地磁场中铁磁构件应力集中区的力磁耦合模型

为了更有效地表征铁磁材料中应力集中区与其在空间中的磁场关系,基于力与磁畴非线性关系,从宏观热力学关系出发,结合应力影响磁致伸缩应变饱和值的微观物理机制及其变化规律,建立了磁场强度与应力的唯象关系。并将应力集中区等效为磁耦极子,结合电磁场理论与上述唯象关系,建立了反映应力-磁场的耦合模型。在该模型基础上,建立了石油管道缺陷磁记忆检测试验系统。在50m长的石油管道上制作了焊缝裂纹等缺陷。采用磁检测仪对焊缝缺陷的磁特征信号进行了检测。结果发现,随着测试路径的不同,磁信号发生规律性变化,与所建模型预测吻合,证明了模型的可靠性。所建模型可以用于分析缺陷在空间产生的磁场分布、缺陷大小、缺陷深度以及缺陷的分布,为磁检测仪的研制以及定量分析缺陷磁信号打下了基础。

钻式采煤机钻具力磁耦合模型研究

根据采煤机钻具的受力特点,研究了钻具力磁之间的特征关系,建立了钻具力磁耦合模型。通过分析该模型可获取应力和漏磁场之间的特定耦合关系,从而可根据磁场分布间接获得钻具的应力信息,达到实时监测、安全生产的目的。仿真与测试结果验证了该模型的正确性。

层理对煤体破坏中磁信号特征影响的数值模拟研究

为进一步完善煤矿动力灾害磁信号监测预警技术的相关机理,根据弹性力学、损伤力学、统计学等学科建立了煤体静载破坏中磁信号的力-磁耦合模型,结合RFPA2D软件,研究了层理性质、数量对试样破坏特征及磁信号变化特征的影响。结果表明:(1)不含层理试样以单斜面剪切破坏为主,含垂直层理试样以顺层理滑移剪切-拉伸破坏为主,含水平层理试样先产生局部拉伸破坏,随后裂纹出现发散状扩展;(2)整个加载过程中累积磁脉冲数及磁能可划分为4个阶段,其变化过程呈"零值段—缓慢增加段—跳跃增加段—平稳变化段"的趋势;(3)含垂直层理试样累积磁脉冲数及累积磁能远低于含水平层理试样,且两类试样累积磁能的差值幅度远高于累积磁脉冲数;(4)含水平层理试样,层理数量与其累积磁能及脉冲数呈现出很好的正线性相关关系,且累积磁能增幅远高于累积磁脉冲;对于含垂直层理试样,层理数量与累积磁能之间存在较好的线性负相关关系,而与累积磁脉冲数之间不存在明显关联特征。

新型双稳态压电振动俘能系统的理论建模与实验研究

针对线性压电俘能系统的共振频带窄、俘能方向单一、发电效率低等问题,设计了一种双稳态磁力耦合多悬臂梁俘能结构。利用广义Hamilton变分原理建立了系统分布式力-电-磁耦合模型,结合数值计算和实验验证方法揭示了磁铁间距、外界振动激励条件对压电俘能系统响应特性的影响规律。研究结果表明:在合适的磁距和外界振动激励条件下,系统的输出电压可达18V,是线性压电振动俘能系统的3.5倍,有效工作频带是线性压电振动俘能系统的3.1倍,说明双稳态压电振动俘能系统具有明显拓宽有效工作频带和提升发电效率的能力,为压电俘能系统工程化应用提供了理论依据。

等离子喷焊热残余应力磁信号仿真

金属磁记忆检测作为一种新型无损检测方式，在热残余应力检测方面有良好的应用潜质。以传热学、电磁学、热弹塑性有限元分析法及力-磁效应为理论基础，采用ANSYS分析软件建立“热-力-磁”耦合模型，利用该耦合模型得到熔覆层附近基体材料的热残余应力分布以及其相应磁信号。结果表明热残余应力与其磁信号都主要集中在温度梯度变化较大的熔覆层附近，距离熔覆层越近数值越大，并且磁信号的方向随应力性质变化。此外增大热源输入会增大磁信号的数值但并不影响其分布规律。仿真结果符合热残余应力形成机理以及力-磁效应原理。通过相同工艺参数下的试验验证，发现仿真磁信号与实测磁信号的变化规律基本相同，证明上述分析与实际情况基本吻合。研究结果为磁记忆技术在热残余应力检测的深入研究提供了借鉴意义与参考价值。