Alternative flat coil design for electromagnetic forming using FEM

Electromagnetic forming （EMF） is a high velocity forming process that uses impulse magnetic force. Coil is an important component of EMF system which needs to be designed depending on application. Flat spiral coils are generally used for electromagnetic forming of sheet metals. However, with this type of coil the central portion of the workpiece experiences marginal magnetic force. This leads to in-sufficient deformation at this portion and other problems like air entrapment. In this study, a conceptual design of flat coil was proposed for better distribution of magnetic forces over the workpiece. Comparative analysis of distribution of magnetic force, magnetic field and current density using the proposed and the existing coil designs were carried out using FEM. The result indicates that the proposed coil design produces comparatively better magnetic force distribution over the workpiece. Calculation of self-inductance of such coils was also carried out and was compared with FE simulation.

50C碳素工具钢扁卷的原因分析与工艺改进

针对50C碳素工具钢经常出现的扁卷问题,从钢卷的受力状态、组织相变以及卸卷后的存放三个因素进行分析,通过对卷取张力、卷取温度等轧制工艺进行优化调整,得到了扁卷问题的解决方案,使碳素工具钢卷形得到大幅改善。

100 t热轧卷板专用平板车的研制

文章通过对国内既有载重100 t类似车型主要参数的分析,提出了研制100 t热轧卷板专用平板车的主要性能参数和基本尺寸,在主要性能参数确定后对组成车辆的主要结构如底架、卷板支架、制动装置、车钩缓冲装置、转向架等结构形式进行了确定。该车车体钢结构的主要型钢和板材采用Q450NQR1高强度耐候钢,转向架中的摇枕和侧架采用B+级铸钢,有效减轻了车辆自重,提高了强度和使用寿命;在车钩缓冲装置结构中,设置了具有防撞击功能的车钩及钩提杆防护装置;转向架采用直径915 mm的车轮,有效地降低了轮轨接触应力及轮轨磨耗,空车心盘面高度定为680 mm左右,解决了传统100 t级专用平车为达到车钩高度880 mm的要求,将车体中梁的牵引梁部分做成结构复杂的刀把梁,简化了中梁生产工艺,提高了产品质量。文章最后介绍了该车的考核标准及相关计算。

一种改进型利于环保的PP混料多层丝卷取装置设计测试

通过对各类编织常用的塑料扁丝的特点和性能进行比较,从环保和提高产品拉伸性能的角度,自主研发创新设计了一种PP混料多层丝卷取装置,并通过对比实验进行了拉伸性能初步验证,结果表明采用聚丙烯PP多层卷取后再拉伸得到的扁丝,既能保证拉伸强度达到使用要求,又能将PP产品材料回收利用,从而解决了环保问题。

基于HyperMesh和ANSYS的特殊卷簧的结构优化

针对汽车坐垫调角器用特殊卷簧在工作过程中最大应力超过许用应力及簧圈之间发生接触导致卷簧疲劳寿命降低的问题,文章以该卷簧最大应力满足强度要求及簧圈之间不接触为优化目标,基于HyperMesh和ANSYS联合仿真,对其结构参数及材料选用进行优化,并对优化前后卷簧的应力及接触情况进行对比分析。仿真结果表明:优化后卷簧最大应力小于材料许用应力,满足强度要求,且工作过程中簧圈之间未发生接触。本优化方案可对该类特殊型式卷簧的结构优化提供参考。

强鼓式燃气采暖热水锅炉冷凝换热器设计与性能研究

本文主要涉及全预混冷凝式燃气热水设备的换热器防堵及换热性能研究,围绕全预混冷凝式热交换器防堵性能和换热效率两方面内容,通过结构上的组合调整,以螺旋扭曲扁管管束作为冷凝管芯,结合不锈钢翅片盘管,对换热器整体结构进行了新的组合设计,并通过实验室搭载整机匹配运行作了冷凝换热器的防堵模拟及换热性能试验研究。试验结果表明,本文所述的组合式冷凝换热器能有效提升防堵塞能力,并可实现高效的冷凝换热,与整机设备匹配运行能满足冷凝式燃气热水锅炉一级能效要求,达到设计的预期效果。

Cu粉末电磁脉冲压实试验研究

采用平板电磁成形工艺对铜粉末进行了压实试验研究.分析了放电电压、粉末体径高比、驱动片、压实次数和压实方向等因素对压实坯致密度的影响.结果表明:随放电电压和粉末体径高比增加,压实坯致密度增大;单向加载时,沿着加载方向存在密度梯度,并且压实坯底部轴心处的密度最低;厚度适宜的驱动片有益于提高压实坯体致密度.当设备放电能量有限时,重复压实和双向压实方法是获得致密均匀、高密度粉末制品的有效途径.

重复经颅磁刺激仪的优化设计

本文建立了RLC磁刺激仪模型 ,给出了模型参数计算方法。将磁刺激系统的性能指标分为三部分 :反映磁刺激仪输出性能的损耗能量 ;反映线圈输出性能的峰值磁能 ;反映线圈结构的几何变量。在给定磁刺激条件下 ,调整平面螺旋线圈的结构并计算出依赖于线圈结构参数的磁刺激仪和线圈输出性能值 ,从而 ,寻找最优的系统参数。优化结果表明 :线圈外半径和线的直径 (或截面面积 )是关键因素 ,选择合适的线圈外半径和线结构可以大大降低功耗 ,提高磁刺激频率 。

线圈-薄板体系中线圈参数对电磁力的影响

基于电磁力随焊控制焊接应力应变新思想,采用ANSYS软件模拟了平面螺旋线圈-薄板体系的电磁力,分析了线圈几何参数对电磁力的影响。结果表明,电磁力主要作用于线圈在板坯的投影处。随线圈外径的减小,电磁力峰值增大,轴向力峰值位置呈线性内移。随线圈内径的增加,径向电磁力峰值增大,轴向力峰值先增大后减小,轴向力峰值位置先不变后外移。径向力换向位置随内外径的变化规律与轴向力峰值位置相似。随着导线宽度的增加,电磁力增大。在电磁力随焊控制焊接应力应变时,应该选择具有较小外径和合适内径的线圈,并需要引入磁介质,以增大电磁力。

平面螺旋线圈电磁发射器磁场及发射体受力分析

平面螺旋线圈电磁发射器具有结构简单、推力大等优点。首先介绍了平面螺旋线圈电磁发射器的工作原理,给出了驱动线圈的磁场方程、发射体的涡流方程和受力方程。用有限元法对驱动线圈磁场和发射体的受力进行了仿真计算,并分析了驱动线圈载荷频率变化、截面形状变化和发射体位置变化对发射体受力的影响。仿真结果表明:驱动线圈的电流频率对发射体受力影响较大,电流频率越高,发射体受力越大;在驱动线圈载荷相同的情况下,方形截面的驱动线圈使发射体受到的电磁力较大。

高储能密度电感的设计

电感作为电感储能型脉冲电源的核心元件,其结构及参数直接影响脉冲电源的性能指标。电感设计的关键环节是获得最高的储能密度,Brooks线圈等高品质因数电感虽然具有高储能密度,但是由于在计算电感储能密度时,电感体积的计算方法不同,导致由给定材料绕制的Brooks线圈并不一定具有最高的储能密度。本文电感设计时基于空心平面螺旋型线圈,通过分析给定范围内的线圈参数,计算并寻找具有最高储能密度的电感。通过实验验证了该方法的准确性。最后,比较了该方法的寻优结果与Brooks线圈参数,验证了该方法在寻找高储能密度电感方面的优势。

热轧钢卷卷取后径向变形分析

依据热轧卷取工艺特点,对钢卷的内部应力分布进行了分析,并考虑卷取温度对材料发生相变的影响,指出相变体积变化对钢卷卷形的影响,分析了钢卷径向卷形出现不良问题的机理。结合实际生产65Mn出现的扁卷缺陷,对卷取温度进行了调整优化,解决了扁卷问题。

平行平板通道内置螺旋线圈流动传热特性

通过实验与三维数值模拟相结合的方法,对内置螺旋线圈平行平板通道的流动及传热特性进行了研究,发现相对于无扰流填充物的平板通道,螺旋线圈的应用能够显著地强化传热,相同Re数下Nu数增幅为29%~141%,相应地阻力系数增幅为26%~175%。数值模拟的结果显示,流体受螺旋线圈的诱导可产生多纵向涡流动,增强了速度在垂直于壁面方向的分量,同时导致温度场发生明显改变,使得速度场与温度梯度场的协同性能得到提升,从而强化了传热。在700〈Re〈7 500的范围内,通过对流动换热综合性能参数的比较发现,在Re数较小时,强化传热后换热效果的提升要大于流动阻力的增加,而在Re数较高时则相反。

冷带卷取对板形测控的影响及其补偿

针对冷轧带钢卷取时因带钢张力分布发生变化而对板形检测信号产生干扰的问题,对这一干扰信号做了定量分析,并采用直接对检测信号进行修正的方法,对该影响因素进行了补偿。结果表明,经过补偿设定的最终板形与轧制时在线实测板形吻合较好,可获得平直度良好的带钢。

电磁成形用平面螺旋线圈磁场分布特性研究

对平板毛坯电磁成形用平面螺旋线圈在电流激励下磁场强度的分布特性进行了研究，推导出磁感强度的计算公式，并用实验验证了其正确性。通过数值分析，给出了一系列描述平面螺旋线圈磁场分布特性的曲线，讨论了线圈结构对磁场分布的影响规律。

一般空心平面线圈电感计算的数值方法与计算精度控制

为适应一般空心平面线圈电感的分析与设计需要,本文由有限长直导线磁场空间分布出发,给出了一种空心平面线圈电感与互感的数值求解方法。算法根据电感的计算精度指标、导线线径与线圈曲线部分平均曲率半径,确定线圈直线逼近划分与线圈面积细分方式,进而给出对应电感计算原理性误差界限,由磁链法计算得到一般形状平面线圈的自感,及其对其他线圈的互感。作者对比了经典的Greenhouse矩形线圈电感计算方法与数值算法结果,具有解析表达式的圆环空心电感计算公式的计算结果与数值算法结果,以及某超薄直线电机电枢平面线圈的电感Ansys7.1分析结果,表明了论文提出的算法的有效性与精确性。论文提出的数值算法由线圈导线走线轨迹驱动,计算误差可控,特别方便于一般空心平面线圈的电感设计计算。

X70管线钢热轧钢卷冷却过程中的相变与应力变化

为了分析钢卷冷却对带钢板形的影响,运用有限元方法研究了层流冷却后的X70管线钢热轧钢卷冷却过程,建立了热轧钢卷热力耦合模型,计算了卷取温度分别为500℃和550℃时冷却过程中的钢卷温度、相变体积分数、残余应力.模型考虑了钢卷径向层间接触对传热的影响,以及钢卷内径壁、外径壁和2个端面的换热系数的差异.结果表明:冷却过程中,钢卷的温度和相变不均匀使得钢卷的切向上边部受拉应力,而中部受压应力;钢卷在550℃卷取后,带钢边部20 mm以内的拉应力超过基体的屈服应力,板形有边浪趋势;降低带钢的卷取温度至500℃促进相变充分进行,有利于钢卷冷却后残余应力的降低.开卷后X70管线钢的边浪和横向C型弯曲板形是不均匀的层流冷却和不均匀钢卷冷却共同作用的结果.

新钢Q235B钢卷横折消除方法

针对热轧Q235B钢卷开卷过程中出现的横折缺陷,在不改变Q235B钢现有化学成分和不增加生产工序的前提下,研究了横折缺陷与钢卷板形、轧制工艺参数之间关系。结果表明,通过降低Q235B卷取温度至580℃以下,可有效消除横折缺陷。

圆柱型平板线圈永磁直流直线电动机

提出了一种圆柱型平板线圈永磁直流直线电动机的结构,对磁体、气隙、线圈等结构参数进行了优化设计,并加工出样机进行了性能测试与分析。驱动器尺寸控制在Φ6mm×10.5 mm下。矩形平板线圈的对边分别处于两个极性相反的气隙磁场之中,气隙磁场位于两块拱形截面永磁块之间,通过外筒、端盖导磁体的磁路闭合。在电磁有限元分析软件Maxwell 9.0中进行了优化设计,优化了气隙磁场。对加工出的样机测试了推力输出,结果表明该微小型永磁直线电动机平均推力可达0.6 N,适宜于应用在特殊受限空间环境中。

Lithostar体外碎石机原理与维修

西门子Lithostar碎石机是西门子公司上个世纪八十年代生产的,用于体外治疗泌尿系统结石的设备。该设备采用电磁冲击波源形式,把电能转化成冲击波,冲击波汇聚后,粉碎在焦点处的结石;该设备采用X光定位系统,设有双侧冲击波头。