电-磁耦合磁悬浮控制系统Hopf分岔与控制器设计

根据磁悬浮系统的动态特性，首先提出了具有非线性鲁棒 Ｐ Ｉ Ｄ 控制器的电磁耦合磁浮系统的动力学模型，从理论上分析了此系统产生分岔时的复杂动力学行为，给出了 Ｈｏｐｆ分岔的参数条件，及控制器参数选取域，以使当参数在某一给定范围内变化时，系统始终保持在渐近稳定的平衡态，且通过对具体磁悬浮系统的数值仿真，表明此电磁耦合控制系统的动力学行为很复杂，对它进行分析是实现稳定控制的关键，仿真结果与理论分析完全相符；本文的分析对磁悬浮控制系统的进一步设计、稳定控制有理论指导意义。

小周期结构磁-力-电耦合问题的高阶双尺度渐近分析

磁-力-电材料在工业和工程领域有广泛的应用,文章通过高阶双尺度方法分析了磁-力-电耦合问题的高阶双尺度渐近展开式,得到了问题的均匀化常数与均匀化方程,并构造了其二阶双尺度近似解,最后利用双尺度方法形式地分析了近似解的渐近误差估计。

层合磁电能量采集器的研究进展

层合磁电(ME)能量采集器具有微型化、柔性化和功能多样化等优点,在植入医疗、物联网(IoT)和微机电系统(MEMS)等低功耗设备的自供电监测中具有广阔的应用前景。评述了该采集器的最新研究进展,介绍了其磁-机-电耦合能量转换机理,梳理了各种高频、低频磁能采集器和低频混合能采集器的类型与结构特点,综合比较分析了器件性能,指出高频磁能采集器在植入设备无线供电医疗诊治中的潜在优点和低频采集器在载流IoT设备自供电传感监测中的显著优势。最后总结了该采集技术目前存在的问题和未来发展方向。

机载电子“机-电-磁-气动”多场耦合系统研究方法

本文研究分析了机载电子系统在构型设计中面临的"机-电-磁-气动"多场耦合系统,探讨了多学科协同设计的研究方法。通过对"机械-电-磁-气动"复杂多场耦合系统进行了耦合关系分析,提出了采用综合分析法进行分析求解,并给出了解决方案和优化求解流程。本文提出的机载电子"机-电-磁-气动"多场耦合系统建模、仿真及优化方法,可为后续建模、仿真、优化等研究工作提供参考。

GDI喷油器电-磁-热耦合分析

汽油直喷(Gasoline direct injection,GDI)喷油器性能受温升影响较大,限制了发动机电子控制单元(Electronic control unit,ECU)对其喷油量的控制精度。针对GDI喷油器电、磁、热子系统之间的耦合关系,建立了耦合过程的物理模型,通过研究GDI喷油器工作过程中能量损耗及转化关系,揭示了电磁转化过程中产生的损耗是造成喷油器本体温升的主要原因。以电磁转化过程中能量损耗为热源,以热辐射和热传导基本理论为依据,利用ANSYS有限元软件对GDI喷油器温度场进行仿真分析,并进行了试验验证,分析了GDI喷油器本体温度场分布特点以及温升变化对喷油器性能的影响规律。结果表明,线圈和铁芯部分的温升较高,随温度升高GDI喷油器动态响应时间延长、喷油量减少,且温升受保持电流和保持脉宽的影响较大。

移相整流变压器电-磁-机耦合问题的计算与分析

针对一台移相整流变压器运行时发生的短路故障,利用三维有限元场-路耦合方法建立了计算模型与绕组等效电路,并对短路情况下的电-磁-机耦合问题进行了计算分析。

超磁致伸缩执行器电-磁-机耦合场分步有限元模型分析

提出了超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material,GMM)执行器的电-磁-机三场耦合分步有限元模型。此模型采用分步方法来建立,首先计算线圈的磁场,然后计算GMM中磁-机耦合场。通过COMSOL Multiphysics 3.4软件中的三个模块来实现所建模型。最后运用此有限元模型对GMM智能构件进行性能分析,得到的仿真结果与实验结果吻合,说明提出的有限元模型有利于GMM应用设计。

电磁发射装置电-磁-热场分布的分析与仿真

为探讨电磁发射过程中出现的热烧蚀现象,构建了电磁发射及电接触层接触电阻的模型,推导出电-磁-热场耦合方程,采用有限元数值计算方法得到了在脉冲电流激励下,轨道和电枢间电流密度、磁感应强度及温度的分布图。计算过程表明:电磁发射过程实际是电-磁-热场的耦合过程,接触电阻是造成电磁发射热损耗的主要原因之一,接触电阻使得轨道和电枢接触表面区域的电流密度极大,容易造成轨道材料的烧蚀。

高速电磁阀静态电磁力数学模型

为研究高速电磁阀电磁力特性,进行了磁性材料B-H磁化曲线拟合公式的研究,提出了计算精度高且形式简单的B-H曲线拟合公式,并利用B-H曲线试验数据验证了提出的拟合公式的正确性。以磁导率为电场-磁场耦合的桥梁,建立了考虑磁性材料磁化特性的高速电磁阀静态电磁力数学模型,同时进行了两种不同气隙下电磁力的试验研究,试验数据和仿真结果的误差在10%以内,这证明了所建立的数学模型的正确性。研究结果表明:在进行高速电磁阀数学模型建立时,软磁材料磁阻和气隙磁阻共同决定高速电磁阀的电磁力特性。

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。

油阻尼断路器触头系统电动斥力仿真及优化

在ANSYS中建立了油阻尼断路器触头系统的三维有限元模型,对其触头间的霍尔姆力和导体臂之间的洛伦兹力进行了仿真分析,得到其电流密度分布,磁感应强度分布,触头和触头臂的受力情况。通过理论值与仿真结果的对比验证了利用ANSYS求解电动斥力的可行性,并分析了影响霍尔姆力的主要因素,得到了霍尔姆力随表面接触系数、接触压力和材料硬度变化的规律。利用ANSYS对触头系统的结构进行了优化,可以在短路条件下得到更大的电动斥力,辅助油阻尼断路器的机构进行分断。

油阻尼断路器触头间电动斥力分析

描述了利用三维有限元软件对油阻尼断路器触头系统的分析方法。利用电-磁耦合分析,对触头间的霍姆力和导体臂间的洛伦兹力分别进行了仿真分析,得到触头系统的电流密度分布、磁感应强度分布、触头和触头臂的受力情况。通过理论值与仿真结果的对比,验证了利用Ansys求解电动力的可行性,并分析了影响霍姆力的主要因素。通过仿真得到了霍姆力随表面接触系数、接触压力和材料硬度变化的规律,最后分析了霍姆力对接触电阻的影响情况。能为油阻尼断路器的优化设计提供依据。

磁致伸缩/压电叠层复合材料磁-机-电耦合系数分析

分析和推导了磁致伸缩/压电叠层复合材料的机-电耦合系数、磁-机耦合系数及磁-电耦合系数与磁致伸缩层和压电层性能参数及几何参数之间的关系.进一步分析表明,叠层复合材料低频时的磁电电压系数正比于磁-电耦合系数,谐振时的磁电电压系数正比于磁-电耦合系数与机械品质因素的乘积;磁电电压系数还与复合结构的本征阻抗有关,本征阻抗越大磁电电压系数越大.通过性能差异较大的Terfenol-D和FeNi基弹性合金分别与压电材料PZT5-H和PZT8相互组合构成复合材料的比较分析,进一步阐明了磁电复合材料磁-电耦合系数和机械品质因素在磁电转换中的作用及其物理意义.制备了Terfenol-D/PZT5-H和FeNi基弹性合金/PZT8叠层复合材料样品进行实验,理论分析能够较好的解释实验结果.

电力变压器铁心振动特性分析

振动是变压器在进行能量传递与电压变换过程中的固有现象,而铁心是配电变压器中振动的最主要来源。针对电力变压器的铁心振动现象开展相关研究工作。分析铁心的电-磁-力耦合机理,以某企业生产的S13-M-400/10NX2型号配电变压器为例,建立多物理场分析模型,计算额定工况下铁心的磁通密度分布、形变以及应力分布,分析激励电源中各电气特性变化对铁心形变的影响。在变压器铁心振动特性过程中采用的计算方法与得出的相关结论对预估铁心振动噪声,改善铁心结构设计均具有进一步的指导意义。

基于ANSYS Workbench高压直流大功率继电器触点失效仿真分析

触点压力是继电器触点失效的重要因素,为研究高压直流大功率继电器触点的温升与磁吸力对触点压力造成影响,以某高压直流大功率继电器为研究对象,运用ANSYS workbench对继电器触点间和磁通工作间隙进行仿真分析。选取触点温度仿真结果与试验结果进行对比表明:高压直流大功率继电器磁电热建模方法具有高精度。经磁场分析并计算求解证明电磁仿真有效。触点热场与磁通结构磁吸力的仿真为后续高压直流继电器结构优化提供研究基础。

激光共焦测头中音叉自振系统的优化设计

音叉自振系统的振动稳定性对激光共焦测头测量系统的精度有重大的影响。笔者提出一种利用有限元分析方法,建立了音叉自振系统的电-磁-结构场的n次顺序耦合模型,优化选择了永磁铁的材料,分析总结出在永磁铁的磁极、激励线圈和感应线圈的匝数、线径和位置关系不同时,音叉自振系统的电磁场及振动的时域响应特性规律,进行了系统的优化设计。实验表明,安装了优化后的音叉自振系统的激光共焦测头的的长期稳定性为2μm,精度提高了8μm。

汽车传动轴突缘轴颈感应加热温度场数值模拟研究

建立了某汽车传动轴突缘轴颈感应加热过程的电-磁-热耦合非线性有限元模型,通过数值模拟,给出了加热不同时刻工件内部温度分布。为避免轴颈内孔表面温度过高,采用了对工件内孔进行喷水的强制冷却方式,模拟结果表明,该方法既可满足表面淬火温度,又能有效避免孔壁淬透而导致的突缘内花键变形,对其他薄壁零件的感应淬火热处理工艺研究具有参考价值。

低温超导体小型力学实验设备的研制

基于超导线材的研究及应用需求,为进一步探索其物理机理及推进其工程应用,设计研制了一套用于超导材料在力-电-磁-热耦合作用下,其临界电流衰减规律的测试设备。该设备可实现在10~300K、0~600A、1000N、0~5T范围内的超导材料性能测试。

考虑结构柔性的多激励机构关联性能强化设计方法（英文）

目的:揭示多场耦合环境下的多自由度系统中柔性结构对机构性能的影响规律,以低压断路器多激励操动机构为例,研究机-电-热-磁耦合的多模态分断性能强化设计方法,提高短路、过载、欠压、缺相和漏电时的瞬时、短延时和长延时分断性能。创新点:1.将多自由度刚柔耦合系统的物理坐标转换为模态坐标,实现模型降阶和关联性能解耦;2.运用类比法获得零部件对关联性能的影响度,通过实验设计将难测属性转化为关联易测量,实现机构的关联性能强化。方法:1.将多自由度的含柔体动力学系统转化为自由度乘模态阶的方阵,通过Craig-Bampton逐层降阶模态矩阵,并由迭代步反馈激活柔体的高阶模态;2.通过类比求解霍尔姆力、洛伦兹力、电动斥力、电磁力和悬臂双金属片激励力,获得多激励系统机构关节的性能关联程度;3.通过低压断路器电气实验和温升实验,验证零件结构柔性对机构的性能影响规律,实现多激励机构多模态分断性能强化设计。结论:1.提出的考虑结构柔性的多激励机构关联性能强化设计方法有助于提高多自由度动力学系统的瞬态性能;2.结构柔性降低分断性能,使高频分断中的峰值段性能退化;3.基于实验设计的电气实验和温升实验,验证了多激励机构关联性能强化方法的有效性。