利用有限元法计算径向磁轴承性能

利用非线性有限元方法(FEM)计算了一种径向磁轴承(定子具有8磁极常规结构)的转子在无偏心以及偏置电流分别为0.5 A、1.0 A和1.5 A下的电磁力及其电流刚度与位置刚度,预测了径向磁轴承的承载力,给出了其磁场分布图,并与磁轴承的线性化模型参数进行了比较.结果表明,基于有限元方法得到的计算值同试验结果一致,可以为径向磁轴承的设计和分析提供依据.     

主动磁悬浮控制力矩陀螺的系统仿真

以刚体动力学为基础，考虑功放延时、转子不平衡、磁轴承非线性等因素，建立了磁轴承反馈控制控制系统模型，对不同的控制律进行了仿真分析。仿真结果表明，应用状态反馈进行解耦控制能够有效抑制转子系统的陀螺效应对系统稳定性的影响，且在初始偏差下可以快速线性收敛，稳定性很好。     

磁悬浮飞轮转子组件温度场分析与研究

磁悬浮飞轮作为一种航天器的姿态控制执行机构当其工作在高真空环境下时，散热条件差，系统温度过高，导致转子组件热膨胀，产生热应力或改变磁轴承及电机的间隙，则会降低系统的可靠性。利用有限元软件ANSYS对一种磁悬浮飞轮系统的转子组件进行了温度场仿真，考虑了传导及辐射的传热方式，得到了飞轮转子组件的温度场分布，并且分析了组件材料属性对温度场分布的影响，最后对飞轮系统的强化传热进行了研究。分析所得温度值与实验测值相符，为磁悬浮飞轮系统的热设计及总体结构设计提供了重要依据。     

推力电磁轴承的电磁场分析

利用有限元法对推力电磁轴承的磁场分布进行了分析计算,并通过对某一实际电磁轴承的推力轴承磁场分布及漏磁的分析计算,得出了推力轴承和推力盘之间的气隙及推力轴承和转子之间的气隙之比的最佳设计值,所得结果可作为推力电磁轴承实际设计的准则     

解析法计算高剪切均质机转子的变形

 用解析法分析了高剪切均质机转子的变形，推导了计算径向位移 的有关公式. 所得结果为此类转子结构参数优化提供了依据.     

超磁致伸缩换能器耦合磁弹性模型与振动特性分析

针对应用于非圆车削加工的超磁致伸缩换能器,建立了其耦合磁弹性动力学模型与复系数动力学微分方程,基于实验建立的激励电流磁致伸缩材料轴向位移-磁场强度三者之间的关系式,得到了换能器磁力-位移关系的磁动方程的解析解,分析了系统的频响特性及不同频率下,激励电流与换能器输出位移之间的滞回关系,对现有磁场-电流公式进行了修正,讨论...     

新型橡胶隔振器参数辨识及动力学特性研究

采用粘弹性-超弹性-弹塑性材料本构模型,对一种新型的橡胶隔振器进行了动态特性研究,并与已有实验结果进行了对比。根据所得到的恢复力-位移迟滞回线,研究了频率、动态位移幅值对橡胶隔振器的动刚度的影响。在此基础上,给出了这种新型橡胶隔振器的非线性恢复力模型并进行了参数辨识。根据所得恢复力模型对隔振器系统进行了动力性能研究,发现此橡胶隔振器在低频时隔振作用很小,但在高频时隔振效果明显且随频率增加力传递率逐渐减小,隔振效果最大可达到96%。该隔振器的建模和参数辨识方法为这类隔振器的优化设计和工程应用提供了理论依据和分析方法。     

基于控制响应的时变系统模态参数辨识的改进子空间方法

提出了一种基于系统控制信号激发的响应数据来辨识时变系统模态参数的改进子空间方法。该方法以系统控制响应信号建立系统的状态空间输出方程并构造了一个广义Hankel矩阵,通过对该矩阵做奇异值分解(SVD),用广义能观阵的估计代替输出矩阵,然后利用奇异值矩阵的正交性,有效地降低了噪声敏感性和计算量,从而容易地辨识出等效状态下的系统矩阵,最后采用转换矩阵辨识出时变系统的模态参数。通过理论分析、仿真和实验,讨论了不同信噪比对辨识结果的影响,验证了该方法的有效性。     

转子系统振动变参控制中的瞬态响应

本文以可变参数的挤压油膜阻尼器作为控制元件，研究了转子在稳态转速及加速运动过程中进行变参控制时的瞬态响应问题。结果说明了对转子系统的振动进行分段变参控制，无论是在稳态还是在加速运动过程中，一般都可以取得满意的控制效果，不仅可以减小转子系统的振动，而且还可以使转子系统平稳地通过具有较大振动的共振区，但变参位置不应在多值转速区内。     

爆破地震荷载作用下承插式HDPE管道动力失效机制

承插式管道接口更易受到外界荷载破坏导致管道失效,为保证爆破开挖过程中邻近承插式高密度聚乙烯（high-density polyethylene,HDPE）波纹管道的安全运营,控制爆破振动荷载对管道的影响是重点关注内容。通过全尺度预埋单段HDPE波纹管道现场试验,得到管道的振动速度和动应变响应数据,结合LS-DYNA数值模拟软件分别建立了无承插接口管道与含弹性密封圈的承插式HDPE波纹管道;利用现场试验数据验证了无承插口管道模型参数的可靠性,并对比分析了承插式管道的结构位移、振动速度、有效应力的响应规律与失效机制;结合现行规范,根据管道响应规律与接口允许旋转角度计算得到了承插式管道的安全振动速度。研究结果表明:有承插口管道的合振速、合位移和有效应力大于无承插口管道;在同一截面上,有承插口管道迎爆侧的合振速和有效应力更大,而最大合位移出现在截面的背爆侧;管道合位移与合振速在轴线中心处截面最大,并向两端不断减小,有承插口管道中心合位移更大;通过接口允许旋转角度得到此类工况条件下的承插式管道的安全振速为24.77 cm/s。     

核磁共振陀螺多层磁屏蔽系统优化设计

核磁共振陀螺是目前世界上体积最小的导航级陀螺。由于核磁共振陀螺通过探测原子核的宏观磁化在静磁场中的进动频率来测量载体的角速度,为获得高精度与大动态范围,需要确保静磁场的稳定性,防止外部磁场的干扰,所以必须对核磁共振陀螺进行磁屏蔽。从核磁共振陀螺磁屏蔽原理出发,通过数学计算和计算机仿真,分析和研究了多层磁屏蔽罩结构参数对磁屏蔽系数的影响,并对核磁共振陀螺磁屏罩进行了优化设计。设计的多层磁屏蔽罩磁屏蔽系数达到了106,满足核磁共振陀螺的使用需求。该工作为核磁共振陀螺仪的整体设计和制造提供了一定的理论依据和参考价值。     

基于磁偶极子的磁场梯度张量局部缩并及试验验证

基于磁偶极子的磁场梯度张量缩并理论虽然可较好地描述磁源,不受测量系统的朝向的影响,但在实际的磁场梯度张量测量中通常仅可测得部分磁场梯度参数,没有获得磁场梯度张量中的所有张量分量,如何有效利用这些部分磁场梯度参量,已成为目前磁场梯度张量缩并理论及在磁场定位的应用中亟需解决的问题。基于磁偶极子理论提出磁场梯度张量局部缩并的方法,给出磁场梯度张量的局部模量的概念,分析了磁场梯度张量的局部模量及相关参数的三维空间分布规律,结果表明:局部模量CXY及kXY值随着g先增大后减小,在g=39°时取最大值,在g=90°时取最小值;局部模量C_Z及k_Z值随着g先减小后增大,在g=63°时取最小值,在g=0°时取最大值。提出磁场梯度张量局部模量中重要参数的近似计算公式,并通过试验进行验证。试验结果表明,试验值与理论计算值基本一致,可为磁场梯度张量局部缩并理论的应用提供依据和参考。     

径向磁化的多环嵌套永磁轴承轴向磁力解析模型

为了解决径向磁化双环永磁轴承轴向磁力偏小的问题,设计了径向磁化多环嵌套永磁轴承新结构。基于磁路及虚功原理法,结合径向磁化多环嵌套永磁轴承结构特点及线性叠加原理,建立了径向磁化多环嵌套永磁轴承轴向磁力解析模型。模型表明:径向磁化多环嵌套永磁轴承轴向磁力与磁环剩磁平方成正比,磁力随磁环间隙的增大而减小,随磁环数的增大而增大;在正常轴向工作范围内,轴向磁力随轴承轴向偏移的增大而增大。模型计算结果与有限元计算结果基本吻合。对比计算说明:径向磁化多环嵌套永磁轴承轴向磁力远大于由原多嵌套磁环所构成的若干双环永磁轴承轴向磁力之和。     

Dynamic magnetic hysteresis in a liquid suspension of acicular maghemite particles

This paper presents theoretical and experimental studies on the magnetodynamics and energy absorption in a dilute suspension of small ferromagnetic particles with magnetic hysteresis and mechanical mobility in an AC magnetic field. Experiments with 0.1% suspensions of acicular particles of gamma ferric oxide in solid and liquid matrices, subjected to a 430 Hz magnetic field with an intensity of up to 1200 Oe, revealed important role of particle mobility. The main qualitative and quantitative features of the phenomenon are in agreement with a model of joint magneto-mechanical dynamics of particles with a chain-of-spheres mode of incoherent magnetic reversal.     

Hypersonic flow past a plane magnetic dipole with parallel orientation of the magnetic moment and free-stream velocity vectors for moderate magnetic Reynolds numbers

The two-dimensional problem of hypersonic flow past a cylindrical body with a plane magnetic dipole in the presence of an external magnetic field is considered. The magnetic moment of the dipole is parallel to the free-stream velocity. The flow parameters correspond to a velocity of 7000 m/s at an altitude of approximately 65 km in the Earth’s atmosphere. The system of MHD equations (the Euler equations with volume MHD momentumand energy sources and the magnetic induction equation) was solved using the stabilization method. The calculations were carried out for two magnetic Reynolds numbers: (Re_m)₁ = 0.18 (corresponds to the parameters of the equilibrium ionized plasma in the shock layer) and (Re_m)₂ = 1.8 (the plasma conductivity increases by a factor of 10). The solutions obtained are analyzed, the effect of Re_m on the flow characteristics, namely, the shock wave stand-off from the body, the configuration of the vortex structures, and the aerodynamic and ponderomotive components of the body drag, is determined.     

基于拓扑优化的均匀磁场励磁结构设计方法

在一定限度的空间内设计励磁结构以使在所需要的区域内产生足够强度和均匀度的磁场,是实现重要的医学诊断设备设计的关键。本文基于拓扑优化方法,建立了能够产生均匀磁场的核磁共振成像仪器中超导励磁线圈空间排布形式的优化设计方法。以励磁线圈在给定区域内的分布参数为设计变量,以在所需区域内磁场的均方差为均匀性描述指标,建立了包含线圈体积和磁场强度要求的均匀磁场设计优化问题的数学模型。基于所建立的优化模型,给出了具体的均匀磁场的励磁结构设计方案。该设计方案的仿真分析,验证了磁场的均匀性以及所建立的方法的有效性。     

Stability of plane-parallel flow of magnetic fluids under external magnetic flelds

In this work, we present a theoretical study on the stability of a twodimensional plane Poiseuille flow of magnetic fluids in the presence of externally applied magnetic flelds. The fluids are assumed to be incompressible, and their magnetization is coupled to the flow through a simple phenomenological equation. Dimensionless parameters are deflned, and the equations are perturbed around the base state. The eigenvalues of the linearized system are computed using a flnite difierence scheme and studied with respect to the dimensionless parameters of the problem. We examine the cases of both the horizontal and vertical magnetic flelds. The obtained results indicate that the flow is destabilized in the horizontally applied magnetic fleld, but stabilized in the vertically applied fleld. We characterize the stability of the flow by computing the stability diagrams in terms of the dimensionless parameters and determine the variation in the critical Reynolds number in terms of the magnetic parameters. Furthermore, we show that the superparamagnetic limit, in which the magnetization of the fluids decouples from hydrodynamics, recovers the same purely hydrodynamic critical Reynolds number, regardless of the applied fleld direction and of the values of the other dimensionless magnetic parameters.     

一种十二位置不对北的磁罗盘标定方法

由于磁阻传感器本身特性的差异和生产装配,给磁罗盘带来了零位、标度因数不一致和安装误差等因素。为此设计了一种十二位置不对北的标定方法,它完全依靠天向磁场,推导了三轴零位、标度因数和安装误差的公式;硬铁的影响可等价于三轴零位的改变,软铁的影响等价于三轴标度因数和安装误差的改变,采用十二位置不对北方法,标定得到在软硬铁影响下的三轴零位、标度因数和安装误差。实验显示:补偿后水平时航向角均方误差为0.2°,26°倾角时航向角均方误差为0.4°。     

磁流体技术的工业应用

介绍磁性流体的结构模型和分类方法,综述了磁流体密封技术、磁流体润滑、磁流体研磨、磁流体传热、磁流体传感器技术、磁流体分离技术、磁流体印刷技术的原理和应用,介绍了磁流体阻尼器、磁流体微泵、磁流体膜和医学等方面的应用,提出了磁流体及其应用技术研究的展望．