脉冲磁场对GCr15轴承钢网状碳化物的影响

在GCr15轴承钢的球化退火过程中施加脉冲磁场,研究脉冲磁场对其组织形貌和力学性能的影响,探讨脉冲磁场作用下网状碳化物溶解的热力学和动力学机理。结果表明:随着施加脉冲磁场时间的延长,GCr15轴承钢中沿晶界分布的碳化物由封闭网转变为半网,当施加脉冲磁场时间为20 min,晶界处的网状碳化物消失。这主要是由于施加脉冲磁场后,在热力学方面网状碳化物溶解的势垒降低,动力学方面原子扩散系数增大,这都促进了网状碳化物的溶解。随着施加脉冲磁场时间的延长,GCr15轴承钢的抗拉强度(R_(m))和屈服强度(R_(p0.2))基本保持不变,伸长率(A)提高了18%(从5 min的33%提高到20 min的39%),断面收缩率(Z)提高了13%(从5 min的61%提高到20 min的69%)。

磁场诱导矩形通道内铁磁流体流动及强化传热

为深入研究外加磁场作用下矩形通道中铁磁流体的流动及换热性能,基于有限体积法对其进行数值仿真计算。分析铁磁流体在不同雷诺数Re、磁场强度B下对努塞尔数Nu及流体阻力系数f的影响,重点对比3种热边界条件下磁场诱导铁磁流体旋流流动的特点、强化传热效果及综合强化性能。结果表明:当外加磁场作用于铁磁流体时,由于磁场-流场-温度场的协同作用,3种热边界条件下,矩形通道内的铁磁流体均产生不同结构的旋流流动,明显强化其传热效果,且施加的磁场强度越大,强化传热效果越好,综合性能更优。在研究范围内,通过对3种热边界条件的比较,四面受热、上下两面受热和底面受热的综合强化因子最大值分别达到了1.372、2.277、2.299。

磁场辅助冻结对汤圆粉团品质的影响

目的:为了探究磁场辅助冻结对汤圆粉团冻结品质的影响,开发新型辅助冻结方式在米面制品上的应用,研究不同磁场强度下辅助冻结对汤圆粉团品质变化。方法:采用平板冻结加磁场辅助的方式冷冻汤圆粉团,测定汤圆粉团冻结速率、失水率、色度、质构特性、糊化特性、可冻结水含量和水分结合状态等指标,揭示磁场辅助冻结对其品质的影响。结果表明,与对照组相比较,经磁场辅助冻结后汤圆粉团冻结速率、失水率、色度、质构特性、糊化特性和可冻结水含量等均存在显著性差异(P<0.05)。磁场辅助冻结的汤圆粉团在24 Gs时冻结速率加快,进入最大冰晶生成带时间提前4 min,使得冰晶体积变小;失水率降低了37.57%,亮度提高了3.63%,透光度提高了14.92%和硬度下降了11.74%。从水分结合状态上看,汤圆粉团的可冻结水含量明显低于对照组,在24 Gs时降低了11.64%;然而,磁场辅助冻结后汤圆粉团的峰值黏度增加7.81%,回生值增加3.93%;水分结合状态上未见显著性差异。结论:在磁场强度为24 Gs时汤圆粉团的冻结品质最佳,可明显改善汤圆粉团的失水率、色度、硬度、可冻结水含量等品质指标。研究结果为磁场辅助冻结在米面制品上的应用提供了参考。

千特斯拉级内爆磁压缩装置初始磁场电源系统研制

初始磁场电源系统用于激励千特斯拉级内爆磁压缩装置的初级线圈产生初始磁场,是内爆磁压缩装置的关键设备。在分析千特斯拉级内爆磁压缩装置初始磁场电源需求和技术难点的基础上,系统设计了核心部件选择方案和主脉冲电路及控制系统结构,研制成功一套输出电压1~40 kV可调、主放电电流脉冲上升沿约60μs、总峰值电流达3.2 MA的初始磁场电源系统,已应用于千特斯拉级内爆磁压缩装置动态试验。

奥氏体不锈钢马氏体含量的杂散磁场检测与涡流检测

为了比较杂散磁场和涡流检测技术对奥氏体不锈钢马氏体含量的检测能力,制备了铁素体含量系列标准试块、马氏体含量系列试样和管道弯头工件,并开展了两种检测技术对不同马氏体含量的信号响应试验、磁各向异性试验、同种材料不同马氏体含量检测试验和现场管道弯头的检测试验。试验结果表明,受工件的磁各向异性和环境磁场等因素影响,杂散磁场检测技术检测结果与马氏体含量的对应关系差;但这些因素对涡流检测技术的影响较小,因此,对于奥氏体不锈钢马氏体含量的现场检测,涡流检测技术要优于杂散磁场检测技术。

基于环形均匀磁场的磨粒传感器设计

针对传统的电感式磨粒传感器流量较小、监测区域磁感应强度较低、梯度较大的问题,设计了一种基于环形均匀磁场的磨粒传感器。通过设计环形流道,实现在监测区域内产生均匀径向磁场。同时分析了磁路截面面积与传感器磁感应强度的关系,并比较不同磁极截面形状对磁感应强度的影响,完成了对传感器的结构优化,得出采用楔形磁极可有效提高磁场利用率。利用Ansys软件建立传感器的三维有限元模型,揭示了传感器的静磁场和瞬态特性。利用单磨粒无油液实验,对比分析实验结果与仿真结构的输出特性,验证了传感器的有效性。实验结果表明,传感器在采用低倍率放大器的情况下,可检测出0.28 mm的铁磁性磨粒,与现有的传感器相比具有较高的灵敏度。

低成本地磁场监测设备的设计与实现

为能够在短时间内建成区域高密度地磁场观测台网,实现地磁场数据成网、成片观测,需要解决精准捕捉极震区特大震前磁场异常现象的问题。项目组利用物联网通信技术,基于RM3100三轴磁传感器,开发低成本地磁场监测设备,并部署在天津市宝坻区、武清区,同时利用人工智能数据分析技术和时序数据存储技术,开展地震前兆异常自动判定和可视化预报技术研究。该成果在2022年6月23日天津宝坻M 2.0地震中得到了验证,说明低成本地磁场观测系统不仅对大震有察觉,对于近距离的中小地震同样敏感。

基于正交电磁场的等离子体电子密度控制

正交电磁场是一种极具应用前景的降低等离子体电子密度、消除再入通信黑障的控制方法。根据离子质量与动量的守恒原理,建立了正交电磁场控制的物理模型;通过与流体力学方程的比拟,应用隐式格式实现了物理模型的稳定求解。通过数值模拟研究了正交电磁场控制装置中外加电场强度、磁场强度等参数对等离子体电子密度控制效果的影响规律,发现:在电流及磁场作用下,洛伦兹力使得电子发生漂移,导致局部电子密度下降,出现电磁窗口;电压越高、磁场越强,控制效果越好;对于相同磁场,电压较低时,电子密度减小量与电压基本成线性关系,电压超过100 V后,两者关系的非线性逐渐增强。由此,本文制造了电子密度控制原理样机,并在等离子体实验平台中进行了实验,采用发射光谱法和微波干涉法测量诊断了等离子体的电子密度变化情况,在控制区内得到了局部低电子密度区,证实了洛伦兹力作用下等离子体的漂移以及对等离子体电子密度的控制作用。

基于残差U-Net和自注意力Transformer编码器的磁场预测方法

利用有限元方法对几何结构复杂的电机和变压器进行磁场分析,存在仿真时间长且无法复用的问题。因此,该文提出一种基于残差U-Net和自注意力Transformer编码器的磁场预测方法。首先建立永磁同步电机(PMSM)和非晶合金变压器(AMT)有限元模型,得到深度学习训练所需的数据集;然后将Transformer模块与U-Net模型结合,并引入短残差机制建立ResUnet-Transformer模型,通过预测图像的像素实现磁场预测;最后通过Targeted Dropout算法和动态学习率调整策略对模型进行优化,解决拟合问题并提高预测精度。计算实例证明,ResUnet-Transformer模型在PMSM和AMT数据集上测试集的平均绝对百分比误差(MAPE)均小于1%,且仅需500组样本。该文提出的磁场预测方法能减少实际工况和多工况下精细模拟和拓扑优化的时间和资源消耗,亦是虚拟传感器乃至数字孪生的关键实现方法之一。

多变运行工况下混合励磁轴向磁场永磁电机自适应模型预测电流控制

针对多变运行工况下混合励磁轴向磁场永磁(hybrid excited axial field permanent magnet,HE-AFPM)电机中电励磁磁场与电枢磁场之间矢量耦合、端部漏磁等导致的电机参数非线性变化问题,该文提出一种混合励磁轴向磁场永磁电机自适应模型预测电流控制方法。详细分析HE-AFPM电机拓扑结构及参数变化特性;引入多矢量模型预测电流控制,理论推导分析HE-AFPM电机参数对控制系统的敏感性。在此基础上,将多矢量预测模型作为自适应控制的可调模型,降低了控制算法的复杂度和控制系统的计算负荷,提高了控制系统响应速度;依据波波夫(Popov)超稳定理论,引入3个不等式稳定判据设计各参数的自适应律,可实现多变运行工况下的HE-AFPM电机磁链、自感、互感等参数的有效识别,提高了控制模型的准确性和电流跟踪性能。最后,通过实验验证所提出的自适应模型预测电流控制的有效性。

基于三维曲面Spline模型研究中国不同地区的磁场分布

利用地面台站以及子午工程测点,CHAMP卫星实测数据,建立了中国地区主磁场的三维曲面Spline(3DSS)模型。基于该模型进行了我国的高原地区(青藏高原28°N-38°N,78°E-102°E)、平原地区(长江中下游平原27°N-34°N,111°E-122°E)以及海洋地区(东海和南海部分区域16°N-30°N,123°E-136°E)的磁场模拟。分别基于高原及平原的实测数据建立了各自的3DSS模型。另外分别建立了对应的二维Taylor(2DTY)、三维Taylor多项式(3DTY)模型以比较验证。建模时考虑了所有测点的场源移除、地面及卫星数据间的数据真空、边界效应等问题。为了考察模型相对于实测值的模拟精度,对三个地区分别选取若干个测点不参与建模,将所建模型分别模拟这些测点,并计算残差、变化率及均方根偏差(RMSE)。结果显示无论是全国3DSS模型还是小区域3DSS模型,其变化率除了Y分量略大,其余分量都在1%以内,模拟精度均要好于2DTY和3DTY模型。小区域(高原及平原)3DSS模型能较好反映区域磁场分布。模型对高原的拟合最好,平原次之,海洋地区最差,说明3DSS模型不需要太多的测点即可完成建模,但建模精度依赖于测点的数量及分布。

一种基于线性零磁场的动脉血管扫描成像方法仿真

基于磁电耦合效应的血流检测及血管成像是实现心血管疾病早期诊疗的有效方法之一。该文基于磁场与血流耦合电效应,设计一种用于动脉血管扫描成像的组合线圈结构,产生带有零磁场线(FFL)区域的线性梯度磁场;在此结构的基础上,通过控制激励电流驱动FFL实现成像区域双向扫描;结合卷积神经网络(CNN)实现磁电耦合信号与血管信息的非线性映射,进而提出一种基于线性零磁场的动脉血管扫描成像新方法。采用多物理场仿真软件COMSOL对基于线性零磁场的血管扫描成像方法进行建模,求解磁电耦合信号,验证了所提出方法的合理性和有效性。结果表明,线性梯度磁场模式下的磁电耦合信号含有血管位置、半径等信息;CNN重建血管位置误差平均值为1.5694 mm,重建血管半径的方均误差(MSE)和相关系数(CC)平均值分别为0.0548和0.9870。研究结果可用于血管成像装置设计及后续相关临床应用提供研究支撑。

磁场对X70管线钢电化学腐蚀行为的影响

为研究磁场对X70管线钢电化学腐蚀行为的影响以及磁场对在库尔勒土壤模拟溶液中浸泡后X70钢腐蚀行为的影响,利用电化学试验、浸泡试验和金相分析等手段,考察了不同磁场强度、不同磁场方向和有无产物膜时管线钢的电化学腐蚀行为。结果表明:随着磁场强度的增加,X70钢的腐蚀速率先增大后减小;改变磁场方向对X70钢的电化学腐蚀行为无明显影响。X70钢分别浸泡3、5 d后,2种情况下管线钢的腐蚀趋势是相同的,都是随着外加磁场的增加,腐蚀速率增大。X70钢表面有产物膜时的吸附电阻比无产物膜时的大,有产物膜时的腐蚀电流密度也较小,腐蚀程度较轻;而不同浸泡时间对腐蚀电流密度的影响不大。

双磁场控制的磁流变减震结构振动台试验研究

传统磁流变减隔振器通常由线圈持续供电,不仅增大耗能,也会减少器件的使用寿命。基于磁流变凝胶(MRG)的剪切工作原理,运用剪切型结构设计一种新型磁流变凝胶减震装置,采用永磁体和线圈共同控制磁场大小和方向,通过改变磁流变凝胶的磁化程度实现阻尼力大小的控制。将该装置安装在一2层钢框架结构模型的底层,采用恒定电流控制法开展磁流变减震结构振动台试验研究,分析不同电流下减震结构系统对不同地震波的振动控制效果。试验结果表明:该磁流变凝胶减震装置能够显著降低结构的动力响应,对于不同的地震波其减震效果有所差异,随着峰值加速度的增加其减震效果有所下降。

磁场在骨关节炎治疗中的应用

骨关节炎(OA)是一种常见的退行性关节疾病,常导致患者疼痛与功能障碍。随着人口老龄化的进展,OA的患病率持续增高,给患者带来痛苦的同时,也增加了社会经济负担。磁场作为一种非侵入性的物理治疗方法,在骨关节领域得到广泛应用。磁场可以促进软骨细胞增殖,改善软骨细胞外基质状态,延缓软骨下骨退变和减轻滑膜炎症。此外,磁场还可与组织工程结合以改善软骨细胞和干细胞的移植结局。但目前对磁场治疗OA临床疗效的认识尚不一致。该文从基础研究、临床研究和组织工程方面就磁场在OA治疗中的应用进行综述。

基于激光自混合干涉的磁场测量方法研究

针对光纤磁流体磁场传感器易受环境干扰及磁流体薄膜制作工艺复杂的问题,激光自混合干涉具有抗干扰能力强、稳定性好的特点,提出一种基于空间光的水平偏振激光自混合干涉的磁场测量方法,在外部磁场的作用下,水平偏振自混合干涉信号幅值发生变化,在一定范围内,磁场与信号幅值变化成正比,通过用施加磁场前后信号幅值的均值比与磁场的变化关系实现对磁场的传感检测。经过实验验证,信号的幅值在1%浓度的磁流体中衰减明显,薄膜厚度为0.5 mm,减小了薄膜的制作难度。在实验结果中对5.02 mt到19.112 mt磁场强度范围内的均值比进行线性拟合,相对误差最小为0.17%。

基于磁柱型轴向均匀磁场产生装置的法拉第磁致旋光仪及实验设计

该文改进了法拉第磁致旋光仪的轴向磁场产生装置,设计核心是将多个沿厚度方向充磁的圆柱形钕铁硼永磁铁对称地放置在待测样品周围,具有磁场空间分布稳定、轴向磁场均匀、大小灵活可调等优点。此外,提出采用“相位法”测量法拉第磁致旋光角,通过与“消光法”比较表明,“相位法”能显著提高测量精度,测量误差小于0.5°。改进的磁场产生装置和测量方法也可用于法拉第反常色散滤光器等磁光旋转科研实验。

融入多维度思政的“电磁场与电磁波”课程教学改革与实践

为深入贯彻落实习近平总书记关于全面推进高校课程思政建设的精神,在“电磁场与电磁波”课程教学改革中,通过设计多维度思政环节、多链条构建高阶性知识体系,多环节融合的科研案例教学模式,将知识传授与思政育人深度融合,培养学生家国情怀、拓展国际视野,塑造科学素养和执着的探索精神。通过合理嵌入育人要素,把思想政治工作贯穿教育教学全过程,激励学生成才,实现专业知识传授和价值引领的同频共振。

CGGM全球地磁场模型和新疆地区台站主磁场逐月变化的一致性分析

对2018年8月—2022年7月新疆地区的5个地磁台站的观测数据进行剔除外源变化磁场的处理,同CGGM全球地磁场模型的主磁场计算值进行一致性分析。结果表明:①台站观测的月变化速率观测值要略大于模型计算值,磁偏角D、磁倾角I的最大月变化速率差为0.08688′,其它5个要素中最大月变化速率差仅为0.8914 nT。②CGGM模型和IGRF13模型计算值F值的均方根误差相差26.7 nT,随着“张衡一号”地震电磁卫星数据的增多,CGGM模型的计算精度还会进一步提升。③台站观测和模型计算的逐月变化量偏差很小,表明CGGM模型计算值和台站观测值有较好的一致性。④通过提取静日子夜均值的方法并不能够完全剔除外源场的影响,台站观测逐月变化量中会有几个nT的剩余磁场叠加其中,导致了台站观测值和模型计算值逐月变化差值的离散程度略为增大。⑤后验比较分析表明,CGGM模型的长期变化主磁场预测值和台站观测值之间一致性较好,可以很好地描述主磁场的长期变化。

“电磁场与电磁波”课程思政改革的探索与实践

“电磁场与电磁波”是电气与电子信息类本科专业的基础课程,其教学效果对学生后续专业课程的学习、科学研究方法的掌握、专业能力与专业素养和价值观的培养都具有深远的意义。太原理工大学电子信息与光学工程学院“电磁场与电磁波”课程组根据课程特点和授课内容,探索专业课程中蕴含的思政内涵,增强专业课程的价值引领作用,加强对学生科学精神、专业素养、价值观的正面引导,“润物细无声”地对学生进行爱国主义教育,培养德才兼备的优秀人才。