基于BLT计算复杂腔体结构屏蔽效能的拓展方法

本文通过拓展BLT(Baum-Liu-Tesche)方法,计算了复杂结构腔体的屏蔽效能(Shielding Effectiveness,SE). BLT方法最初被用于分析传输线模型,后被拓展到计算腔体屏蔽效能,然而其局限于计算矩形腔体和圆柱腔体的屏蔽效能,无法分析更加复杂的腔体结构.本文将BLT方法与数值方法相结合,同时利用机器学习的回归方法,将其拓展到复杂腔体结构的屏蔽效能计算中.本文首先计算了腔体二维截面的特征模;然后,基于电磁波传播规律建立了等效电路网络结构,结合BLT方法获得腔体屏蔽效能的频域响应分布;最后,利用机器学习方法训练支持向量回归模型(Support Vector Regression,SVR),修正频域响应幅值,得到腔体目标的屏蔽效能.本文采用了3种不同结构的腔体对提出的方法进行了验证,频率范围为0.1~3 GHz.以商业软件仿真得到的结果为标准,本文提出的方法可以在85%的置信度条件下,实现均方根误差小于3,同时计算速度相比商业软件提升80倍以上.

组合式电磁成形技术研究进展

电磁成形技术是一种典型的高速率电磁脉冲成形技术,可显著地提高材料的延展性,减小工件回弹和起皱,降低设备制造成本。在电磁成形技术发展过程中,电磁成形力场的有效加载和调控颇具挑战,早期的电磁成形方案基本实现工件排斥力成形效果,其电磁力分析中主要以排斥力占据主导,应用有较大的局限性,如今优势明显的组合式电磁成形技术开始进入大众视野。该文在简述电磁成形基本原理及电磁力调控方式的基础上,根据组合式方法应用的不同层面,将近年来涌现的研究成果划分为:驱动线圈组合式、电磁力组合式及工艺组合式三类电磁成形技术,针对每一类技术,分别阐述了其实施原理、技术方案及应用成效,并进一步归纳了不同技术的适用范围及研究重点。最后,在这些研究成果的基础上,对组合式电磁成形技术未来的发展方向进行了展望。

基于双层凹型集磁器的管件电磁胀形电磁力特性及变形行为研究

针对传统管件电磁胀形存在管件壁厚减薄严重和变形不均匀等问题,提出基于双层凹型集磁器结构的单线圈管件电磁成形方法,通过径向电磁力场分布的调控和轴向电磁力的协同加载,为同时抑制管件壁厚减薄和改善变形均匀性提供了新的技术途径。为验证该方法的有效性,基于电磁-结构场耦合数值模型,对比探究有无双层凹型集磁器下轴径电磁力分布特性、管件壁厚减薄量以及轴向变形均匀性等关键物理量的变化规律,研究集磁器的内凹高度对管件成形行为的影响。仿真结果表明,与传统管件电磁胀形方法相比,新方法下管件壁厚减薄量可从22.07%降低至8.30%,且轴向均匀性扩大至2.31倍。

平板式永磁电动悬浮系统设计与实验研究

该文提出一种以汽车为载体的平板式永磁电动悬浮系统,并从结构设计、等效实验、原理样机测试三方面对电磁特性开展研究。首先,阐述系统的结构及原理,依托自主研制的最高时速600 km的动轨实验台,分析在固定参数下的电磁力特性和垂向自稳定能力,并验证有限元模型的准确性。其次,对悬浮磁体、导向磁体、导体板进行计算分析。最后,改装汽车,加装间隙调节机构、简易悬浮架、车载磁体及测试系统,并搭建长50 m的铜制导体板轨道,开展原理样机测试。整车约为1500 kg,最高实验速度为70 km/h,最大悬浮间隙约为35 mm。实验结果验证了导向磁体的有效性,展现出平板式永磁电动悬浮系统较强的载重能力。

复杂裂纹涡流检测与评估方法研究

钢轨表面及上表面产生的滚动接触疲劳裂纹通常以斜裂纹或多角度复杂裂纹的形态存在,对其检测和评估是个难题。基于此,采用基于无线能量传输的涡流检测方法(WPT-ECT),设计新的探头结构并结合神经网络算法对裂纹进行检测和评估。首先,有别于现有WPT-ECT方法,采用增大激励频率,而非串并联电容的方式,构造谐振电路;其次,根据复杂裂纹的特点,设计由两个八字形激励线圈和两个矩形接收线圈组成的方向性探头结构;最后,充分提取检测信号的特征,并运用径向基神经网络算法对裂纹进行识别。仿真和实验结果表明,所提出的探头结构对任何角度的缺陷均敏感。同时,RBF算法对斜裂纹、T裂纹、Y裂纹和1.2 mm提离下的T裂纹的识别准确率分别为92.00%、95.27%、96.64%和89.50%。

永磁电动悬浮多工况下的电磁力特性研究

永磁电动悬浮系统由于自身弱阻尼的特点,运行过程中磁体的姿态易受外界扰动而发生改变,从而影响系统的电磁力特性。该文针对磁体倾斜、横移、偏转等工况,采用解析计算、仿真分析、实验验证相结合的方法来研究系统电磁力特性。首先阐述系统的结构及原理,推导Halbach永磁体阵列在水平、倾斜、偏转状态下的磁场分布函数,建立适用于系统多工况的三维解析模型;其次,搭建三维仿真模型,仿真结果验证了解析模型的正确性,并结合解析模型对比分析系统典型工况下的浮阻特性和悬浮能力;最后,依托组内自研的最高设计时速为600km/h的动轨实验台,分析了系统在固定参数下的电磁力特性和垂向自稳定能力,并验证解析模型的准确性及磁体在不同横移位置的电磁力特性。

一种双L型抗偏移无线传能线圈及谐振网络电路

针对现有无线传能线圈普遍存在的金属环境适应性差、抗偏移能力较弱的问题,提出了一种双L型抗偏移无线传能线圈及谐振网络电路。基于有限元理论,利用COMSOL电磁场仿真软件,建立了普通8字矩形线圈和双L型抗偏移无线传能线圈的有限元仿真模型,并通过仿真结果验证了该线圈及电路不仅提高了无线传能机构的金属环境适应性,还在各个方向上具有良好的抗偏移性。

基于一体化电磁骚扰传导模型的开关柜微机保护装置电磁干扰滤波器设计

为解决高压开关柜断路器在海上风电场等场景下频繁操作产生的电磁干扰问题,分析其电磁骚扰传导过程,并设计合理的抗干扰措施以提高微机保护装置的电磁兼容水平,该文提出一种高压开关柜一体化电磁骚扰传导仿真模型,针对断路器开断电磁骚扰设计了电磁干扰(EMI)滤波器并验证其性能。首先以KYN61—40.5型开关柜真空断路器为例,建立其电磁骚扰一体化仿真模型,通过试验与仿真获得断路器开断电磁骚扰的特征;然后根据该特征设计了基于定K型和m推演的EMI滤波器并验证其性能。研究结果表明,微机保护装置电流测量端口的骚扰电压主导频率约为312 kHz,一体化电磁骚扰传导仿真模型仿真结果与试验结果最大相对误差为9.8%,表明该模型可用于电磁骚扰传导过程的仿真;该文设计的EMI滤波器的陷波频率与理论设计值的最大相对误差为-8.8%,接入EMI滤波器后骚扰电压下降93.94%,持续时间下降71.42%。研究成果可为高压开关柜微机保护装置的电磁骚扰传导过程分析和电磁兼容水平提升提供参考。

孔周裂纹的柔性阵列旋转涡流检测

针对具有复杂型面的涡轮叶片微小气膜孔周裂纹检测问题,设计制作了新型旋转涡流柔性阵列检测探头,搭建了调幅旋转涡流阵列检测系统,并提出了基于阵列调幅旋转涡流检测信号相位信息的缺陷识别方法。所设计的新型旋转涡流柔性阵列检测探头激励部分采用双层并联电路线圈构型,并使用柔性电路板设计制作,该构型可形成均匀涡流场并减小线圈面积,便于实现检测探头的柔性化和小型化。基于阵列调幅旋转涡流检测信号建立阵列气膜孔的李萨如和极坐标分析图,利用李萨如分析图中的相位信息和极坐标分析图中的幅值信息判断孔周内壁裂纹的信息。通过数值计算和试验,验证了所提出的新型旋转涡流柔性阵列检测探头和孔周背面裂纹识别方法的有效性。

基于旋转交流电磁场的铁磁材料裂纹方向检测

针对传统交流电磁场检测(Alternating Current Filed Measurement,ACFM)技术检测任意方向裂纹容易出现误检、漏检等问题,引入旋转磁场作为ACFM技术检测探头的激励源,设计了一种新型阵列式无损检测探头。建立以旋转磁场为激励源的ACFM技术检测探头有限元仿真模型,融合多个采样点提取工件表面的磁场信号,分析了不同方向的铁磁材料表面裂纹的磁场分布情况。仿真结果表明,以采样点所检测到磁场信号的By-Bx特性曲线长轴倾斜角度为裂纹缺陷特征值,可以有效地检测出不同方向的裂纹缺陷,为铁磁性材料表面裂纹方向检测提供一种新的方法。

基于坐标变换辅助势的轴对称电磁场仿真

将轴对称静磁场的坐标变换辅助势法推广应用到包含绞线圈、非线性磁导率铁芯、外电路及运动耦合的轴对称电磁场有限元分析中,并通过国产低频电磁仿真软件INTESIM-Emag编程实现。数值算例表明,基于坐标变换辅助势法的技术方案可获得较高的计算精度。某轴对称电磁阀的动态性能仿真说明该方案对工程问题仿真的适用性和准确性。

互感式自调零正交涡流传感器设计与研究

针对涡流检测过程中传感器易发生提离和摇晃造成缺陷误判和漏检的问题,利用电磁场理论,研究了双Pancake式线圈之间的零互感特性,提出了一种互感式正交自动调零涡流传感器;同时搭建了基于六轴机器人引导的涡流检测系统,对铝筒体轴向和环向表面裂纹进行了相关实验研究。结果表明:相比同轴型涡流传感器,该传感器在筒体缺陷检测过程中对提离和摇晃的抑制力更佳,通过面内旋转其激励线圈至0°和90°,能够清晰地识别出铝筒体轴向和环向的表面裂纹。该传感器在不依赖高精度姿态校准前提下,有效解决了提离和摇晃造成缺陷误判和漏检的问题,对导电结构外场原位检测具有重要的应用意义。

电磁发射技术的研究现状与挑战

该文介绍了电磁发射的技术特点和技术分支,归纳了电磁发射系统包含的脉冲储能、脉冲电能变换、脉冲直线电机、检测与控制、高速高过载制导五项共性技术,综述了电磁发射在军事平台和武器领域、民用及航天领域的发展现状及应用情况,指出了目前面临的挑战及对策,提出了电力电子系统无缆化、高性能材料复合化、全系统感知控制智能化的发展趋势,旨在为电磁发射技术的后续研究提供参考。

基于亥姆霍兹线圈装置的磁热疗优化方法

该文研究了两种常见亥姆霍兹线圈产生磁场的均匀性,并根据装置线圈所产生磁场作用下的生物组织治疗温度分布分析了磁场均匀性对治疗效果的影响。其中,文中的磁纳米粒子(MNPs)以磁流体形式注射进肿瘤区域并假定以注射点为中心呈现高斯分布。该文在多种约束条件下应用改进粒子群算法优化了磁场的频率和强度、磁纳米粒子粒径,以及磁纳米粒子体积分数等参数,而涉及的约束条件包括治疗最高安全温度、治疗磁场安全范围上限、MNPs粒径范围,以及MNPs产热有效条件等。同时,该文以累积等效分钟数来评估圆形和正方形亥姆霍兹线圈及理想磁场在不同血液灌注率下的细胞热损伤程度。研究结果表明,正方形亥姆霍兹线圈相比于圆形线圈能产生更大范围的匀强磁场,这使其磁热疗效果更接近于理想磁场情况。同时,考虑温度依赖的血液灌注率相比定值情况具有更高的治疗温度。

孔边裂纹的旋转涡流检测

将调幅旋转涡流检测技术用于叶片气膜孔边任意方向裂纹的无损检测。首先,开发了调幅旋转涡流检测信号数值模拟方法和程序,计算结果表明调幅旋转涡流方法可有效检测孔边裂纹。其次,开发了旋转涡流检测探头和检测实验系统,对含孔边裂纹的气膜孔模拟试件进行了检测实验。检测实验与理论分析的结果一致,验证了所提数值模拟方法和调幅旋转涡流检测技术对孔边裂纹检测的有效性。

基于凸形集磁器的管件电磁胀形电磁力及成形性分析

针对传统管件电磁胀形存在的壁厚减薄以及轴向变形不均匀的现象,提出了基于凸形集磁器的管件电磁胀形方法,通过调控径向电磁力分布以及轴向电磁力协同加载,为同时改善管件的壁厚减薄量过大和轴向变形不均匀提供了新的技术途径。为验证成形有效性,利用COMSOL软件构造了管件二维轴对称电磁-结构耦合模型,对比分析了有无凸形集磁器时径、轴向电磁力分布、轴向变形均匀性和壁厚减薄量变化,并研究了凸形集磁器内外壁高度对管件成形的影响。结果表明,相较于传统管件胀形,新成形方法下管件轴向变形均匀性提高了4.2倍,壁厚减薄量减小了33%。

电动汽车无线电能传输系统建模与电磁安全评估

从线圈结构和双边LCC补偿拓扑两方面开展无线电能传输系统的优化设计,以实现指定的输出功率和最高的传输效率。为研究无线充电环境中电磁场对人体的影响,通过三维电磁场仿真软件构建了一个完整的电磁环境仿真系统,包含无线充电系统、电动汽车和具有重要器官的人体模型。模拟了7个场景:成人站立于车后方;成人坐于车内左前、右前、左后和右后方;成人躺卧于车后方;儿童躺卧于车后方(最坏情况)。仿真结果表明,对于22 k W的高功率无线充电环境,躺姿势儿童的心肺和躺姿势成人的心脏超出国际非电离辐射防护委员会规定的感应电场基本限值。由于车辆外壳的屏蔽和人体与利兹线的距离,坐在车内和站立于车后的场景对人们是安全的。

无铁心直线感应悬浮电机非均匀气隙工况的三维磁场与力特性分析

该文以适用于低真空管道高速磁浮列车的无铁心直线感应悬浮电机为研究对象,针对其运行过程中可能存在的非均匀气隙工况,在直角坐标下建立该电机的磁场和电磁特性的三维解析模型。首先,介绍该直线感应悬浮电机的拓扑结构及其工作原理;其次,采用积分法求解得到直线感应悬浮电机初级的三维空间磁场分布函数,并对该磁场分布函数进行傅里叶级数转换,使电机初级三维磁场函数具有形式上连续统一的解析表达式;再次,基于二阶矢量磁位(second order vectorpotential,SOVP),提出无铁心直线感应悬浮电机可考虑任意气隙(均匀、不均匀)工况的三维解析模型,推导出悬浮力、牵引力、涡流损耗等电磁参数的解析表达式,并通过有限元法验证解析计算的准确性;最后,通过小型样机试验,来验证理论计算的合理性。

AZ31镁合金管件电磁吸引式成形动态特性研究

镁合金作为目前工程应用中最轻质的金属结构材料之一,因其多种优良特性而广泛应用于轻量化设备制造中。然而,镁合金在室温下的塑性形变能力较差,传统加工工艺难以满足镁合金工件成形制造的需求。利用电磁力驱动金属材料发生高速变形的电磁成形技术可有效解决上述问题,其极高的应变速率能显著改善镁合金材料的成形性能,提升室温下的成形极限。然而,目前关于镁合金电磁成形的研究,大多使用驱动片与加热装置辅助,其工装较为复杂,且工件变形质量难以保证;辅助装置的添加也难以用于微小管件的成形。因此该文提出室温下的镁合金管件电磁吸引式成形方法,通过建立有限元仿真模型,在理论上验证了其成形方案的可行性;进一步分析了放电参数、电磁参数对管件运动状态的调控规律,阐明管件变形过程中工件的动态特性。上述结论可为线圈结构设计和放电参数设计提供指导。

集磁器对电磁成形驱动线圈发热影响及机理

在电磁成形的过程中,驱动线圈的发热是影响线圈使用寿命和放电频次的关键因素;集磁器作为一种常用的电磁成形辅助工具,目前被广泛用于改善电磁场的分布,提高工件的成形质量。然而,集磁器的引入也会影响等效电路中的等效电感参数,从而改变线圈中的电流,进而影响线圈的发热。故该文提出使用集磁器作为降低管件电磁胀形中驱动线圈发热的措施;通过理论分析和仿真模拟分析了有/无集磁器的两种方案中线圈的发热和管件的成形效果变化,以及集磁器上的温度变化。结果表明,在内径49.6mm、外径68mm、4×10匝的线圈胀形过程中,通过引入集磁器辅助,在放电电压为10.5kV时,线圈上的焦耳热减少了12.32%,最高温度降低了3.42℃,工件的最大成形深度提升至约为原来的2.76倍;进一步的分析则表明,集磁器的引入降低了等效电路中的电感和电压,使得线圈电流具有更陡的下降沿,衰减速度变快的同时减小了电流峰值,从而让线圈的热量损耗更小。该方法成本较低,容易实现,且对于线圈发热问题具有明显的优化效果,对提高电磁成驱动线圈的使用寿命和放电频次具有重要意义。