基于超导块材磁刚度特性的永磁轨道优化设计

目前高温超导磁悬浮实验车使用的是单极永磁轨道(PMG).为了提高磁悬浮车的运行稳定性,人们做出了大量的研究.磁悬浮刚度是设计优化高温超导磁悬浮车的一项很重要的参数.文中研究了七块YBCO块材阵列在两种结构不同的永磁轨道上方的竖直方向刚度和横向力刚度的特性.通过比较测试结果,得出七块YBCO阵列与双极型永磁轨道组成的磁悬...     

单块磁悬浮系统磁体和超导体的厚度优化

研究了磁铁厚度和YBCO超导体厚度对悬浮力的大小及系统动态特性的影响,通过分析得出磁悬浮系统中磁体和超导体厚度的最优值。通过悬浮力测试系统测得超导块尺寸为φ30mm×18mm时四块不同厚度的磁体的悬浮力以及磁体尺寸为φ30mm×10mm时六块不同厚度的YBCO超导体的悬浮力的大小;并在振动实验台上测试了上述情况下的振动特性。对动态曲线进行频谱分析,最终得出最优组合,从而对磁悬浮系统的磁体和超导体厚度进行了优化。     

应用场结构对YBCO块材悬浮性能的影响

永磁轨道是高温超导磁悬浮车的重要组成部分之一,对YBCO块材在两种应用场:单峰永磁轨道和双峰永磁轨道上的磁悬浮性能进行了数值和实验研究。通过对比两种轨道上方的切向和法向分量的磁场分布,对实验结果进行了分析。实验发现YBCO块材在双峰轨道上方,悬浮力和导向力均大于单峰轨道,双峰轨道在磁利用率方面高于单峰轨道。     

永磁轨道外磁场横向不对称分布特性

研究了永磁轨道外磁场的横向不对称分布对高温超导(HTS)磁浮系统悬浮稳定性的影响。采用有限元软件COMSOL Multiphysics,建立HTS磁浮系统的理论仿真模型,求解永磁轨道外磁场横向分布及YBa_2Cu_3O_(7-x)(YBCO)高温超导块材的静态悬浮力。进一步设计搭建三轴运动实验平台,通过相应的测试设备,依次对永磁轨道外磁场、表面轮廓的横向分布及YBCO超导块的静态悬浮力进行测量。仿真与实验结果表明,实际PMG的表面沿横向不平整,相邻永磁之间存在间隙和不同的磁体损伤,导致了横向磁场不对称分布,结果使YBCO超导块在偏离永磁轨道中心对称位置处的静态悬浮力存在差异。     

不同荷载下高温超导磁悬浮系统的动态响应

针对YBCO块材和NdFeB永磁体构成的高温超导磁悬浮系统,研究了永磁体在不同荷载时系统的动态响应特性.实验结果表明,当振动频率较低时,悬浮系统动态响应与外加激励信号一致,外加荷载的改变对系统响应基本无影响.随着频率的增加,外加荷载对系统的影响明显增强.荷载越大,系统的抗干扰能力越强.这对高温超导磁悬浮系统的应用有一定...     

非线性磁式压电振动能量采集系统建模与分析

为便于评价、优化磁式压电振动能量采集系统的性能,系统研究了该类系统的建模与分析方法,建立了非线性的分布参数模型用于描述系统的非线性动力学行为,并采用谐波平衡法给出了谐波响应的解析解.随后利用仿真模型分析了磁铁间距、加速度幅值、负载阻抗对输出功率的影响,比较了不同激励频率和加速度幅值下的最优阻抗.结果表明:双稳态特性适用于低强度的振动环境,且愈接近临界区域,输出功率愈高,而单稳态渐硬特性适用于高强度振动环境,其最优间距并不靠近临界区域;阱间大幅运动和阱内小幅运动均存在高低能量态共存的现象,愈接近临界区域,现象愈明显;激振频率是影响最优负载阻抗的决定性因素.     

永磁导轨上高温超导块材排布方式与悬浮力关系的研究

本文研究了YBCO块材排布方式与其在永磁导轨上悬浮力的关系.实验结果表明:悬浮力与随悬浮间距成指数关系.而YBCO块材在导轨上方排列方式的不同,导致沿轨道横截面方向,每块超导块获得的悬浮力平均值差异较大.当超导块集中分布于轨道上方磁场强度最大的区域时,超导块平均悬浮力最大.这意味着,与其他排布方式相比,在获得同等悬浮力情况下,这种排布方法的超导块用量最少.这一结果对于超导磁悬浮系统的设计具有指导意义。     

YBCO高温超导体交流损耗与温升特性的数值仿真研究

高温超导磁体运行过程中,磁体的热稳定性是磁体能否安全运行和实用化的重要指标。在磁体热稳定性的相关研究中,超导磁体在运行过程中的交流损耗和热传导特性是两个值得研究的问题。因此,文中运用商业有限元软件Comsol构造了YBCO高温超导体的数值仿真模型,通过Comsol中的AC/DC模块和热传导模块的相互耦合,在给予不同频率和不同幅值的交变外磁场激励下,对YBCO高温超导体在运行过程中的温升特性进行实时监测和分析,并计算出其交流损耗。为避免超导体失超,保证其安全稳定运行提供一定的指导。     

基于单边强磁场效应的无轨磁悬浮小车

利用永磁磁轮产生的感应磁场与原来的磁场方向相反的排斥力来实现磁悬浮。永磁轮磁体按照海尔贝克阵列排列。利用AnsoftMaxwell 16.0软件对永磁轮磁场进行了模拟,对感应磁场进行仿真分析,进一步制作了无轨磁悬浮小车模型,实现了无磁质轨道悬浮,并且研究了气隙高度、以及电机工作电压与悬浮力的关系。     

千匝量级高温超导YBCO磁体交流损耗的仿真分析

高温超导YBCO带材严重的各向异性,使得YBCO磁体的交流损耗特性比BSCCO磁体更加复杂。利用有限元方法研究了匝数多达1000匝的YBCO磁体的交流损耗特性。该方法基于H方程,考虑了YBCO带材与磁场强度和方向相关的临界电流密度以及高温超导体高度非线性的E-J关系。由于磁体匝数众多,采用均质化bulk近似方法简化了磁体建模,加快了计算速度,并以200匝带材组成的双饼为例,对比均质化Bulk模型和考虑超导层实际尺寸的参考模型,验证了该方法的可靠性。此外,还详细分析了不同传输电流上升率、幅值以及带材的n值和临界电流等参数对YBCO磁体交流损耗的影响。     

广东科学中心高温超导磁悬浮车设计与制作

广东科学中心交通世界展馆的高温超导磁悬浮车演示模型,由支架、永磁轨道、超导磁悬浮小车、直线电机和控制系统构成。∞形轨道长19m,包含直线、圆曲线、缓和曲线、坡道,轨道沿线布置直线电机线圈和光电传感器。磁悬浮小车为两节联挂,每节小车车体由两个低温液氮容器和一个直线电机动子组成,每个液氮容器中包含6块YBCO超导块材。磁悬浮小车可以在轨道上连续运行,自控系统能够对小车进行启动、加速、减速、定位停车等运行控制,运行模式分自动行驶和手动操作两种。     

抗磁悬浮振动能量采集器动力学响应的仿真分析

分析了微型抗磁悬浮振动能量采集器中悬浮磁体的受力特性,发现了能量采集器的单稳态和双稳态现象,研究了能量采集器在不同工作状态下该两种稳态类型时的动力学响应特性.当能量采集器处于非工作的单稳态状态时,其动力学响应是在线性系统的基础上加入非线性扰动、幅频响应曲线向右偏转;热解石墨板间距越大,非线性扰动越强烈,右偏现象则越显著.当能量采集器处于非工作的双稳态状态时,其动力学响应比较复杂,出现倍周期、4倍周期以及混沌等非线性系统特有的现象.当能量采集器处于工作状态的双稳态状态时,其振动频率和外界激励频率保持一致,进行周期振动.该研究对抗磁悬浮振动能量采集器的结构设计具有重要的参考价值,为提高能量采集器的响应特性和输出性能提供了理论指导.     

永磁轨道上方高温超导块材各向异性对悬浮力弛豫特性的影响

采用顶部熔融织构生长法制备的高温超导块材YBCO通常有5个生长区域．通过捕获磁通实验研究,人们发现高温超导块材内部生长区域及边界的捕获磁通能力不同,存在明显的各向异性．面向高温超导磁悬浮应用,本文比较研究了3块不同的高温超导块材YBCO组合在永磁轨道上方悬浮力弛豫特性．实验结果表明,无论场冷还是零场冷情况,块材籽晶生长...     

高温超导悬浮系统的振动属性研究

本文研究了YBCO高温超导磁悬浮系统在竖直方向上不同的悬浮高度,不同的振动频率扰动下的振动属性．研究表明在一般的小的扰动下,悬浮系统类似于一个弹簧系统,该系统可以恢复到初始的悬浮高度．而当系统受到一个共振频率的扰动时,系统会发生剧烈的振动,会引起能量的损失,悬浮高度的降低．系统的共振频率会随着系统初始悬浮高度的降低而增...     

强钉扎高温超导体与永磁体系统的悬浮力数值模型

本文从数值模拟和实验两方面研究了熔融织构Y-Ba-Cu-O(YBCO)高温超导块材与永磁体组成的磁悬浮系统的悬浮特性.通过理论与实验结果的比较,在Hikihara-Moon超导磁悬浮动力学唯像模型的基础上,提出了强钉扎磁悬浮力模型,并进一步研究了熔融织构YBCO块材在不同条件下的悬浮特性,包括:场冷高度(FCH)和零场冷却(ZFC)的对磁浮力的影响,以及由不同运动速度导致的磁悬浮力的变化等.结果表明,强钉扎磁悬浮力模型适合于精确描述由熔融织构YBCO高温超导块材与永磁体所组成的磁悬浮系统的悬浮特性.     

空化流动诱导离心泵低频振动的实验研究

空化流动严重影响泵安全稳定运行,为充分认识泵内空化发展程度及其诱导的低频振动特性,设计了一台离心式模型泵作为研究对象,同时采用高速摄影及振动加速度测试手段,实现了叶轮内部空化流动的可视化及对应的泵体低频振动信号提取,分析了空化泡形态随空化发展的演化规律,对比了空化发生前后泵体低频振动频谱特性,探讨了泵体总振级水平、离散频率下振动加速度幅值随空化发展程度的变化,提出振动临界汽蚀余量可作为空化程度的另一判据,叶频时的振动加速度幅值变化亦可作为泵内空化程度的表征。     

中频电机的隔振

本文介绍了中频电机隔振设计的步骤,有效隔振的条件,绝对传递率的公式、双对称面隔振系统的六个固有频率公式. 电机的主要参数有:直径d=33cm,长l=67.5cm,重量W=245kg,转数2950转/分.机座振动加速度2.5g,主共振峰在2000Hz附近.以50Hz作为激振频率和实际设计的参数进行了数值计算.文中给出了隔振器安装前后的加速度测量值,垂直方向绝对传递率的理论计算和实测曲线,阐述了隔振设计中应该注意的一些问题.     

基于Ansoft的永磁轨道排布方式的仿真优化

将永磁轨道上表面磁感应强度作为主要参数进行检测和考察,以衡量其悬浮性能的优劣程度。首先通过对比Ansoft仿真值与实际测量值,确定了最佳测量位置为永磁体上表面2mm处,然后分别对多种排布方式的永磁轨道表面磁感应强度B进行了仿真并观测,得出结论表明:从制作的经济性以及实用性考虑,三极对顶式永磁轨道能提供目前最优的悬浮性能。该结论对高温超导磁悬浮系统永磁轨道的制作和设计有一定的参考价值。     

基于磁滞效应的YBCO块材磁刚度测试方法

处于外磁场中的高温超导块材具有自稳定性。这种特性使得高温超导块材在磁悬浮轴承、飞轮储能、磁悬浮列车等方面,具有潜在的应用价值。非理想高温超导体具有很强的磁通钉扎特性,表现出很强的磁滞性。处于悬浮状态的高稳超导体,其稳定特性与其悬浮刚度密不可分。文中首先描述了高温超导块材磁悬浮测试系统磁刚度测试原理。此刚度测试方法充分考虑了非理想高温超导块材磁滞效应对磁刚度的影响。基于这种测试方法,研究了YBCO块材在永磁轨道上方悬浮力刚度的特性。通过与传统刚度测试方法比较,这种方法更能反应高温超导磁悬浮车实际磁刚度特性。     

非线性恢复力耦合的振动系统广义同步与参数识别

对于一类非线性恢复力无法精确解析表达的简谐激励振动系统,建立了由原系统非线性恢复力激振的派生系统.证明了派生系统与原系统可以达到广义同步.派生系统可以自动与激励力频率、大小变化的原非线性振动系统保持广义同步.证明了由派生系统的广义同步,可以识别出原系统的阻尼系数、激振力幅值与频率.由Duffing系统的仿真计算结果可以看出,这种方法是有效的,而且识别精度较高. 关键词： 非线性恢复力 广义同步 混沌