进速度这种非线性过程,控制效果比较理想.     

基于自适应控制技术的盾构掘进监控系统

为了实现盾构在不同地质情况下掘进的土压平衡自适应控制,研制功能更加完善、可靠性更高的掘进监控系统,根据盾构施工的可靠监测和自动控制要求,采用集中监测和分布控制相结合的模式设计了基于工业网络架构的盾构监控系统,并详细分析了监控系统软硬件的结构特点.针对盾构监控过程中的土压平衡技术,采用基于土层识别的自适应控制方法,以不同地层中的试验数据为依据,建立盾构施工的专家经验库,实现掘进过程中的土压自适应控制.整套监控系统软件通过LabVIEW和Matlab联合开发来实现.该监控系统经测试运行良好,人机界面直观,操作性好,系统安全性和可靠性高,为先进盾构掘进监控系统的研制和掘进过程的自动化管理奠定了基础.     

EPB盾构机推进系统振动响应分析

盾构机推进系统可以看作一个振动系统,为了研究土压平衡式（earth pressure balance, EPB）盾构机推进系统对初始条件的振动响应,用模态迭加法推导了无阻尼系统对初始条件的振动响应计算公式,在此基础上考虑地基弹簧的影响建立了五自由度无阻尼EPB推进系统振动模型,并推导了该振动模型对初始条件的振动响应.分析算例振动响应得出了绕X轴和Y轴的初始角度对推进系统的姿态影响很大.当初始角度为1°时,盾构机推进系统就会发生高达2753°的偏转,这样对盾构机姿态角的调整会产生很大的挑战,甚至会使盾构机偏离计划路线太多无法完成掘进工作.研究结果对工程上EPB盾构机掘进过程中姿态角调整具有一定理论指导意义.     

基于土层位移差的地下结构抗震分析的反应位移法

采用平面弹性理论的复变函数方法,推导了具有小孔的无限介质在无限远处受到剪应力时的水平位移,得出有小孔时和无小孔时的位移关系,可以应用在基于土层位移差的反应位移法的土层位移的求解。为了验证该方法的适用性,设定某地质条件下的典型的圆形盾构隧道和矩形地下车站为基准模型,使用不同的方法求解土层位移,再用反应位移法计算土体刚度变化时的结构内力。结果表明：基于土层位移差的反应位移法适用于埋深较大的地下结构,不适用硬土的情况,对地基弹簧刚度的求解精度要求较高。     

Braking forces and damping coefficients of eddy current brakes consisting of cylindrical magnets and plate conductors of arbitrary shape

A method for analyzing a magnetic damper (eddy current brake) consisting of a cylindrical magnet and a plate conductor of arbitrary shape is considered. Since the magnetic flux is a function of the position, the analytical solution to obtain the eddy current, braking force, and damping coefficient is obtained by dividing the magnetic flux into the narrow circular bands, and the unit step function is applied to solve the differential equation of the electromagnetic fields. The boundary condition of the plate conductor of arbitrary shape is satisfied directly by making use of the Fourier expansion collocation method. Numerical calculations have been carried out for the conductor of rectangular plates, circular plates with eccentric fluxes. The theoretical results are in very good agreement with the experimental ones.