超磁致伸缩棒磁场强度建模及线圈优化分析

超磁致伸缩棒上的磁场强度对超磁致伸缩致动器(GMA)至关重要,因其幅值和上升、下降时间直接影响致动器的输出力和响应时间.建立电压到磁场强度的模型,并提出较合理的线圈优化方案.将线圈充、放电过程简化为一阶RL线性电路的暂态过程,计算得到线圈电流,并根据线圈电流建立超磁致伸缩棒上的磁场强度模型.由模型可知,致动器尺寸有限制时,棒上磁场强度的优化应主要考虑线圈匝数;通过分析线圈匝数对磁场强度稳态值、上升时间和下降时间的影响确定匝数的取值范围.向线圈施加不同频率和幅值的方波电压信号,得到的模型曲线与测得的实验结果相吻合,从而验证了模型的正确性.     

非接触式供电列车松耦合变压器的仿真研究

针对非接触式供电列车松耦合变压器原副边耦合系数低的问题,研究不同的线圈类型、导磁材料等对其自身电感、互感、耦合系数等参数的影响。采用有限元仿真工具分析非接触供电系统松耦合变压器参数,分别搭建副边线圈矩形结构和8字形结构的模型、副边线圈位置有横向和纵向偏移的模型、不同磁导率的模型以及具有屏蔽层的模型,通过仿真计算得到松耦合变压器的具体参数。仿真结果表明:8字形的线圈耦合系数更高;收发线圈相对位置越偏离中心,其负载功率与耦合系数越低;收发线圈的间隙和偏移量对系统性能的影响近乎线性叠加;导磁材料磁导率的提升对系统的能量传输效率有一定程度的提升,但是并不能无限制提升;屏蔽层的引入会降低耦合性能。     

提高经颅磁刺激8字形线圈聚焦性的仿真与实验检测

提出一种可提高经颅磁刺激8字形线圈聚焦性的方法,即使用高电导率材料制作的窗口挡板减小线圈感应电场聚焦区域面积,并抑制负峰能量,同时采用高磁导率材料制作的导磁体增强线圈感应电场的正峰能量.建立了盐水槽仿真模型,并结合ANSYS有限元仿真,分析窗口板和导磁体对8字线圈感应电场分布的影响.分别使用铜和铁氧体制作了与仿真模型一致的窗口板和导磁体,使用盐水槽和Magstim Rapid2型磁刺激仪验证了仿真结果.结果表明,结合导磁体比单独使用窗口板具有更好的提高8字形线圈聚焦性能的效果.该方法可以灵活运用到经颅磁刺激线圈实际使用过程中,相比设计新型线圈而言,工作量更少,复杂性更低.     

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.     

偏置磁场强度对交叉线圈式扭转导波换能器换能效率的影响

交叉线圈式带状磁致伸缩扭转导波换能器偏置磁场强度直接影响换能器换能效率,为获得较佳的检测效果,需要研究偏置磁场强度对该换能器换能效率的影响。首先,从磁致伸缩效应出发,分析交叉线圈式带状磁致伸缩扭转导波换能器的工作原理。其次,在模态验证实验的基础上,分别对激励和接收换能器换能过程中偏置磁场的作用进行研究。实验结果表明随着偏置磁场强度的增大激励端和接收端换能器换能效率均先增大后减小。最后进行缺陷检测实验,当激励端和接收端均选择最佳换能区域时,对比模态验证实验,缺陷信号明显增大。该研究结果可为换能器的现场应用提供技术支持。     

圆筒状超磁致伸缩致动器磁场研究与仿真

为设计圆筒状超磁致伸缩致动器(GMA),采用基于磁路的方法对圆筒状超磁致伸缩材料(GMM)内的磁场强度进行计算,基于Maxwell软件建立了圆筒状GMA的3D模型并对磁路结构中各部件尺寸及GMA筒内构件的磁导率对磁场的影响进行了仿真研究。结果表明:在闭合的磁路结构中,对于给定的线圈匝数和激励电流,GMM筒中磁场强度大小受GMM筒轴向长度影响较大且为负相关。磁场均匀性方面,影响较大的是穿过圆筒状GMA构件的磁导率和导磁环轴向长度,二者均与磁场不均匀度正相关。     

新型双向流量计磁导率和几何参数对流量输出电压信号的影响

新型双向流量计外部磁线圈输出电压信号波形不平滑、杂波扰动明显的问题与部件磁导率、几何参数等密切相关,为了改善外部磁线圈输出电压信号质量及优化设计参数,首先对流量传感器的结构进行理论分析,得到了外部磁线圈输出电压信号的解析式,然后建立了二维Ansoft Maxwell仿真模型,对导磁体小球、永磁体、磁线圈、测量管、中轴等部件的磁导率和几何参数对线圈输出感应信号的影响进行仿真.结果表明,永磁体体积越大、导磁体小球的半径和磁导率越大、中轴的半径和磁导率越大,外部磁线圈输出感生电压信号幅值越大;测量管壁厚度和磁导率越大、永磁体与导磁性小球距离越大,外部磁线圈输出感生电压信号幅值越小.增加测量管壁的厚度对抑制基波扰动信号幅值、平滑输出波形具有较明显的作用.     

应用于磁浮列车的直线型Halbach磁体结构的优化设计

对直线型Halbach永久磁体的结构进行了优化.通过改变磁块的长度、宽度和磁化矢量的方向,得到了更强的磁场强度.首先提出优化指标,优化磁块的长度,目的是用最少的磁块得到最强的场强;然后提出合理的磁块宽度的概念,以便得到较大的水平方向的磁场强度分量;其次提出Halbach磁体的偏离结构,进一步提高水平方向的磁场强度.最后通过制造的工程实验模型来验证优化设计,为磁悬浮列车工程化奠定基础.     

管坯电磁成形时线圈受力的研究

成形线圈设计是电磁成形工艺的关键技术之一,为了有针对性地进行防破设计,提高线圈的使用寿命,采用数值模拟的方法研究了螺线管线圈和阶梯形线圈电磁胀形时的磁场,得到了成形瞬间的磁力线分布和线圈受到的磁压力分布.结果表明:线圈、工件的结构参数和相对安装位置对线圈的磁压力分布影响很大;将受力分布引入成形线圈设计,有效地提高了工艺实验中线圈的使用寿命.     

匝间短路故障对永磁同步电机失磁影响的分析与研究

目的 研究不同相带第1匝发生短路故障对永磁电机失磁的影响。方法 利用有限元法, 在对电机的设计参数及绕组结构进行介绍的基础上, 运用ansoft软件建立了永磁电机模型, 并计算了不同故障类型对永磁电机的失磁影响; 提取了不同故障下, 永磁电机短路线圈的电流变化波形和磁密矢量分布图; 从绕组分布的2个不同方面,讨论了不同相带的第1匝发生短路故障时, 去磁磁场的大小、 失磁区域的大小和失磁区域分布之间的关系。结果 失磁区域的大小和分布与短路线圈的空间位置有关。结论 该研究结果可以作为判断短路线圈与永磁体失磁位置的依据, 也为永磁同步电机的设计提供了技术参考。     

钢丝绳缺陷的微磁无损检测技术研究

为了探讨微磁检测技术在钢丝绳无损探伤领域的应用,采用有限元法,分析了无外加磁场激励状态下利用钢丝绳自身剩余磁场实现断丝缺陷检测的可行性。计算了钢丝绳缺陷处及周围空气中的漏磁场强度、分布规律及可测性;论述了地磁场的影响,为微磁检测技术提供了理论依据。通过对钢丝绳微磁检测方法的实验研究,得出了不同断丝状态下漏磁场的检测结果及变化规律。给出了钢丝绳金属截面损失与检测系统输出量的函数关系,验证了微磁无损探伤技术的可行性与可靠性。     

线圈磁耦合模型仿真及其应用

水下通信是发展海洋技术、充分利用海洋资源的关键技术之一.本文研究和探讨了基于水下通信的磁耦合模型仿真及其应用问题,包括磁耦合水下通信的整体系统模型规划、磁耦合模型简图和等效电路模型,同时也研究了磁耦合模型在其它领域的应用.主要利用有限元和控制变量的方法研究了磁耦合模型的仿真问题,系统的分析了通信频率、激励电压、线圈直径和线圈匝数对磁耦合强度的影响情况.通过有效的仿真,能够将磁耦合通信过程中的通信频率、激励电压、线圈直径和线圈匝数对通信距离的影响形象地描绘出来.另外,对于线圈磁耦合模型的应用研究也加深了对磁耦合模型的认识,此项工作为后续进一步设计可靠有效的磁耦合通信系统,优化通信参数提供了重要的借鉴意义.     

超磁致伸缩驱动器磁滞非线性数值模拟研究

针对超磁致伸缩驱动器(giant magnetostrictive actuator,GMA)具有磁滞非线性现象,以经典Jiles-Atherton模型为基础,建立了包含偏置磁场强度和预压应力的GMA磁滞非线性模型,进行了数值仿真分析,得到了偏置磁场强度和预压应力对GMA磁化强度曲线和磁致伸缩应变曲线的影响规律。结果表明,偏置磁场强度对磁化强度曲线和磁致伸缩应变曲线的形状影响较大,调整偏置磁场强度的大小,可改变磁化强度曲线的线性区间,并能抑制或消除磁致伸缩应变曲线的倍频效应;预压应力对磁化强度曲线和磁致伸缩应变曲线的形状影响较小,施加不同的预压应力,可改变磁化强度曲线和磁致伸缩应变曲线的变化率。这与现有试验得到的结论相吻合,验证了所建磁滞非线性模型的合理性。     

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。     

离子镀中弯管磁过滤器的效率和颗粒去除效果的研究

真空多弧离子镀沉积四面体非晶碳薄膜(ta-C)过程中,利用90°磁过滤器弯管去除大颗粒。本文探究了磁场强度、弯管偏压、弧电流和挡板孔径对弯管中离子传输效率(离子流)的影响,同时研究了薄膜表面颗粒去除情况。实验结果表明,弯管中离子流随磁场强度增强而增大,但增大磁场强度会导致颗粒数量增多;在中低磁场强度下,弯管偏压约为+15 V时可获得较高的离子传输效率,相比于不施加偏压提高了近70%;减小挡板孔径可使沉积速率降低,但可以显著改善大颗粒过滤效果;改变弧电流对弧源离子产生率和过滤器传输效率几乎没有影响,减小弧电流能够降低大颗粒的发射数量。本文研究内容为工业应用中采用磁过滤弯管减少薄膜大颗粒提供参考。     

添加元素Al对Tb0.3Dy0.7Fe1.95合金组织结构及性能的影响

研究了Tb0.3Dy0.7Fe1.95合金中添加少量Al替代Fe时,对合金晶体结构、显微组织、磁致伸缩系数影响.结果发现,添加Al没有改变合金的晶体结构,随着Al添加量的增加,晶体显微组织中的析出物增加;在一定的磁场强度下,磁致伸缩系数随Al添加量而变化,当磁场强度低于40kA/m时,磁致伸缩系数随Al添加量的变化曲线出现一峰值,当磁场强度高于40kA/m时,磁致伸缩系数随Al添加量的增加而降低.     

磁阻型电磁铆接工艺研究

目的 为了掌握磁阻型电磁铆接新技术,研究工艺参数对铆接驱动力的影响规律.方法 通过改变放电电压、线圈导线截面尺寸和弹丸尺寸等参数进行磁阻型电磁铆接试验研究,分析各参数对直径为8 mm的2A10铆钉镦头变形的影响,与感应式电磁铆接的成形铆钉进行对比.结果 随着放电电压的升高,铆钉镦头变形量增加;相同放电能量下,导线截面尺...     

磁致伸缩复合材料性能的影响因素分析

首先由退磁场效应分析得到有效磁场强度与外磁场强度的关系,继而根据复合材料细观力学中的Eshelby等效夹杂理论和Mori-Tanaka方法导出了颗粒磁场伸缩应变与复合材料磁致伸缩应变的关系,结合Terfenol-D颗粒磁致应变及弹性模量与有效磁场强度的关系,最终预测了环氧基Terfenol-D复合材料磁致应变及有效弹性模量与外磁场强度的关系,并分析了颗粒含量、形状及基体弹模对复合材料饱和磁致伸缩系数及弹性模量的影响.结果表明,磁致伸缩复合材料的饱和磁致伸缩应变随颗粒含量、纵横比增大而增大,随基体弹模增大而减小;有效弹性模量随颗粒含量、颗粒纵横比、基体弹模的增大而增大;颗粒的纵横比越大、含量越大,复合材料的饱和磁场强度越小,磁致伸缩应变随磁场强度的变化越快;复合材料的有效弹性模量亦随磁场强度的增大而增大,其影响程度在颗粒体积含量和颗粒纵横比较大时尤为显著.     

电机定子硅钢片磁致伸缩效应引起的振动

为了研究磁致伸缩效应对电机定子硅钢片的影响,建立磁-机械耦合数值模型,研究了在磁致伸缩作用下电机定子的振动情况,得到电机定子硅钢片的振动主要为供电频率的一倍频与二倍频。设计了一种仿真实验模型,模拟电机中的磁场走向,线圈与无取向硅钢片不接触,这样无取向硅钢片上只存在由变化磁场导致的磁致伸缩力;通过改变硅钢片的位置,分析磁场不同走向下磁致伸缩效应对无取向硅钢片应力特性的影响,得到无取向硅钢片主要振动频率为供电频率的一倍频和二倍频,且硅钢片处于不同位置时影响其振动的主要频率不同;在磁路发生偏转时造成无取向硅钢片在供电频率一倍频处振动明显。同时设计了实验,测量变化磁场下无取向硅钢片上的振动信号,对仿真结果进行验证,与仿真结果相符合。     

基于逆磁致伸缩的索力传感器原理与影响因素研究

基于逆磁致伸缩效应,建立钢缆索索力传感器理论模型,分析了施加在缆索材料上的力信号(外力和应变)与磁信号(磁感应强度、磁场强度)之间的耦合关系.针对一种环式结构的索力传感器,对索力测量原理做了详细推导,可通过检测感应线圈的感应电压反映材料所受外力.传感器输出感应电压与空气间隙尺寸、外部激励磁场下的材料磁导率、激励磁场变化、加载外力变化等因素有关,重点分析了激励磁场变化和外力变化对传感器输出的影响.当外力是缓变力,可通过检测感应积分电压求得外力;当外力是交变力,直接通过感应电压求得外力;最后通过对磁场变化和外力变化影响分别进行了仿真,结果与理论分析基本一致,表明所建立的索力传感器理论模型可行.