修正磁化模型的多组分铁磁性颗粒运动研究

铁磁性颗粒因具有铁磁性被广泛应用于化工环保、生化工程和能源等各个领域,磁场具有的穿透性质,对于采用铁磁性颗粒的系统,可通过改变磁场控制系统内颗粒的运动状态.文章基于传统的磁化模型,采用相对参考系转换方法,提出了适用范围更广的修正P-E磁化模型,可以计算铁磁性颗粒在任意方向磁场作用下所受磁化力.通过有限体积法(FVM)与离散单元法(DEM)耦合进行数值模拟,验证了修正P-E磁化模型的精确性,并模拟多组分颗粒在磁场中的运动,对比了铁磁性颗粒与惰性颗粒在不同配比及不同磁场条件下的运动特性,对颗粒分布、颗粒速度矢量和颗粒总能量变化3个方面进行分析.结果表明:在多组分颗粒系统中,铁磁性颗粒依旧保持成链特性,但成链速度与长度降低;随着铁磁性颗粒占比提高,铁磁性颗粒初始能量增大,聚链数量与成链长度将有所增加,约束惰性颗粒能力增强;此外,施加水平与竖直方向磁场时,多组分颗粒系统达到稳定速度最快,可以通过增大铁磁性颗粒占比有效提升稳定速度,使系统更快趋于稳定;而施加含有倾角的磁场时,随着铁磁性颗粒占比升高,铁磁性颗粒达到稳定状态需要的时间逐渐降低,较难通过改变铁磁性颗粒占比缩短稳定所需时间.

基于Jiles-Atherton理论的铁磁材料塑性变形磁化模型修正

Jiles-Atherton(J-A)模型在磁化建模领域应用广泛,但不同文献给出的J-A模型并不一致,致使采用不同表达式建立的塑性变形磁化模型存在多种版本,其正确性难以甄别.通过对无磁滞磁化方程、能量守恒方程和等效磁场强度方程的梳理与比较,发现原有模型中存在将磁化强度和无磁滞磁化强度混用、将不可逆磁化能量等效于全部的磁化能量、等效磁场强度中应力磁化项界定不清等问题.在此基础上,对上述方程进行了修正,推导了基于J-A模型的塑性变形磁化修正模型.将修正模型计算结果与原模型计算结果、相关文献中的试验结果进行对比,结果表明:与原有计算模型相比,修正模型计算结果的饱和磁化强度和剩余磁化强度随塑性变形增加而减小,矫顽力随塑性变形增大而增大,达到饱和磁化强度时的外磁场强度随塑性变形增大而增大的趋势有所减弱,更符合试验结果,可更准确地反映塑性变形对材料磁化的影响.

Fe-Ga合金磁致伸缩力传感器磁化模型建立与特性分析

磁致伸缩力传感器依靠材料磁化强度的改变来表征外部力载荷的大小,研究了基于Fe-Ga合金磁致伸缩逆效应的力传感模型,采用三维有限元方法对力传感磁路进行了优化与设计。为了研究不同磁场和负载对材料磁化强度的影响,以均质能量公式为基础,在均质能量公式中引入以应力和磁场为自变量的吉布斯自由能函数,建立了描述合金磁化强度随应力变化关系的模型。为对模型进行验证,建立了一套磁致伸缩力传感特性测试系统,分别对Fe-Ga合金和Terfenol-D力传感特性进行测试与对比,验证试验表明所建立的模型可以较好预测磁化强度的变化,并且可以预测偏置磁场的影响。在Fe-Ga合金与Terfenol-D的对比试验中发现,Fe-Ga合金对偏置磁场更为敏感,并且磁滞非线性较Terfenol-D更小,由于无退火应力,Terfenol-D在偏置较低时出现负方向的磁化强度。

电流互感器铁心的暂态磁化模型及误差计算

在实验基础上，提出了分层的铁心磁化建模规则，介绍了基于人工神经网络方法和分区分域测量的铁心磁滞模型。考虑了涡流模型及其参数计算方法。克服了传统模型主环只能应用极大环的信息，而次环只能通过主环线性压缩获得的一些缺点；克服了传统模型在电流互感器暂态计算中不考虑涡流效应的缺点。全面描述了电流互感器复合误差、暂态误差的计算方法。仿真与实验结果一致。

超磁致伸缩执行器应力耦合磁化模型及求逆算法

超磁致伸缩执行器在其工作过程中易受环境影响,尤其在精密定位与进给应用中,执行器最易受外部应力的影响。将工作在压应力影响下的超磁致伸缩执行器作为研究对象,引用均质能量场模型和磁机耦合理论,利用磁机耦合理论中求取的平均磁化强度作为均质能量场模型中的磁滞算子,并引入应力对均质能量场模型中矫顽场密度函数及交互场密度函数的影响,提出了超磁致伸缩执行器应力耦合磁化模型。对模型进行了离散化处理,并根据离散模型给出了求逆算法。对执行器在受0、10、20、100MPa压应力下进行了仿真,计算且图示了求逆算法与模型的误差,仿真结果证明了模型和求逆算法的有效性。

基于J-A理论的铁心磁化模型及其改进

铁磁材料励磁特性描述的准确性与磁化模型密切相关。在重新推导以磁场强度H为输入量的经典J-A磁滞模型基础上,对模型中局部磁滞回线的非物理解进行改进,并基于磁化机理提出损耗系数k的修正方程,形成了改进的J-A磁滞模型。通过示波器法测量铁心的磁滞回线并与其对应的改进J-A磁滞模型的理论值进行对比,验证了模型的有效性和准确性。

对黄土磁化率、粒度年龄模型的检验(自检)

利用临夏塬堡剖面高分辨率的黄土记录,将研究剖面土壤地层界线,即剖面2.3m处的MIS1/2的分界线年龄11.5KaBP、剖面21.4m处的MIS3/4的分界线年龄59.8KaBP组成三种节点控制年龄模式,分界线年龄的获得依据南京葫芦洞石笋气候事件年龄确定,即模式1:0KaBP^59.8KaBP;模式2:0KaBP^11.5KaBP和11.5KaBP^59.8KaBP;模式3:11.5KaBP^59.8KaBP。运用磁化率年龄模型和粒度年龄模型分别计算研究剖面各个层位的地层沉积时间,结合剖面岩性和气候阶段对相同层位的计算年龄对比分析后发现:磁化率年龄模型和粒度年龄模型均存在缺陷,但以模式2作为节点控制年龄时,即在冰期或间冰期内选取合适的节点控制年龄,利用磁化率年龄模型或粒度年龄模型高分辨率确定的地层沉积时间与地层实际的沉积时间较接近,且在冰期或间冰期内节点控制年龄越多确定的地层沉积时间越趋近实际沉积时间。

对黄土磁化率、粒度年龄模型的检验

以甘肃临夏塬堡黄土剖面的土壤地层界线MIS1/2、MIS3/4的年龄作为节点控制年龄依据.MIS1/2,MIS3/4年龄的获取据目前国际上最新的研究成果南京葫芦洞石笋所测气候事件年龄,即MIS1/2为11.5ka B.P.,MIS3/4为59.8ka B.P.,将这两种气候事件年龄组成3种节点年龄控制模式,即模式1:0—59.8ka B.P.;模式2:0—11.5ka B.P.和11.5—59.8ka B.P.;模式3:11.5—59.8ka B.P.分别作为节点控制年龄,运用磁化率年龄模型和粒度年龄模型计算研究剖面各个层位的地层沉积时间,并将计算的相同层位年龄进行比较,同时将AMS14C,OSL测年,YD,H事件年龄与利用3种模式作为节点控制年龄计算的相应层位的年龄进行比较,结合剖面岩性和气候阶段分析研究后发现,磁化率年龄模型和粒度年龄模型均存在不足,但在冰期或间冰期内,选用较准确的控制年龄作为节点,用磁化率或粒度年龄模型高分辨率确定的地层沉积时间均较接近地层沉积的实际年龄,但就两种年龄模型的相对精度和准确性而言,磁化率年龄模型更准确一些.

地壳磁化强度模型和居里等温面

利用卫星观测的长波磁异常，用等效偶极源方法推导了中国地区的视磁化强度分布．因卫星的高度远大于磁性地壳的厚度，将视磁化强度转换成磁化强度的垂直积分，它代表地壳内磁性物质的区域变化，利用视磁化强度与地表热流相应关系，计算了中国的新疆和东部一些地区居里等温面的深度．新疆地区的居里面深度为35-50km，其分布形态与塔里木盆地和准噶尔盆地的地貌比较相似；中国东部一些地区居里面深度在20-40km之间，与一些作者用航磁等数据得到的居里深度十分接近．

磁通可控永磁同步电动机的磁化

提出一种调速机理异于常规永磁同步电动机的新型电动机——可控磁通永磁同步电动机。在需要调速时,通过定子绕组施加一定强度的直轴电流脉冲对磁体进行去磁或充磁,在正常运行时采用id=0的控制策略,而独特的转子结构保证交轴磁动势不对磁体的磁化状态产生影响。由于确定磁体磁化后的最终状态是调磁变速分析的关键,本文建立了包括初始磁化和反复磁化两种情况下的磁化分析模型,扩展了现有的磁化比率曲线。将局部磁滞回线预测模型与磁体的磁化模型相结合,建立了永磁体的磁化状态计算方法。依据该计算模型,计算了不同磁化电流下的气隙磁通密度及相应的电动势波形。样机的实验结果与有限元计算结果较为吻合,证明了该电动机实现磁通可调的可行性和磁化模型的正确性。

超磁致伸缩驱动器频率相关的动态磁滞模型

考虑超磁致伸缩驱动器频率相关的涡流损耗和异常损耗,将Jiles-Atherton静态磁化强度模型扩展为动态磁化强度模型。基于动态磁化强度模型及驱动器结构动力学原理,建立驱动器的动态磁滞模型,并应用遗传算法辨识该模型的参数。试验结果表明,该模型能在较宽的频率范围内较好地描述驱动器的动态磁滞特性,对驱动器的性能估计和控制器设计具有重要指导意义。

磁弹耦合扭转波位移传感器输出电压理论研究

磁弹耦合位移传感器感应线圈电压是由应力波引起的磁化强度变化决定的,而应力与偏置磁铁处的材料磁导率密切相关,因此磁导率与磁化强度变化率的确定是建立输出电压模型的关键。根据铁磁材料的弹性力学理论和磁机耦合模型,确定了扭转波运动方程;建立材料等效场分布模型,并结合麦克斯韦方程和磁化强度进动方程,确定波导丝磁导率;根据磁机效应的Jiles-Atherton理论,建立了波导丝弹性形变感应磁化强度模型。根据磁导率及磁化强度模型,并借助电磁感应定律构建了感应线圈的输出电压模型。利用实验平台验证了接收线圈匝数和激励脉冲的脉宽、频率对输出电压的影响,为磁弹耦合位移传感器的研究提供了理论依据。

开关磁阻电机无位置传感器控制方法综述

开关磁阻电机的控制需要用到位置传感器,驱动系统的复杂性提高且降低了系统的稳定性。取消位置传感器的开关磁阻电机控制方法成为其研究重点。简述了开关磁阻电机无位置传感器控制方法的发展过程,无位置传感器的控制方法和基于智能化技术的控制方法,并分析了各方法的优缺点。

一种新的机车主变压器铁心状态在线监测方法

提出一种通过在线估测机车主变压器铁心损耗来实时监测机车主变压器铁心工作状态的新方法。根据磁动势守恒定律,利用电力机车主变压器综合测试和故障诊断系统在线测量主变压器各端口的电气量,来实时估测主变压器的铁损。磁化电流作为其中一个不可直接测量的关键量,该文通过空载试验建立铁心等效非线性电感的数学模型来获取。通过对比发现,该建模技术计算简单、易于实施、适用性好且精确度更高,且在某型机车主变压器的试验中总体误差小于0.02%。最后通过对某型机车主变压器进行现场试验,分别在正常状态和硅钢片片间短路故障下,验证了提出的在线状态监测技术的有效性和可行性。

尺寸和空间分布对电沉积Co纳米线矫顽力的影响

研究了室温下不同直径的Co纳米线在不同取向下的磁化行为.实验结果表明:不同直径Co纳米线的矫顽力随着纳米线与外加磁场之间角度θ的增大而减小.理论上,应用蒙特卡罗模拟研究了纳米线矫顽力对角度θ的依赖关系.对比理论和实验的结果,得到如下结论:磁晶各向异性对Co纳米线磁特性起着重大的影响,Co纳米线的磁化反转过程不能简单地用球链模型中经典的一致转动模型来解释.

气隙铁心的磁特性及对电流互感器的影响分析

本文用拟合曲线函数的方法构建了气隙铁芯的动态磁化模型,分析了气隙对铁芯磁特性的影响,在此基础上对不同气隙比的电流互感器进行了对比仿真,得到了气隙铁芯电流互感器相对于闭合铁芯电流互感器差别,并从理论上量化分析了气隙对电流互感器误差的影响。

解决薄壳体静态磁场反演问题的新方法

提出一种解决静态磁场反演问题的新方法。目的在于通过测量空气中磁场,建立起铁磁性外壳物体的磁化模型,计算出某个位置因无法布放传感器的磁场。然而该方法会产生一个病态系统,必须采用数学优化方法处理该系统。本文通过增加物理信息,不仅获得了可靠的解决办法,而且大大减少了传感器的数量。此外,通过船模实测数据验证了该方法,具备一定的前景价值。