圆环式径向换能器辐射声场的研究

研究圆环式径向换能器辐射声场特性,和分析声场的指向特性,得出圆环式径向换能器径向没有指向性而竖向有指向性,且环带越宽旁瓣越多,主瓣越尖锐.讨论了辐射声场的近场特性,表明近场和远场之间存在临界点,临界点随环宽变化而变化,环宽越大,临界点离环中心越远;反之,临界点离环中心越近.     

声表面波换能器电荷分布的有限元解

从压电本构方程和声场波动方程出发,在准静态近似的前提下,根据哈密顿原理,推导出压电结构的变分方程,建立了求解声表面波换能器电荷分布的有限元方程.以电极上加常电压为例,计算了两种情况下的声表面波换能器电极表面的电荷分布,为有关声表面波器件的结构优化和设计提供具有参考价值的器件参数.     

功率超声珩磨磨削区单空化泡动力学及其辐射声场

功率超声珩磨加工过程中会在磨削区产生大量的空化泡,空化泡在磨削区的振动以及空化泡溃灭时释放出的冲击压力是诱发功率超声珩磨切削颤振的重要因素之一.以磨削区单个空化泡为研究对象,运用Rayleigh方程的推导方法,结合空化泡动力学及超声珩磨的基本理论,建立了磨削区单个空化泡的动力学模型和辐射声压模型,并对其进行了数值模拟.结果表明:磨削区空化泡在极短的时间内历经了生长、溃灭的过程;对于磨削区较小的空化泡,其初始半径越大,距离空化泡的距离越近,单个空化泡辐射的声压值就越大.     

回折线圈导线长度对表面波EMAT性能及缺陷检测的影响

为了改善表面波电磁声传感器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)的激励及接收性能,并提高缺陷定量检测的准确性,试验研究了EMAT中回折线圈导线长度对传感器频率特性、所激励表面波声场指向性、衰减特性的影响.采用不同长度回折线圈对人工裂纹进行检测,得到了对应的反射和透射系数,分析了导线长度和裂纹长度相互关系对缺陷定量检测的影响.试验结果表明,表面波EMAT的频率特性与回折线圈导线长度无关,但其所激励表面波的声场指向性及衰减速率与导线长度密切相关,回折线圈导线长度越大,声束辐射半张角越小,表面波衰减越慢;作为接收传感器,回折线圈导线长度越大,EMAT检测时空间分辨率越低,但接收信号信噪比越高.导线长度小于裂纹长度时,才能得到准确的反射和透射系数.     

电磁换能器加载效率的优化设计与仿真

针对传统的电磁超声换能器导线与铝板间由于集肤效应导致加载效率较低这种情况,设计了一种改造电磁超声加载线圈和整体结构的新型电磁超声加载装置。基于有限元仿真软件,分别建立传统与新型的电磁超声加载器的有限元分析模型,并对其激发过程进行仿真,将两模型所得仿真结果 (铝板内洛伦兹力,交变电流密度)进行分析对比。得出结论:新型的电磁超声设计能够显著提高加载效率。     

电磁超声在钢管探伤中的应用

为了提高超声波换能器的电 声转换效率与探伤精度,利用直接频率合成技术对电磁超声表面波进行激励,并采用选频放大技术对电磁超声接收信号进行处理.实验分析中通过改变激励信号的强度、频率、脉冲串个数、激发相位,得到电磁超声波激发的最佳条件,所设计的锁相放大电路能将微弱的电磁超声接收信号从强噪声背景中分离,有效改善接收信号的信噪比.实验结果表明,电磁超声检测方法可以实现无接触测量,适用于高温、高速、涂覆状态下的超声检测.     

电磁超声兰姆波换能器在金属板检测中的优化

为了提高电磁超声波在金属板中的传播距离,研究了金属板检测中的电磁超声兰姆波换能器的换能机理.通过分析兰姆波在金属板中传播的频散曲线,得出低频率范围内A0、S0模态兰姆波具有远传特性.对兰姆波换能器进行仿真计算,分析了在单极型永磁铁和马蹄形磁铁作用下,线圈受到的磁感应强度和洛伦兹力的分布情况,并对马蹄形兰姆波换能器进行了实验研究.结果表明,当激励频率为400 kHz时,S0模态兰姆波得到了有效抑制,使A0模态兰姆波幅值达到最大,传播距离可达18 m;在马蹄形磁铁作用下,兰姆波换能器的有效检测距离是单极型磁铁的1.8倍.     

电磁超声换能器在金属板厚度检测中的优化

为了提高电磁超声换能器（electromagnetic acoustic transducer,EMAT）在金属板厚度检测中的换能效率,利用ANSYS有限元软件对用于铝板厚度检测的电磁超声横波换能器进行三维建模与仿真.在仿真过程中,确定了电磁超声横波在铝板中的传播形状与方向,并以正交试验优化设计方法为指导,研究了电磁超声换能器的不同因素、不同尺寸对其换能效率的影响,并据此对EMAT模型尺寸进行了优化.通过实验验证,优化后EMAT得到的回波信号幅值是原始模型回波信号幅值的5倍,并且信噪比较高.     

换能器辐射板材料对辐射声场分布的影响

辐射板是换能器的声源输出装置,在安装空间限制声源尺寸的情况下,增加辐射板振动幅度成为研究的重点。本文仅考虑材料对辐射板振动幅度的影响情况,并进行了有限元软件WORKBENCH和ATILA软件分析了磁致伸缩换能器辐射板材料对振动幅频特性的影响以及对谐振腔内声场分布的影响。结果表明,相同激励与边界条件下,铝材料辐射板出现活塞振型时频率最高,输出位移最大,是其他材料辐射板输出位移的4.48-24.8倍;加入谐振腔体后,铝辐射板对应谐振腔内声压幅值最大,是其他材料对应辐射板辐射声压幅值的1.2-2.4倍。以上结论为频微型换能器辐射板的设计工作提供了有力依据。     

超声导波电磁声换能器的研究进展

超声导波具有检测范围大、检测效率高等优点,广泛应用于板、管等典型波导结构的缺陷检测.作为超声导波换能器类型之一,电磁声换能器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)得到广泛关注和快速发展.综述了近20年来超声导波电磁声换能器的研究进展.主要包括:针对板和管结构超声导波检测的单模态EMAT结构设计;用于提高激励导波的能量和模态单一性的EMAT线圈与磁体结构参数的优化,针对非金属材料检测的新型贴片式EMAT的结构设计;阵列技术在EMAT性能优化上的应用和在缺陷定位和成像上的应用.     

电磁阀的有限元法磁场分析及吸力计算

提出了电磁阀的吸力计算公式 ,建立了电磁阀的二维有限元模型 ,利用模型进行了计算软件的设计 .运用此软件对某公司生产的SRS电磁阀进行了磁场分析和电磁力计算 ,通过比较发现计算结果与测试结果吻合较好 .同时给出了电磁力和功耗随导线线径、匝数变化的关系曲线 ,讨论了电磁力和功耗与导线线径和匝数之间的关系 .     

感应加热工件内电磁场计算及其有限元模拟

根据感应加热机理,从麦克斯韦方程组出发,导出了长柱形导体感应加热工件内电磁场和涡流密度分布的基本方程.借助MATLAB和ANSYS软件进行了电磁场和涡流分布计算,形象描述了感应加热中的电磁场分布规律及集肤效应.计算结果表明,有限元解与理论解吻合得较好,为进一步理解感应加热工件内电磁场和涡流分布提供了很好的依据.     

改善超声清洗中声场均匀性的研究进展

超声清洗是功率超声最为广泛的应用之一,清洗效果受各种条件影响。为了改善驻波声场对清洗效果的影响,分析了声场分布在超声清洗中的影响作用,综述了近年消除驻波、改善声场均匀性的超声清洗新技术,对超声清洗技术的发展作出了展望。     

有限元法在电磁搅拌装置中的应用和研究

本文论述了电磁搅拌装置中感应器的原理和结构,从电磁场理论出发,建立了感应器的数学模型,利用有限元法得到了磁场在空间的分布,并且实现了电磁力的大致估算,最后比较了理论计算数据和实验数据,结果证明用该方法分析电磁场的分布是可行的.     

Optimal design of butterfly-shaped linear ultrasonic motor using finite element method and response surface methodology

A new method for optimizing a butterfly-shaped linear ultrasonic motor was proposed to maximize its mechanical output. The finite element analysis technology and response surface methodology were combined together to realize the optimal design of the butterfly-shaped linear ultrasonic motor. First, the operation principle of the motor was introduced. Second, the finite element parameterized model of the stator of the motor was built using ANSYS parametric design language and some structure parameters of the stator were selected as design variables. Third, the sample points were selected in design variable space using latin hypercube Design. Through modal analysis and harmonic response analysis of the stator based on these sample points, the target responses were obtained. These sample points and response values were combined together to build a response surface model. Finally, the simplex method was used to find the optimal solution. The experimental results showed that many aspects of the design requirements of the butterfly-shaped linear ultrasonic motor have been fulfilled. The prototype motor fabricated based on the optimal design result exhibited considerably high dynamic performance, such as no-load speed of 873 mm/s, maximal thrust of 27.5 N, maximal efficiency of 43%, and thrust-weight ratio of 45.8.     

Modeling and finite element analysis of transduction process of electromagnetic acoustic transducers for nonferromagnetic metal material testing

Facing the problems lack of considering the non-uniform distribution of the static bias magnetic field and computing the particle displacements in the simulation model of electromagnetic acoustic transducer (EMAT),a multi-field coupled model was established and the finite element method (FEM) was presented to calculate the entire transduction process.The multi-field coupled model included the static magnetic field,pulsed eddy current field and mechanical field.The FEM equations of the three fields were deri...     

3-D finite element computation and dynamic modal analysis on ultrasonic vibration systems

Stress and modal analyses are performed on an ultrasonic vibration system by means of a 3-dimensional finite element computation and dynamic modal analysis code "Algor" The system consists of an edge-cracked specimen linked elastically with one or two amplifying horns which come into resonant longitudinal vibration at 20kHz.Operating principle of the ultrasonic fatigue machines and experimental procedures for ultrasonic fatigue crack growth studies are briefly presented.     

基于ANSYS的电机电磁场仿真分析

应用有限元数值分析软件(ANSYS)对一台4极16槽永磁直流电动机进行了空载、负载特性的数值分析.通过分析得到整个电机电磁场的分布及波形近似为正弦的气隙磁感应强度,分析结果有助于对电机进行优化设计和控制.     

板壳结构有限元分析中切向荷载的施加方法

结合火电厂钢煤斗结构分析的实际,提出了板壳结构有限元分析中复杂曲面切向荷载的施加方法,即将面荷载转化为等效节点荷载.阐述了算法的思想并编程实现了该算法,介绍了具体的操作过程,可供类似工程结构分析作参考.     

结构钢焊接残余应力三维有限元分析

对结构钢板对接焊接及腹板与翼缘角焊缝连接的工字型截面梁进行三维有限元模拟,分析了焊接温度场、残余应力分布及残余变形。有限元计算结果与试验结果比较吻合,证实了计算模型的有效性。计算结果表明:焊接热影响区存在较大的三向残余应力,且纵向残余应力大于横向残余应力,对结构局部受力将产生较大影响,但由于焊接残余应力是自平衡的,故焊接残余应力的存在对钢材宏观受力影响不大。