板料渐进成形超磁致伸缩超声换能器设计及磁场均匀度研究（英文）

设计了一种超磁致伸缩超声换能器,用有限元分析软件对理论设计的超声振动系统进行动力学分析,并对换能器进行了实验测试,验证了理论设计和仿真分析的正确性。为了研究导磁材料厚度对超磁致伸缩材料内磁场均匀度的影响规律,在超磁致伸缩棒与永磁体之间设置导磁材料,对换能器进行了磁场仿真分析。在对换能器进行阻抗分析和振幅测量基础上,对有无导磁材料时换能器的性能进行对比。实验结果表明:在超磁致伸缩材料与永磁体之间设置1.6 mm左右厚的导磁材料时,超磁致伸缩棒内的磁场均匀度最高;添加导磁材料后,超磁致伸缩换能器的输出振幅增大,机械品质因数减小,阻抗减小,使换能器工作更加稳定。     

稳定悬浮状态下无轴承开关磁阻电机电感特性

针对二维有限元和磁链法计算无轴承开关磁阻电机(Bearingless switched reluctance motor,BSRM)电感特性的局限性,建立了BSRM稳定悬浮时的三维有限元模型,采用双标量磁位法计算得到其磁场分布,应用一种仅需计算非线性系统能量增量即可计算电感的增强型能量增量法,计算其绕组电感.以-7.5 kW,12/8结构的BSRM为例,简单比较了双标量磁位法与二维有限元法、矢量磁位法和棱边有限元法分别求解BSRM磁场时的计算规模和平均计算时间,说明了双标量磁位法在大规模计算场合的优越性;研究了电感与转子径向位移的关系;计算获得了样机处于稳定悬浮状态下的主、悬浮绕组电感;研究了端部效应对电机磁场分布和绕组电感的影响.通过实验验证了电感计算的准确性,为优化设计和精确控制该类电机奠定了基础.     

磁悬挂天平系统的磁场分析与计算(60mm×60mm 磁悬挂天平技术研究之一)

磁悬挂天平系统的磁场设计好坏是磁悬挂天平系统结构设计成败的关键。而磁悬挂天平系统的磁场结构比较复杂,用简单的磁路设计方法已经不能满足更高的设计要求。本文介绍了一种求解电磁场的方法——二维电磁场有限元法,建立了相应的磁悬挂天平系统的数学模型,并应用此法,对磁悬挂天平的均匀磁场和梯度磁场分布进行了分析计算;提出了一种用于求解磁场开域问题的方法。文章中还介绍了根据磁场的计算结果来确定线圈间间距和铁芯厚度的方法。在此基础上,提出了一个60mm×60mm 的磁悬挂天平系统的设计方案,并给出了此设计方案的理论计算与实验结果的对比表。     

永磁体位于转子上的混合型轴向磁轴承原理分析与参数设计

针对混合型磁悬浮轴承功耗低、结构紧凑的特点,提出了一种永磁体位于转子上的混合型轴向磁悬浮轴承。首先给出了该磁悬浮轴承的三维结构及其工作原理。在此基础上,提出了一种基于气隙磁通计算的参数设计方法。其中根据最大承载力所需的总磁通量,得到磁路中各关键截面处的磁通密度,以软磁材料内部磁场磁通密度不饱和为约束条件,以体积最小为优化目标,通过循环迭代的方式计算各部分漏磁系数与磁阻系数,最后得到该混合型轴向磁悬浮轴承各部分的结构参数。文中还利用有限元电磁场分析软件对其进行三维电磁场建模与仿真分析,仿真结果验证了该参数设计方法及其结果的合理性与正确性。     

基于非结构化单元的磁场及梯度模拟计算

在地球物理磁法勘探中,磁场及其梯度张量数据是磁法正反演及解释的重要基础.本文结合磁梯度张量解析解表达式,实现了一种基于非结构化四面体单元的磁场及梯度模拟计算方法,该方法弥补了传统方法难以处理任意复杂模型的缺陷,同时大幅提高了模拟计算精度.首先,采用非结构化单元剖分异常体可以显著地减小几何误差,更好地模拟带地形复杂模型.其次,采用新的磁梯度张量解析解表达式,其精度比传统的有限元、有限差分方法更高.本文设计了单个球体模型和组合体模型,模拟计算结果体现了该方法的适用性和准确性.     

金属磁记忆检测技术的物理机理

对目前存在的关于金属磁记忆检测技术物理机理的几种学说进行了试验研究和分析.研究了在地磁环境下拉伸速度对应力磁效应的影响、环境磁场对应力磁效应的影响和环境磁场对应力一应变的影响.分析了应力作用下的应变磁化理论、应力和磁场作用的等效理论和应力能作用的能量平衡理论.研究结果表明,在地磁环境下应力作用的电磁感应原理对应力磁效应的影响很小、环境磁场与应力磁效应有关、环境磁场与应力应变效应无关.推断应力磁效应是应力和环境磁场共同作用的结果,是应力通过对材料的微观结构和磁畴特征的影响引起的.     

基于RBF神经网络的储油罐底板缺陷量化方法

提出一种基于RBF神经网络来提高漏磁检测对储油罐底板裂纹缺陷的量化能力的方法。首先利用有限元仿真计算了不同长度、宽度、深度和倾斜角度的槽型缺陷漏磁信号,分析漏磁信号分布规律并提取磁异常幅值和占宽作为磁信号特征量,探讨了磁信号特征量与缺陷尺寸之间的关系并组建样本集。其次,建立RBF神经网络与模拟退火算法相结合的量化模型,并使用样本集对RBF神经网络进行训练,预测缺陷大小及倾角。结果表明,磁异常特征量随缺陷尺寸及角度呈现不同变化规律,通过RBF神经网络建立复杂关系网,结合模拟退火算法可精确量化缺陷,样本集内缺陷平均量化正确率约为98.71%,样本集外缺陷平均量化正确率约为86.67%。因此,基于RBF神经网络并且结合模拟退火的方法可应用于漏磁检测对储油罐底板的缺陷量化,为储油罐的安全评估提供理论依据。     

切向结构永磁同步电机中磁钢厚度对性能的影响

提出了切向结构永磁同步电机中磁钢厚度的约束条件;依据电机学理论并结合有限元计算方法,研究了气隙长度恒定时不同极对数下气隙磁密、每极磁通与磁钢厚度的关系,探讨了磁钢厚度对电机的过载能力、铁耗等性能的影响;在气隙长度发生变化时,为了保证漏磁大小不变,讨论了气隙与非导磁衬套厚度、磁钢厚度的关系。并指出:(1)气隙恒定时,随着磁钢厚度的增加,不同极对数时磁钢体积增大所提供的磁势对每极磁通的影响有所不同;铁耗和过载能力随磁钢厚度的增加而增大。(2)气隙增大时,为了保证气隙磁密和漏磁不变,必须增加非导磁衬套的厚度。(3)极对数增加时,减小磁钢厚度能提高电机的性价比。     

超高时空分辨率磁纳米测温前沿与进展

特殊条件下的远程、快速温度测量的前沿需求，对经典温度传感技术提出了挑战。磁学原理测温方法在这些领域颇具潜力，磁纳米粒子具备显著高效的温度–磁场转换效应及纳秒尺度的响应时间，可实现远程、高精度、快速的温度测量。本文综述了目前国内外磁纳米测温技术的发展现状，具体包括几种不同的磁纳米温度测量物理模型及仿真分析方法，以及相应的温度信息提取方法与测量系统设计。基于磁纳米粒子的远程温度测量方法主要原理是测量磁化率或磁化强度信号，通过Langevin磁学模型获取温度信息。多个原型实验证明了磁纳米测温技术在远程或超快速等约束条件下应用的可行性。磁纳米温度计为大功率芯片的结温测量、瞬态温度测量、穿透金属的远程温度测量以及高超声速风洞转捩点下游温度成像等极端条件下的温度测量提供了一种新的测量工具。     

用假想磁荷模型计算三维静磁场的解耦问题

本文提出了用假想磁荷模型计算三维静磁场的解耦概念和实施方法,较好地解决了假想磁荷模型中的磁位跃变边界问题。通过实例计算,证明了该概念和方法的正确性。     

STUDIES ON MAGNETIC ABRASIVE MACHINING

磁性磨料磁力研磨是近年发展起来的一种高效率、高质量的抛光方法，能够加工复杂外形工件和各种内壁、内腔表面，具有加工装置易于控制、工作环境清洁、加工成本低等优点，具有广阔的应用前景。本文设计、制造了加工装置并进行了一系列的试验，在研磨过程各主要参数对研磨的影响作了研究。试验结果表明，研磨初期加工效率较高，但随着研磨时间的延长，研磨效率降低，研磨质量提高不多；工件转速越高，研磨效率越高，而对研磨质量则没有影响；研磨存在最佳的加工间隙与电流强度值，在此条件下，研磨效率高，研磨质量也较好。本文最后对加工机理作了理论分析，认为磁极的设计与制造研磨能力好、磁性强的磁性磨料是非常重要的。     

混合励磁同步电机电抗计算与建模

混合励磁同步电机(Hybrid excitation synchronous machine,HESM)磁场分布往往呈现三雏特性,二雏有限元法难以适用.而三维有限元瞬态场分析的计算量巨大,进行混合励磁同步电机与控制系统外电路的闭环场路耦舍仿真目前还不现实,本文建立了切向磁钢HESM的三维有限元模型,由静磁场计算得到气隙磁通随励磁电流的变化规律.利用三雏瞬态场路耦合分析电机空载特性和外特性,由电势波形和矢量图推算不同励磁、不同负载电流下电机同步电抗值.根据电压方程建立了切向磁钢HESM的MATLAB/Simulink数学模型,仿真和实验结果验证了模型的正确性,为新型混合励磁同步电机的闭环系统仿真分析、快速计算提供了重要的分析手段.     

串联磁路混合励磁爪极发电机的研究(英文)

针对电励磁爪极发电机效率低、永磁爪极发电机磁场调节困难的问题,提出了一种串联磁路混合励磁爪极同步发电机,利用磁路计算方法和三维有限元的分析研究了这种新型电机各部分的磁密大小,确定了合适的极对数和合理的磁钢厚度,探讨了这种新型电机的空载特性、外特性和调节特性.研究表明:串联磁路混合励磁爪极发电机合适的极对数为2,且磁钢厚度存在一个较为合理的优化值.相对于电励磁爪极发电机,它实现了励磁电流的双向控制;相对于永磁爪极发电机它使得输出电压可调,在更宽的负载范围内实现了输出电压的恒定.在参数相同的情况下,与电励磁爪极发电机相比,该电机具有更高的气隙磁密和功率密度.     

铁磁构件应力集中的计算机模拟和磁记忆检测

本文应用ANSYS有限元软件模拟典型构件圆孔板应力场的分布，通过有限元解与解析解对比分析，说明ANSYS软件计算的可靠性和准确性。为进一步研究典型构件的应力分布与漏磁场强度之间的关系，完善磁记忆检测的理论基础提供了一种重要的手段。     

新型切向磁钢混合励磁同步电机结构与原理

混合励磁电机兼具永磁电机高效率和电励磁电机励磁可调的优点。文中提出两种全新的具有轴向磁分路的混合励磁电机:两端轴向磁分路和单端轴向磁分路混合励磁同步电机。它们都是在切向磁钢永磁同步电机的基础上,将转子极靴沿轴向延伸,利用附加气隙及导磁桥形成轴向磁分路。阐述了两种新型电机的结构及原理,分析了两种电机的磁路特点,并给出其等效磁路。对比研究表明:单端轴向磁分路混合励磁电机轴向磁路短,电励磁效率高,是一种性能优越的混合励磁电机结构拓扑。     

表贴式永磁电机的两种充磁方式

研究了表贴式永磁电机的两种充磁方式。首先利用已有文献电机参数验证了有限元模型的正确性,对比分析了两种充磁方式下电机磁密和磁钢磁势的分布特点,研究表明内转子结构平行充磁方式具有提供更大的气隙磁通潜力,而外转子结构则相反。接着研究了两种充磁方式,不同气隙下气隙总磁通随极对数和磁钢厚度的变化规律。同时明确了两种充磁方式各自使用场合,给出了最佳磁钢厚度的取值范围。本文工作有助于正确选择表贴式永磁电机的充磁方式和磁钢厚度,以发挥磁钢潜力,改善电机性能。     

切向结构永磁同步电机辅助磁极的优化

为了减少切向结构永磁同步电机转轴侧永磁体的漏磁,提高气隙磁密,在切向结构永磁同步电机中合理引入辅助永磁体。辅助永磁体相对于切向永磁体的位置有3种．其中以模型b,c较为合理,永磁材料用量适中,对气隙磁通的贡献大。随着辅助磁极永磁体厚度的增加,气隙磁密增加,当永磁体厚度增加到一定值时气隙磁密开始减小（模型b）或几乎恒定（模型c）,即辅助永磁体存在一个合理的厚度,该厚度与电机的极对数有关。     

电脉冲除冰系统的电磁场分析

针对NASA CR-4175试验电脉冲除冰系统,建立了该系统的电磁场涡流有限元分析模型,分析了试验蒙皮在涡流场中法向及径向的磁感应强度,采用麦克斯韦应力法计算了该蒙皮所受的瞬态电磁力,并与Hender-son模型计算结果以及实验测量值进行了拟合偏差比较。同时在不改变电路的情况下,研究了蒙皮厚度、蒙皮电导率、蒙皮-线圈间隙这3个因素对电脉冲除冰效果产生的可能影响。结果表明,电磁场涡流有限元分析模型所计算的磁感应强度比Henderson模型更吻合实验值;趋肤深度范围内的试验蒙皮厚度愈大、蒙皮电导率愈大、蒙皮-线圈间隙愈小,蒙皮所受的峰值脉冲力愈大,即意味着这些参数条件下的除冰效果将更佳。