悬线式物镜力矩器动态特性的仿真实验研究

悬线式物镜力矩器是目前光学头系统中使用最为广泛的力矩器,其动态特性直接决定了光学头的读写性能。基于ANSYS参数化设计语言(APDL)建立了悬线式光学头物镜力矩器的仿真设计平台。通过仿真平台进行了力矩器一阶共振频率和峰值、二阶共振频率和峰值、扭转共振频率、静态灵敏度、动态灵敏度和相位等动态特性参数的仿真实验,仿真计算的结果与实际测量的结果相比,最大相对误差为4.2%。该仿真平台对于二维乃至三维悬线式物镜力矩器的设计和评价都具有重要的指导意义。     

悬线式物镜力矩器中频段共振理论及实验分析

悬线式物镜力矩器是高密度光盘系统中关键部件——光学头的可执行机构,其运动特性决定着光学头的读盘能力。在光学头研制、生产及测试中发现某些力矩器频率特性曲线的线性工作区内出现共振,它会导致光学头的读碟能力下降。通过对力矩器可动部建模、ansys仿真及实验分析,得出力矩器可动部的质心和力心不重合将导致其在中频段内发生扭转共振。实验结论对悬线式物镜力矩器设计、评价和生产都有重要的指导意义。     

高密度光学头中力矩器的运动串扰分析与抑制

力矩器多维运动之间的串扰是影响其动态特性和光斑质量的关键因素。建立了力矩器的空间受力分布模型,提出了聚焦、循迹、倾斜三个方向串扰度的概念,用数值方法计算并分析了力矩器的运动串扰现象,得到了串扰度与力矩器结构参数的关系。分析结果表明,串扰度与永磁铁和聚焦线圈的结构参数密切相关,合理选择结构参数可有效降低串扰度,可提高力矩器的动态性能。     

动磁式直线压缩机电磁特性分析及实验

设计开发了一种动磁式直线压缩机样机,利用磁路分析法对直线压缩机的静态特性进行定性分析,得到了电磁力、磁链关于电流、位移以及直线振荡电机结构参数之间的函数关系.又利用电磁场的二维有限元参数化分析进行定量分析,精确计算了不同位置和电流下的电磁力和磁链.修正了磁路分析的计算结果.为研究其动态特性,将有限元静态分析与状态方程法相结合,建立了动力学模型,并利用4阶Runge-Kutta法求解状态方程.实验证明,此动态特性仿真方法是有效的,样机的性能能够满足冰箱压缩机的前求.     

2.5MJ高温超导储能磁体的单圈嵌套式屏蔽研究

随着高储能量的高温超导储能磁体在电力系统中的应用日益广泛,对高储能量磁体周围漏磁场的屏蔽愈加重要.本文利用有限元仿真软件ANSYS分析了储能量为2.5MJ的高温超导磁体周围的漏磁场分布,并对其进行同轴嵌套式主动屏蔽.根据理论计算确定屏蔽磁体的几何尺寸和应加载的电流密度,并对四个不同几何参数的嵌套式屏蔽磁体进行仿真分析,最终确定了效果较好的屏蔽方案.     

磁约束磁控溅射源的磁场设计

磁控溅射镀膜机中的磁场分布对靶材利用率有着重要影响。为了提高磁控溅射源的靶材利用率,设计组抛弃了传统的"跑道环"形式的磁场设计理念,而是将永磁体或电磁体分置溅射靶的两侧,使其在溅射靶表面上方产生磁约束(磁镜)磁场。本设计使用有限元分析方法对磁场进行仿真计算,通过模拟磁场计算结果和实测结果的比较,验证有限元方法的可靠性。Ansys有限元分析软件对磁场分布进行仿真模拟,大大简化了计算并缩短了设计周期。通过实验验证,磁约束磁场大大提高了靶材的利用率。     

基于螺线盘聚焦径向电子束的理论分析与仿真研究

对径向电子束在浸没式聚焦条件下的传输特性进行了理论分析,得到了束流传输过程中轴向扩张幅值与外加引导磁场强度之间的解析表达式。阐述了螺线盘在空间中任意一点产生磁场的理论,给出了通以相反方向电流的螺线盘之间磁场的分布规律。设计了一种基于螺线盘聚焦径向电子束的引导磁场系统,并对电子束的传输特性进行了仿真研究,结果表明径向电子束能够在设计的引导磁场系统下实现束流的稳定传输。     

一种小型空间反射镜支撑结构的设计与分析

为了确保成像质量,空间光学遥感器反射镜既要满足在重力和温度耦合的复杂工况下面形误差的要求,同时还应具有良好的动态特性.设计了一种圆形小型反射镜,并类比反射镜径向挠性安装原理设计其柔性支撑结构.采用CAE有限元分析软件对该反射镜的柔性支撑结构的参数进行了优化,最终确定了一种合理的柔性支撑结构.经过分析计算,该柔性支撑结构...     

基于Simulink的气动分置式斯特林制冷机仿真

利用等温模型分析法,建立了分置式斯特林制冷机的控制方程和数学模型,并将这一数学模型应用到Simulink平台上,采用Matlab/Simulink的动态模拟特性模拟了制冷机内部的压力、容积、质量等参数的动态变化规律,并对仿真模拟的结果进行了分析。程序采用模块化设计,具有一定的通用性。     

电缆核磁共振测井仪探测特性研究

磁场形状和分布对核磁共振测井仪探测特性有决定性的作用. 该文利用电磁场有限元方法,模拟分析了国际主流核磁共振测井仪MRIL-P、CMR、 MREx、以及MR Scanner等4种仪器的磁场分布,考察了探头结构参数对磁场分布的影响,并进一步分析了仪器探测特性及其影响因素,同时对探头磁场形状进行了优化匹配,确定了探头的结构设计,并对比分析了4种探头之间的优缺点. 结果表明,梯度磁场方案优于均匀磁场方案; 居中型探头结构相对简单,信号量大,但其测量信号受钻井液影响; 贴井壁型探头结构相对复杂,信号量较小,但其设计灵活,测量信号不受钻井液影响.     

轴对称高场超导磁体电磁应力有限元分析方法

核磁共振成像和核磁共振谱仪是高场超导磁体的主要应用领域.高场超导磁体通常具有较高的磁场和运行电流,在运行过程中超导线会产生较高的电磁应力,其临界特性将发生退化,影响磁体的稳定性.开展高场超导磁体的电磁应力精确分析显得尤为必要.本文发展了一种快速有效的有限元分析方法,第一步,为整个超导磁体系统建立平均有限元模型,采用传统的电磁-结构耦合方法求解电磁应力,获得最大应力位置;第二步,对最大应力所在的超导线圈建立详细有限元模型,采用单积分-结构分析方法精确求解每一组分中电磁应力.基于该模型研究了500 MHz NMR超导磁体的电磁应力.该分析方法也可以用于超导磁体冷却过程中的热应力分析.为高场超导磁体设计和建造提供有益的理论依据.     

磁环中非晶丝的阻抗效应分析

依据Landau-Lifshitz阻尼项和Gilbert阻尼项的磁矩转动方程,提出统一形式的磁化率张量表达式.基于等效磁导率将非晶丝中各向异性的电磁场求解问题转化为等效的各向同性问题,进而分析了套在绝缘磁环或导电磁环中非晶丝的阻抗.采用基于有限元的数值方法仿真磁环中非晶丝的阻抗,仿真结果验证了理论分析结论.理论分析和仿真实验均表明,外磁体的附加阻抗将严重降低阻抗变化率,破坏巨磁阻抗特性.为此,提出采用回路形式降低附加阻抗的方法,并基于仿真实验验证了该方法的有效性. 关键词： 巨磁阻抗效应 非晶材料 Maxwell方程 有限元     

The ALICE experiment at the LHC

A free-energy function is constructed, which couples strain and magnetic moments in ferromagnetic shape memory alloys. The associated Gibbs function is used to calculate time-dependent transition probabilities between martensite variants in a magnetic field under applied stress. By keeping track of the variant fractions, the evolution of strain and magnetization is determined. The simulation model is built in a finite element program for structural analysis, in order to simulate magnetic field-dependent strain and magnetization characteristics of a test actuator. The influence of material parameters and sample geometry is discussed.     

Single layer atom chip for magnetically trapping one-dimensional array of ultracold atoms

<正>We propose a wire configuration to create a one-dimensional(1D) array of magnetic microtraps for trapping ultracold atoms.The configuration is formed by replacing the central part of the Z-wire pattern with a zigzag wire. We simulate the performance of this pattern by the finite element method which can take both the width and depth of the wire into consideration.The result of simulation shows that this configuration can create magnetic microtraps which can be separated and combined by changing the bias magnetic field.We manage to split the Z-wire trap and prove that a similar result can occur for the new wire configuration.The fabrication processes of the atom chip are also introduced.Finally we discuss the loading method.     

铁镓单晶Janus-Helmholtz换能器

针对深水、低频、宽带换能器的技术需求,结合Janus-Helmholtz换能器的结构特点和铁镓单晶材料低场应变大及机械强度高的特性,提出了铁镓单晶Janus-Helmholtz换能器设计方案。采用永磁偏磁场和环形闭合磁路,建立了一系列铁镓单晶磁致伸缩换能器理论分析模型,包括对磁致伸缩材料参数进行线性化处理,设计了换能器最佳工作点,结合静态磁场和动态磁场分布情况分段细化换能器驱动等效参数,以及利用全阻抗模型通过电感损耗等效计算换能器静态阻抗,然后通过二维有限元分析等效模型,优化分析了换能器的结构参数与电声性能。最后制作了换能器样机,并进行了测试与分析。对比仿真和测试结果表明:全阻抗模型得到的阻抗曲线与样机测试结果相一致,有限元等效模型计算的发送电流响应与样机测试结果良好吻合。换能器样机水中谐振基频为1000 Hz,谐振频率下发送电流响应176.4 dB;在875～2300 Hz频率范围内,发送电流响应起伏不大于6 dB;增加驱动电流有效值到16.2 A,最大声源级可以达到196.2 dB。     

基于近似解析法的超导储能磁体设计

降低超导储能磁体的研制成本一直是控制超导磁储能系统(Superconducting Magnetic Energy Storage, SMES) 总成本的重要手段之一. 本文考虑在一定磁体结构参数范围内, 磁体产生的最大磁场值可以采用级数进行 表示, 磁体的电感值可以采用线性函数表示, 给出了超导储能磁体磁场能量的近似解析表达式, 提出了一种基于近 似解析法的超导储能磁体设计方法. 该方法以储能磁体的线材用量最小作为设计目标, 在给定超导线材参数和临界电流特性曲线, 以及磁体储能总量要求的情况下, 依据此方法可快速的得到成本最优时所对应的磁体结构参数.将近似解析法优化和采用传统的有限元软件 Ansys 仿真优化进行对比分析, 结果表明采用近似解析法进行磁体优化更加方便快捷, 节省了大量计算时间.     

变宽度分割电极片状压电致动器的位移特性

针对硬磁盘驱动器中磁头定位两级伺服系统设计了一种新型压电致动器——悬臂梁式变宽度分割电极片状压电致动器.沿厚度方向极化的PZT压电陶瓷薄长片，宽度沿长度方向变化且沿长轴对称，一端固定一端自由构成悬臂梁.其上下两表面的电极均沿长轴分割成对称的两部分.施加电场使其中一半在d₃₁模式作用下伸长，而与其对称的另一半缩短，则压电片沿宽度方向产生弯曲，自由端便可产生致动位移.对该致动器的驱动电压-端部致动位移特性进行了理论分析、有限元模拟及实验验证.致动器中的电场诱导应力远小于陶瓷的抗张强度.致动器端部位移的测试结果略大于理论计算值.与现有磁头悬浮臂尺寸相近的致动器，在20—50V的电压驱动下均可获得1—2μm的致动位移.对25kTPI(track per inch)的高道密度硬磁盘，该位移已能覆盖至少一个磁道宽度，满足磁头定位两级伺服系统对第二级致动器致动位移的基本要求. 关键词：     

Magnetization and actuation of polymeric microstructures with magnetic nanoparticles for application in microfluidics

An increasing number of lab-on-a-chip devices require advanced fluid manipulations. We intend to address this requirement by incorporating polymeric responsive materials on the walls of the microfluidic channels of such devices. In this paper we present a magnetic polymer made from commercially available functionalized magnetic nanoparticles and PDMS. Loadings of this polymer up to 5% volume of magnetic material were achieved. We report on the Young's modulus of this material and describe its magnetization behavior with a combination of inter-particle interaction and particle cluster demagnetization effects. The magnetic polymer can have a magnetic susceptibility up to 0.5 and by curing in a magnetic field, a magnetic anisotropy of a factor 2 in susceptibility can be created. Finally, a finite element model simulation is performed to quantify the amplitude of motion of a microstructure made of this magnetic polymer, and the local magnetic actuation with a current running in a micro-fabricated wire is discussed.