用于磁压剪技术的10 T准静态磁场发生器

基于理论分析和数值模拟,建立了一种用于磁驱动压剪加载中产生纯剪切力的准静态磁场发生器,由4台0.5 mF/15 kV的储能电容器并联而成,通过15 kV/30 kA的半导体硅堆开关,向一对磁体线圈放电,进行模拟分析和实验测试。装置在充电9 kV时,在样品区域获得了上升时间1.34 ms的10 T准静态磁场。测试和分析结果表明在半径7 mm区域内磁场分布不均匀性小于2%,满足磁压剪实验要求。     

均匀磁场中超导球的准静态磁化

在普通物理知识范围内,根据超导体的迈纳斯效应和磁场边值条件的唯一性,计算出了均匀外磁场中超导球表面的超导电流和磁场分布.     

对一个准静态过程模型的讨论

指出部分教材在一个准静态过程问题上不够严谨之处,并给出了定量分析的结果.     

范氏气体的准静态绝热方程

应用两种不同方法导出范氏气体的准静态绝热方程，解决了相关文献未能解决的问题．     

球形线圈磁场均匀性的研究

研究非密绕球形线圈内部的磁场均匀性质.从圆形电流线圈轴线上的磁场出发,利用叠加原理和Mathematica软件的计算和符号推导功能,得到一个关于线圈内部磁场均匀性与其匝数的定量关系式,在此基础上通过实例说明设计球形线圈磁场均匀区的方法.     

多方过程的定义及其和准静态过程的关系

讨论了热学中多方过程的定义及其和准静态过程之间的关系.     

永磁体外部磁场的不均匀性研究

从永磁体的分子电流观点、退磁场、工艺等出发, 以矩形永磁体为例, 从理论上分析了影响永磁体外部磁场不均匀性的各种因素.研究结果表明, 永磁体外部磁场宏观不均匀性(好场区均匀度和面积相对大小) 和空间距离及永磁体的外形设计密切相关. 退磁场对永磁体外部磁场微观不均匀性有着复杂影响. 永磁体工艺如粉末颗粒、取向度、烧结凝固、机械加工等将影响永磁体外部磁场的不均匀性, 如磁化偏角、对称性、光滑性等. 关键词： 永磁体 外部磁场 不均匀性 退磁场     

准静态绝热过程的简单实验实现及相关物理量的计算

介绍了利用连通器及水密封原理实现气体状态改变的简单实验装置. 根据测得的气体压缩过程的压强曲线及简单的理论分析,得出利用该装置能实现准静态绝热过程的结论;同时,对实验装置的潜在应用进行了探讨,利用初步的实验数据计算的各热学量与对应的理论值均符合很好.     

半球壳准静态压缩下的变形行为研究

采用顶点及平板下压加载的加载方式对半球壳的准静态压缩进行了实验研究,获得了半球壳的变形模态及力-位移曲线。通过准静态压缩实验观察在不同加载方式下球壳变形模式随压缩深度的变化,发现半球壳出现了轴对称和非轴对称变形形式。利用ABAQUS有限元软件对球壳准静态压缩过程进行数值模拟,分析加载方式与球壳尺寸等对变形行为的影响。结果表明:球壳在压缩下的变形可分为加载点附近局部压平、轴对称凹陷以及形成非对称多边形3个阶段。其中,在压平向凹陷转变时,小截面平头加载的接触力-位移曲线产生了突跳现象,但在半球头与平板加载时未出现,且凹陷之后,半球头加载下接触力的增加速率减小,而平板加载下接触力的增加速率几乎保持不变。壳的径厚比越大,后期的变形程度越复杂;径厚比越小,由压平到凹陷转变时的临界荷载越大,球壳承载力越大。计算表明,在本研究范围内球壳凹陷前后接触力的大小以及增加速率只与厚度有关,而与半径的相关性则较小。     

光电液位传感测量系统的准静态特性研究

光电液位传感位移测量系统中,液体作为测量的特殊敏感元件,其准静态特性研究的滞后一直制约着系统进行准静态测量的应用。为此,建立了三通道连通管模型,推导了液位振荡的运动方程。通过分析知连通管的直径、液体总长以及液体的运动粘滞系数是影响液体准静态特性的主要因素。在此基础上进行了准静态特性实验。实验结果验证了液位振荡规律,得到了各系统参数对液位振荡的影响特性,从而得到系统的优化准则。     

小型方波脉冲磁场装置的研制

完成了小型方波脉冲磁场装置的双线圈负载设计,在一定区域内获得了近似匀强磁场。采用阻抗2 的6级脉冲形成网络作为初级储能和脉冲形成单元,对匹配电阻放电产生了方波脉冲电流波形。研制了一种场畸变气体火花间隙作为主放电开关,有效减小了装置的动作时延和分散性。实验结果表明：负载中心峰值磁感应强度达到0.04 T,方波磁场平顶时间约3 s,平顶度小于5％,上升前沿（磁感应强度峰值10％～90％）小于0.5s,装置的动作时延抖动小于10 ns（标准偏差）。     

小型方波脉冲磁场装置的研制

完成了小型方波脉冲磁场装置的双线圈负载设计,在一定区域内获得了近似匀强磁场。采用阻抗2 的6级脉冲形成网络作为初级储能和脉冲形成单元,对匹配电阻放电产生了方波脉冲电流波形。研制了一种场畸变气体火花间隙作为主放电开关,有效减小了装置的动作时延和分散性。实验结果表明:负载中心峰值磁感应强度达到0.04 T,方波磁场平顶时间约3 s,平顶度小于5％,上升前沿（磁感应强度峰值10％～90％）小于0.5s,装置的动作时延抖动小于10 ns（标准偏差）。     

10 T脉冲磁场的亥姆霍兹线圈热和力分析

亥姆霍兹线圈在产生数十T的准静态脉冲磁场的装置中得到广泛应用。以自行研制的一套用于磁压剪实验技术的脉冲磁场发生系统的亥姆霍兹线圈为研究对象,结合装置的电参数,利用有限元软件ANSYS对装置放电过程中线圈的热和力进行了仿真研究。研究结果表明,当装置在线圈中产生上升时间约1.34 ms、幅值14.37 kA的放电电流和10.7 T的磁场时,线圈中的最大温升约150 ℃,最大应力近0.5 GPa,铜导线中的最大应力约0.2 GPa,线圈导线变形位移小于0.05 mm。基于分析结果,在线圈制作时,选择绝缘层耐温超过200 ℃、抗拉强度0.5 GPa的铜导线作为线圈绕线,选择抗拉强度达5.8 GPa的柴龙纤维绕制在铜导线外层进行加固,并制作了相应结构的亥姆霍兹线圈对。利用该线圈对进行的放电实验测试结果表明,在满足设计指标的情况下,线圈对结实可靠,可重复使用。     

10T脉冲磁场的亥姆霍兹线圈热和力分析

亥姆霍兹线圈在产生数十T的准静态脉冲磁场的装置中得到广泛应用。以自行研制的一套用于磁压剪实验技术的脉冲磁场发生系统的亥姆霍兹线圈为研究对象,结合装置的电参数,利用有限元软件ANSYS对装置放电过程中线圈的热和力进行了仿真研究。研究结果表明,当装置在线圈中产生上升时间约1.34 ms、幅值14.37 kA的放电电流和10.7 T的磁场时,线圈中的最大温升约150℃,最大应力近0.5 GPa,铜导线中的最大应力约0.2 GPa,线圈导线变形位移小于0.05 mm。基于分析结果,在线圈制作时,选择绝缘层耐温超过200℃、抗拉强度0.5 GPa的铜导线作为线圈绕线,选择抗拉强度达5.8 GPa的柴龙纤维绕制在铜导线外层进行加固,并制作了相应结构的亥姆霍兹线圈对。利用该线圈对进行的放电实验测试结果表明,在满足设计指标的情况下,线圈对结实可靠,可重复使用。     

脉冲磁场下金属熔体凝固流场的数值模拟

用ANSYS55有限元数值模拟软件对铝合金熔体凝固过程中的流场作了数值模拟，模拟结果和实验现象相符合.通过数值模拟发现，用数值模拟的方法不仅可以初步了解凝固过程中熔体的流动状态，而且可以了解凝固组织细化和产生缺陷的原因.因此，是一个值得注意的研究方向，有较大的实用价值.     

全固态高重复频率磁脉冲压缩发生器

设计制作了全固态高重复频率磁脉冲压缩发生器,最高重复频率5 kHz,脉宽70 ns,通过调节初始储能电容上的电压可在500 阻性负载上获得4~40 kV连续可调的输出电压。通过分析简化的磁压缩末级回路,分析了预脉冲产生的过程,得出了预脉冲的电压表达式,选取适当的磁芯相对磁导率,经过求解,得出在磁开关未饱和电感一定时预脉冲随负载阻值变化的曲线簇,从曲线中可以看出：随着负载的阻值的增大,预脉冲的峰值绝对值也增大;在负载恒定的情况下,增大磁开关未饱和电感的大小可以显著地减小负载两端预脉冲的峰值绝对值,这要求磁开关磁芯有更高的相对磁导率。     

全固态高重复频率磁脉冲压缩发生器

设计制作了全固态高重复频率磁脉冲压缩发生器,最高重复频率5 kHz,脉宽70 ns,通过调节初始储能电容上的电压可在500 阻性负载上获得4~40 kV连续可调的输出电压。通过分析简化的磁压缩末级回路,分析了预脉冲产生的过程,得出了预脉冲的电压表达式,选取适当的磁芯相对磁导率,经过求解,得出在磁开关未饱和电感一定时预脉冲随负载阻值变化的曲线簇,从曲线中可以看出:随着负载的阻值的增大,预脉冲的峰值绝对值也增大;在负载恒定的情况下,增大磁开关未饱和电感的大小可以显著地减小负载两端预脉冲的峰值绝对值,这要求磁开关磁芯有更高的相对磁导率。     

紧凑型X箍缩脉冲功率发生器

为研究丝阵负载对X箍缩的影响,设计了一台紧凑型脉冲功率发生器。介绍了该脉冲功率发生器的设计及初步实验。根据装置的结构特点,研制了一种利用金属膜连接传输线外筒与负载内筒,构成回路测量负载电流的探头。结果表明:在对Marx电容器充电60 kV时,输出电流峰值117 kA,脉宽 60 ns,上升沿22 ns,该装置已经成功箍缩出X射线。     

紧凑型X箍缩脉冲功率发生器

为研究丝阵负载对X箍缩的影响,设计了一台紧凑型脉冲功率发生器。介绍了该脉冲功率发生器的设计及初步实验。根据装置的结构特点,研制了一种利用金属膜连接传输线外筒与负载内筒,构成回路测量负载电流的探头。结果表明:在对Marx电容器充电60 kV时,输出电流峰值117 kA,脉宽 60 ns,上升沿22 ns,该装置已经成功箍缩出X射线。