磁致伸缩材料的磁-热-力耦合模型及其仿真分析

在简单总结Sablik和Jiles建立磁-力耦合模型的方法以及王莉和王博文等建立的磁-热-力耦合模型的基础上,提出了磁致伸缩模型的基本框架,并依据此框架逐次建立起了磁致伸缩材料新的一维准静态磁-热-力耦合模型。该模型将温度对磁化强度的影响等效为对有效场和磁化过程的影响两部分。利用该模型对TerfenolD棒分别在不同应力和不同温度条件下的磁致伸缩系数λ进行仿真计算,计算结果与实验结果吻合较好。

Terfenol-D棒多场耦合J-A建模与仿真分析

在简单总结现有的磁滞模型基础上,综合考虑温度、应力和磁场对磁滞模型的影响,对磁滞模型的参数和有效场进行修正后,建立了磁-力-热多场耦合J-A模型。采用欧拉法与牛顿法对所建新模型进行数值模拟,分析在不同温度和应力的作用下其二者对Terfenol-D棒磁滞回线非线性特性的影响。结果表明,温度和应力对Terfenol-D棒的M-H曲线和磁致伸缩系数λ和λ-H曲线影响较大,在两者的作用下M-H曲线主要呈现"翻转效应",而λ和λ-H的线性区间随着温度的升高减小,随着压应力的增大而增大。与已有的模型进行比较,所搭建的模型不仅能够很好地描述Terfenol-D棒磁滞回线的温度特性与其非线性特性,而且在相同的温度和应力作用下,该模型的M-H曲线和λ-H曲线的线性区间较大。

考虑温变时超磁致伸缩微致动器的动力学分析

建立了考虑温度变化时的超磁致伸缩微致动器的动态振动微分方程,得到了微致动器振动响应的非共振解析解.在已知磁化强度情况下,讨论了温度和预应力对振动响应的影响,并得到了位移响应随温度变化的系数;解出由于超磁致伸缩材料非线性而产生的亚谐共振解,讨论了温度对共振因子的影响.仿真结果表明,超磁致伸缩材料的磁-力-热耦合非线性对微致动器的振动响应有明显影响,在分析与设计微致动器时需要考虑温度的影响.

永磁轨道磁场不平顺对YBCO高温超导块材温升行为的影响

永磁轨道磁场不平顺激扰下YBCO高温超导块材的内在动态温升行为对高温超导钉扎磁浮热稳定性及列车运行可靠性研究具有重要意义。本文基于自主研制的超导磁浮动态测试装置SCML-03搭建了超导块材温升检测平台,研究了不同运行工况时永磁轨道磁场不平顺激励下YBCO块材内部温升行为规律。实验表明,在不同速度磁轨磁场不平顺的动轨条件下,YBCO块材内部温度均表现出先快速升高而后逐渐趋于稳定的趋势,YBCO块材内部关键点的温升在0~3 K范围内波动;此外建立了永磁体磁化强度与空间磁场的数学关系,实现了对真实永磁轨道磁场波动的模拟,基于Comsol Multiphysics有限元软件构建了真实动轨磁场不平顺下高温超导块材电磁-热-力多物理场耦合仿真模型。实验对比验证了磁轨磁场不平顺模拟方法和多场耦合模型的有效性,为下一步研究高温超导钉扎磁浮磁轨不平顺设计限值标准提供了前期基础。

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。

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。