跑道线圈换能器在铁路重载货车探伤中的应用

针对在线车轮超声探伤系统的工程应用,研究了跑道线圈电磁超声换能器由洛伦兹力换能机制在钢中产生的辐射声场。根据外磁场和线圈配置,将表面力源近似为非均匀的水平剪切力源,数值计算得到了此力源的辐射声场指向性图,并与实验结果进行比对,结果表明辐射的水平偏振横波具有中间强两侧弱的指向性,对理解跑道形电磁线圈超声换能器的辐射声场和在重载货车车轮辋裂缺陷探伤中的工程应用具有一定的指导意义。

基于跑道线圈的板料磁脉冲焊接数值模拟与实验研究

提出了一种基于跑道线圈的板料磁脉冲焊接新方法。通过数值模拟、焊接实验以及测试分析,研究了放电电压、垫片间距以及飞板壁厚对板材焊接变形及温升的影响规律,阐明了焊接界面缺陷产生的原因,揭示了Al-Al接头的失效机制。结果表明:焊接碰撞速度随着放电电压及垫片间距的增加而增大,而随飞板壁厚的增加而减小;垫片间距的减小及飞板壁厚的增加会改善焊接碰撞角度;飞板厚向温度分布方式与电流流向有关,跑道线圈弯道段感应涡流的密度高于直道段;焊接接头界面中的微孔隙是由于局部金属“快熔快凝”导致的,而间隙熔融物是射流产生的高温“粒子团”卷入界面中凝固后形成的;Al-Al焊接试样在剪切强度达到24 MPa时发生剪切分离,这种失效方式由线形焊缝伴随微孔隙共同造成。

跑道型线圈EMAT等效阻抗影响因素分析

电磁超声换能器(EMAT)是一种不需要耦合剂就能对被测试件进行超声检测的传感器,在常规超声难以检测的领域发挥着重要的作用。但是电磁超声换能器换能效率低、信噪比差的问题,制约着电磁超声换能器的发展。该文主要从等效阻抗的角度研究传感器的阻抗特性,分析影响传感器阻抗特性的影响因素,根据传感器的阻抗特性对传感器进行优化设计,并对不同工况下的传感器进行阻抗匹配,研究不同工况下阻抗匹配网络对于传感器信号幅值和信噪比的影响。研究结果表明,磁铁到线圈间距和提离距离对传感器等效阻抗的影响较为显著,按照提离距离为0.5 mm和磁铁到线圈间距为1 mm设计的传感器能够满足对不同性质的被检材料检测时信号幅值达到最优的目的,在不同被检材料下随提离距离的变化信号幅值的衰减规律不同,阻抗匹配网络的加入有利于提高大提离下信号的信噪比。

跑道型线圈板料电磁成形磁场分布的调控

为有效调控跑道型线圈电磁成形过程中合金板料的变形行为,采用实验-模拟与理论计算的方法揭示了板料与线圈装配的相对位置对电磁力、电流密度、变形速度和成形高度的影响规律,推导出线圈中心面空间磁感强度的工程计算模型。随着板料装配时偏置量的增大,电磁成形试样变形区的最大高度差逐渐减小,试样由“内低外高”转变为“外高内低”;电磁力密度峰值从板料内侧向中心移动。偏置量为2.5~3.0 mm时,两侧高度差存在最小值;偏置量为3.0 mm时,板料的横向变形速度趋近于0,电磁力沿板料中心轴对称分布。基于跑道型线圈磁感强度工程模型推导了磁感强度对称中心区位置与线圈直段半长、匝间距、中心距及板料装配间隙的关系,确定最佳偏置量为2.2~3.9 mm。该结果与模拟实验结果相符合,证实了模型的可靠性。

可调节跑道型线圈电磁超声换能器设计

电磁超声作为一种重要的非接触式检测技术,在工业上的应用越来越广泛。随着工业的不断发展,工业板材的应用也越来越广泛,在板材检测方面,电磁超声可以通过对表面缺陷的检测和分类,提高检测效率和准确性。但是,由于工业板材尺寸的多样性,换能器的调节和匹配以及如何保证电磁超声的检测精度是一个难题。因此,设计出了一种可调节的电磁超声换能器,使其能够适应不同尺寸的板材进行检测,同时,尝试使用跑道型线圈和周期性永磁体组合在非铁磁性材料(铝板)中激发SH导波,以提高换能效率和检测精度。多跑道型线圈的设计,使其可以适应不同尺寸的工业板材,并且可以在不同的频率段内实现信号的获取,从而提高检测精度。通过Comsol Multiphysics仿真软件对EMAT进行三维有限元仿真分析,以双跑道型线圈为例。结果表明,改进型双跑道型线圈电磁超声换能器的最大磁通密度模是改进前的4.86倍;改进型双跑道型电磁超声换能器激发的SH导波在所选取的质点处位移场Y分量和Z分量分别是改进前的14.2倍、2.06倍,有效改善了换能器的性能,提高了检测精度和效率。

跑道形线圈EMAT辐射声场关键影响因素研究

跑道形线圈是EMAT中一种重要线圈类型,由于其自身形状的特殊性,磁体配置方式与激励电流频率都对其辐射声场具有重要影响,所以首先建立跑道形线圈EMAT电-磁-声多场耦合有限元时域仿真模型,探究不同磁体配置方式下辐射声场的分布,然后建立频域仿真模型,研究激励电流频率对跑道形线圈EMAT辐射声场特性的影响,最后搭建EMAT辐射声场测量实验系统,对跑道形线圈EMAT辐射声场进行测量。研究结果表明:两种磁体配置方式的跑道形线圈EMAT具有类似辐射声场,但双磁铁配置下的跑道形线圈EMAT辐射声场能量更为集中,声场指向性更好。此外,随着激励电流频率的提高,跑道形线圈EMAT辐射声场能量降低,辐射声场扩散角减小,辐射声场能量更为集中。

6kV级高压电机跑道型定子线圈成型工艺研究

本文着重叙述了6kV级高压跑道型定子线圈的特点及难点,以湘电股份电机事业部生产的球磨机定子线圈为实例,详细介绍了高压跑道型定子线圈成型工艺、制造过程出现的问题及解决措施,为公司类似电机绕组制造提供了关键技术支撑。

不锈钢小径管跑道型脉冲涡流测厚传感器研究

脉冲涡流检测(PECT)已在铁磁管道检测中得到广泛应用。然而,由于不锈钢小径管的非铁磁性导致其自身无法聚焦磁场,脉冲涡流检测存在困难。提出研究跑道型测厚传感器,减少检测中的电磁能量耗散,扩大传感器有效覆盖区域。首先,分析比较了跑道型和圆柱型激励线圈在小径管上的有效覆盖区域,指出跑道型传感器的优势。然后,基于已有三维管道解析模型计算跑道型线圈的线圈系数,建立跑道型传感器的解析模型。据此研究跑道型传感器在不锈钢管道上的测厚性能并进行实验验证。实验结果表明:跑道型脉冲涡流传感器更适合不锈钢小径管测厚。

开关磁阻电机的三维有限元分析

为了解决二维有限元分析开关磁阻电机磁场不准确的问题,采用了三维建模方法,对开关磁阻电机的整个场域进行三维有限元分析。基于整体建模的方法,利用三维有限元数值进行分析计算,准确描述开关磁阻电机的端部磁场效应。在三维有限元分析加载电流时,提出了"跑道线圈"这一概念。该概念在考虑了端部效应的同时,也解决了立体模型施加载荷时出现的方向选择困难的问题。采用通用磁标势法对非线性方程组进行求解,得出了最大电感和最小电感位置处的磁感应强度和磁场强度分布。

开关磁阻电机的三维有限元分析及性能研究

磁场计算和调速控制是开关磁阻电机的研究热点,本文采用三维有限元分析法对开关磁阻电机的电磁场进行研究。在三维分析中,考虑了端部效应对电机电磁场分布的影响。采用整体建模的方法,并在施加载荷时引入跑道线圈这一概念。结果表明:三维有限元分析能更好地反映电机实际的磁场分布,得出电机静态曲线,为电机的控制研究奠定了基础。将有限元分析所得磁化曲线及电感、转矩数据用于改进的开关磁阻电机调速系统的模型中,来验证电机的动静态性能。

开关磁阻电机的三维有限元分析及非线性研究

针对开关磁阻电机双凸极结构导致的磁场严重非线性,利用三维有限元分析法对开关磁阻电机的电磁场进行研究。在三维分析中,考虑了端部效应对电机电磁场分布的影响。采用整体建模的方法,并在施加载荷时引入跑道线圈这一概念。通过仿真表明,三维有限元分析能更好地反映电机实际的磁场分布,得出电机静态曲线,为电机的控制研究奠定了基础。将有限元分析所得磁化曲线及电感、转矩数据用于改进的开关磁阻电机调速系统的模型中,来验证电机的静态性能和动态性能。

跑道形线圈EMAT有限元建模与声场特性研究

跑道形线圈是EMAT的一种重要线圈类型,由其构成的EMAT在超声测厚及探伤中具有重要应用,同时它也是EMAT阵列换能器的主要阵元类型。辐射声场特性是电磁超声换能器重要特性之一,研究跑道形线圈形状尺寸对其构成的EMAT辐射声场的影响规律,是对换能器进行设计和开发检测工艺的基础。利用有限元仿真软件建立跑道形线圈EMAT的电-磁-声多场耦合模型,对其辐射声场进行了仿真建模计算,分析了跑道形线圈EMAT辐射声场特性及线圈宽度对其辐射声场的影响规律,并搭建了EMAT辐射声场试验测量系统,测量了跑道形线圈EMAT的辐射声场。研究结果表明跑道形线圈EMAT辐射声场整体呈现蝶形分布,且随着线圈的整体宽度变大,由其构成的EMAT的辐射声场幅度值随之增高,而声场宽度随之变窄。

不同线圈结构高温超导脉冲变压器电磁性能分析

高温超导脉冲变压器是电感储能型脉冲功率电源的重要设备之一,在脉冲功率技术中有良好的发展前景。选择合理的线圈结构,能提升超导脉冲变压器的储能密度,降低脉冲功率电源的成本。设计了采用D型、跑道型线圈的单模块超导脉冲变压器,利用有限元仿真软件Ansys EM建立了三种结构超导变压器的模型,计算并分析了结构对脉冲变压器耦合系数和超导线圈储能密度的影响。仿真结果表明,当带材总量一定,圆环形线圈和D型线圈单模块超导脉冲变压器的储能容量和耦合系数较高,跑道型线圈较低;考虑线圈中心空气域,D型线圈变压器的超导线圈储能密度最大。

基于高温超导带材特性测量的跑道型磁体设计

随着超导材料应用逐渐广泛,对于超导带材在背景磁场下交流损耗及临界电流等特性的研究也日趋重要。为满足高纵横比的长高温超导带材特性测量实验要求,本文对跑道型背景磁体进行了研究设计。首先本文对跑道型亥姆霍兹线圈进行空间磁场理论分析,利用Matlab数值模拟计算出磁体尺寸最优参数,并通过COMSOL Multiphysics5. 3软件仿真验证参数最优性。同时改变线圈电流,观察磁场范围大小及其均匀度的变化。通过仿真证明,跑道型亥姆霍兹线圈能产生更大范围均匀磁场,且通过改变输入线圈的电流大小可改变其磁场强度。