线圈炮电枢（圆柱壳）的屈曲分析

对线圈炮的电枢在径、轴向复合非均布电磁荷载作用下的弹性屈曲问题进行了有限元分析。采用八节点等参元，建立了圆柱坐标下的计算模型，给出了电磁力的计算，处理了剪切锁定与荷载移置等问题，编写了完善圆柱薄壳的屈曲分析程序ＳＢＴ。并对某五级炮的电枢进行了计算，获得了三个典型时刻的临界荷载。     

港口非线性波浪耦合计算模型研究

建立了外域用差分法求解高阶Boussinesq方程、内域用边界元法求解Laplace方程的二维船 非线性波浪力时域计算的耦合模型. 研究了该类耦合模型的匹配条件、耦合求解过程和内域、 外域公共区域长度的确定. 该耦合模型计算结果与只用边界元求解Laplace方程模型的计算 结果和实验结果对比表明,该耦合模型不仅计算精度高,而且计算效率快,适用于研究较大 区域内波浪对物体的非线性作用.     

基于移动窗口的串联增强型轨道炮发射过程电磁场演化模拟分析

简要介绍了Railgun3D程序的主要控制方程,使用Railgun3D程序对串联增强型轨道炮发射过程进行了模拟,详细分析了一复杂构型的电枢在梯形驱动电流加载外轨道/电枢上电磁场的演化过程,对电流涡结构、电流趋肤效应进行了讨论。计算中观察到了不同于普通单轨的现象,由于增强轨道的存在,驱动电流在增强轨道上产生了较大的磁场,由于电磁感应,在内轨道炮口一端上有显著的磁场和电流分布,感应电流的大小依赖于驱动电流的变化率。计算给出了多个时刻电枢附近电流涡结构的演化过程,并在电流下降段,电枢后表面上电流出现反向,指出该效应可能是导致电枢与轨道接触应力不足、甚至出现电枢转捩的重要因素。通过中心对称面上电流密度云图,模拟结果显示出磁扩散与速度趋肤效应在整个过程中的相互竞争决定了电流的分布形态。     

激光冲击强化过程中蒸气等离子体压力计算的耦合模型

首先基于系统能量守恒条件,提出了一种计算蒸气等离子体压力的一维耦合计算模型。模型中不 仅考虑了蒸气等离子体界面压力与质点速度的非线性效应,同时也考虑了界面烧蚀所致的运动速度,将蒸气 等离子体的膨胀与约束介质的变形耦合。在耦合模型的基础上,采用显式差分计算程序与显式有限元计算程 序LS-DYNA互相迭代求解的方法,对不同激光功率密度分布下的蒸气等离子体压力进行了计算。结果表 明,计算结果与实验测量结果具有很好的一致性,证明了计算模型的合理性。     

基于约束函数法的热力耦合有限元分析

分析了滑移接触条件下热力耦合现象,建立了热力耦合的有限元分析连续模型,提出了系统动力学平衡方程和热力学平衡方程。对系统中物体间的接触条件进行了分析,得到了物体间接触条件的数学表达式,在此基础上,用约束函数表示接触约束条件。应用变分原理对约束函数进行变分,与系统平衡方程组成非线性方程组对热力耦合问题进行求解。实例表明,用约束函数法求解热力耦合问题,收敛性较好,算法稳定,计算结果能反映实际。     

用机电耦合模型研究转子系统的非平稳过程

建立恰当的转子系统模型,对非平稳过程进行正确完备的描述是进行转子系统设计、实施状态监测和故障诊断的关键。通过考虑驱动电机的影响,建立了异步电机-受驱转子系统的机电耦合数学模型,并利用该模型对机电转子系统由串联补偿电容和负载波动引起的两种机电耦合非平稳过程进行了数值研究。研究结果表明：建立的机电耦合模型可以多方位地研究转子系统在非平衡过程中的机电耦合动力学规律。     

大面积矩形感性耦合等离子体源的三维流体力学模拟

利用自主开发的三维流体力学模型程序,对面向平板显示工艺和光伏工艺的大面积矩形感性耦合氩等离子体源进行了数值模拟.该模型自洽地求解了带电粒子以及中性粒子的流体方程和感应电场的波动方程.利用此模型,研究了气压、功率以及线圈形状对各种等离子体参数的三维空间分布和均匀性的影响.研究结果表明,当放电气压较低时(4 mTorr),电子密度的空间分布比较均匀,且电子密度的最大值出现在腔室的中心区域.感性沉积功率密度、激发态氩原子密度以及电子温度的最大值出现在线圈的下方.随着放电功率的增加,即从1000 W增加到4000 W,电子密度显著提高,但电子密度的空间分布变化不大.随着放电气压的升高,电子密度的均匀性明显下降,即电子密度的最大值主要局域在线圈下方.这是因为在较高的气压下,带电粒子与背景气体的碰撞增加,因此使得带电粒子的密度分布变得局域.此外,文章还研究了不同的线圈结构对于等离子体均匀性的影响.结果表明当气压较高(20 mTorr)时,使用圈,即通过改变线圈结构可以实现对等离子体均匀性的调控.文章的研究成果有助于加深对大面积矩形感性耦合等离子体放电特性的认知,这对于优化平板显示工艺以及光伏工艺至...     

装药不耦合系数对碳酸盐岩爆炸地震波能量的影响

针对碳酸盐岩中化学爆炸地震勘探激发地震波能量弱、频率高、信噪比低的现状,为对炮孔装药结构提出合理的改进措施,建立了耦合与不耦合装药孔壁爆炸载荷及透射波能量的计算模型,并借助MATLAB编程计算得到解析解.同时在灰岩场地进行了装药不耦合系数Kd对地震波能量影响的现场实验,应用基于功率谱的能量分析方法对实验数据进行了分析....     

小不耦合系数装药爆破孔壁压力峰值计算方法

基于轮廓爆破孔壁压力峰值计算方法的相关研究,充分考虑空气冲击波的传播与爆轰产物膨胀的过程,理论分析了小不耦合系数装药爆破过程中空气冲击波与炮孔壁的相互作用,建立了三维空气介质径向不耦合装药单孔爆破有限元模型,研究了工程爆破中常用的多种小不耦合系数装药组合工况下,炸药单点起爆后的炮孔壁压力峰值,并获得了相应工况下的孔壁压力峰值较爆生气体准静态等熵膨胀压力的压力增大倍数。结果表明:小不耦合系数装药爆破过程中,爆轰产物参数会对空气冲击波波后物质参数产生显著影响,揭示了小不耦合系数装药爆破与轮廓爆破在孔壁压力峰值计算方法上的本质差异;柱状装药结构爆轰波沿轴向传播使得空气冲击波撞击炮孔壁时存在叠加效应,孔壁压力峰值也相应增大,通过统计分析不同炸药类型、不同岩石类型工况下压力增大倍数与不耦合系数的关系,发现压力增大倍数随不耦合系数的增大近似呈线性增长;基于理论推导结果及常用爆破孔壁压力峰值计算形式,综合考虑炸药性能、孔壁岩石介质条件、不耦合装药系数对空气冲击波撞击炮孔壁后压力增大倍数的影响,提出了不耦合系数较小时爆破孔壁压力峰值计算方法。     

集成式动力总成机电耦合动态特性分析

综合考虑时变啮合刚度、齿轮啮合误差等因素,建立了斜齿轮六自由度非线性动力学方程;并根据集成式动力总成的机械系统和电机系统之间的耦合关系,推导出了集成式动力总成的非线性状态空间机电耦合方程,采用变步长Runge-Kutta法对机电耦合方程进行了数值求解。结合系统的分岔图、时域图、相图、Poincaré映射图和FFT频谱图研究了系统参数对系统振动的影响,分析了系统在电机电流、转子转速、时变刚度和齿轮啮合误差变化时的动力学特性。结果表明:随着电流变化,系统呈周期-混沌-周期的运动状态变化;随着时变刚度变化,系统呈周期倍化到混沌运动状态变化;随着齿轮啮合误差变化,系统由周期运动转变为混沌运动。研究为进一步改善集成式动力总成振动情况提供了依据。     

高压气体驱动二级轻气炮发射过程的数值模拟方法及应用

二级轻气炮是一种常见的超高速发射装置,多年来其数值研究大多采用简化一维模型,鲜有三维有限元模型。以14 mm口径高压气体驱动二级轻气炮为研究对象,采用耦合欧拉-拉格朗日（coupled Eulerian-Lagrangian, CEL）算法,根据膜片破裂与否,将二级轻气炮模型解耦为2个分级三维数值模型。为确定实验难以测得的参数（材料摩擦因数和膜片破膜压力）,设计正交试验,拟合确定活塞与泵管间摩擦因数为0.82,弹丸与发射管摩擦因数为0.30和膜片破膜压力为11.73 MPa。正交结果表明,摩擦因数对计算结果影响较大,在高压气体驱动二级轻气炮的计算中不应忽略。通过上述方法建立数字化高压气体驱动二级轻气炮,完整复现气炮发射过程,计算的弹丸终速与实验结果吻合度高。选取验证工况详细分析了气炮发射过程内流场变化,并呈现关键时刻的压力云图。该气炮简化方法、分级思想和关键参数确认方法可推广应用于固体发射药驱动、爆轰驱动等其他驱动形式的二级/多级轻气炮。     

小型霍普金森杆多级电磁发射系统的优化

根据小型霍普金森杆(Mini-SHB)对发射效率高、体积小、噪声污染小的要求及动态性能测试对高应变率的要求,本文对磁阻式小型霍普金森杆电磁发射系统进行了优化。利用电磁发射原理、电磁仿真计算和控制变量方法,对影响子弹发射速度的五个因素:电容组电容量、电路初始电压、电磁线圈匝数、线圈用漆包线直径、子弹初始位置分别进行了仿真优化。根据仿真得到的各个最优参数研制的电磁发射系统获得了单级16.16m/s、二级21m/s的最高子弹出口速度,达到了微小型试件动态性能测试对高应变率的要求。     

基于能量守恒的空间旋转目标消旋力矩计算方法

针对空间旋转目标电磁消旋技术,提出一种计算空间旋转目标消旋力矩的新方法。首先,介绍了电磁消旋的常用计算方法;然后,介绍了能量守恒法的基本思想,从系统能量守恒的角度出发,从整体考虑电磁消旋过程中各物理场之间的相互作用,提出了一种基于能量守恒的消旋力矩计算方法,并通过球壳模型消旋力矩的计算过程对能量守恒法进行阐述。最后,进行了地面消旋实验,对比了实验结果和有限元法、电磁张量法和能量守恒法的计算结果。实验及仿真结果表明,本文提出的基于能量守恒的空间旋转目标消旋力矩计算方法有效。     

Energy harvesting from a magnetic levitation system

Numerical and experimental studies of a magnetic levitation harvester are presented in the paper. The idea is based on the motion of permanent cylinder magnet in a coil exploited for energy harvesting. The novel model is based on a new definition of the coupling coefficient (inductive coefficient) which relates mechanical and an electrical components. The performed static and dynamics experimental tests show that this coefficient is a nonlinear function of the magnet position, and highly depends on the magnet coordinate in the coil, in such a way that the maximum energy is obtained in a coil ends. The comparison between classical – fixed value model – and novel nonlinear model of the inductive coefficient is presented for selected cases. The most essential differences are presented.     

小型高压引爆装置冲击电流简易测量方法

依据脉冲放电电路的等效电路及其微分方程,采用Levenberg-Marquarat算法对主电容放电电压测试波形数据进行衰减系数识别,从而获得模拟电流波形。该方法克服了分流器法和Rogowski线圈法等直接测量小型高压引爆装置冲击电流时,因附加电路引起的电流波形失真。MATLAB模拟结果表明,该方法得到的电流模拟波形与真实电流波形拟合精度高,可用于直列式引信电子安全与解除保险装置和低能冲击片雷管的优化匹配设计。     

磁悬浮隔振器动态电磁力实验与建模

磁悬浮隔振器的核心部件是电磁作动器,得到其输出电磁力与线圈电流及气隙之间的模型对实现磁悬浮隔振器的主动隔振有着重要的意义.实际系统中,磁悬浮隔振器运动频率对电磁力模型参数有较大影响,为了得到比较精确的符合实际的电磁力模型,对原有模型进行了修正,给出了新的考虑频率因素的修正模型;并且设计了基于MTS809的动态电磁力实验建模方案,直接根据电磁力实时测量数据辨识得到动态电磁力修正模型,而不需要对磁路进行任何假设.实验结果表明,该方法建立的电磁力修正模型更符合实际情况.     

电磁膨胀环实验设计的关键因素

为了更好地研究电磁膨胀环实验加载技术,利用带有电磁模块的LS DYNA三维动力学有限元程序对电磁膨胀环加载过程进行三维数值模拟。分析了螺线圈绕法、加载电流波形、膨胀环截面尺寸和轴向位移对电磁膨胀环实验结果的影响。计算结果表明,连接带缺口螺线圈的圆圈绕线方法优于均匀过渡绕法,加载电流峰值与膨胀环径向速度峰值近似成线性关系,适当增加膨胀环截面轴向的宽度可提高膨胀环运动稳定性,双螺线圈模型可有效减小膨胀环轴向位移。     

线圈脉冲电流对破甲弹金属射流箍缩特性的影响

为了研究线圈脉冲电流参数对破甲弹金属射流箍缩特性的影响, 提出了均匀线圈中脉冲电流作用下不均匀粗细金属射流磁感应强度、感应电流密度及箍缩电磁力分布的理论模型, 建立了线圈与金属射流作用的有限元模型, 分析了励磁线圈中所施加脉冲电流参数对金属射流的影响规律。结果表明, 随着励磁线圈中所施加脉冲电流幅值的增大, 金属射流中的感应电流密度、磁感应强度及电磁力也随之增大, 励磁线圈中所施加的脉冲电流幅值J_max≥1×1010 A/m2, 才能保证金属射流可靠变形;随着励磁线圈中所施加脉冲电流频率的增加, 金属射流中的感应电流密度、磁感应强度及电磁力整体均呈现一定程度的趋肤效应, 且在一定的频率范围内, 趋肤层逐渐变薄, 分析得知, 当励磁线圈中脉冲电流的频率满足50 kHz≤f≤100 kHz时, 就能够保证金属射流发生有效变形, 进而延缓金属射流箍缩直至断裂的过程。     

Onset of necking in electro-magnetically formed rings

The electromagnetic forming (EMF) process is an attractive manufacturing technique, which uses electromagnetic (Lorentz) body forces to fabricate metallic parts. One of the many advantages of EMF is the considerable ductility increase observed in several metals, with aluminum featuring prominently among them. The quantitative explanation of this phenomenon is the primary motivation of this work.To study the ductility increase due to EMF, an aluminum ring is placed outside a fixed coil, which is connected to a capacitor. Upon the capacitor's discharge, the time varying current in the coil induces a larger current in the ring specimen and the resulting Lorentz forces make it expand. The coupled coil-ring electromagnetic and thermomechanical problem is solved, using an experimentally obtained constitutive model for a particular aluminum alloy. Our results show that for realistic imperfections, the EMF ring starts necking at strains about six times larger than its static counterpart, as observed experimentally. This study establishes the importance of solving the fully coupled electromagnetic and thermomechanical problem and provides insight on how different constitutive parameters influence ductility in an EMF process.     

爆炸式电磁感应脉冲发生器

为了探索脉冲发生器新的技术方法,在传统脉冲发生器的基础上,提出了一种依靠爆炸驱动的电磁感应脉冲发生器。介绍了发生器的工作过程,对发生器中炸药的爆炸和冲击过程进行了计算和数值模拟,建立了带有初始电压和初始静磁场的发生器的工作电路模型,得出了感应电压的计算方法。设计了一种通过永磁体提供初始静磁场的脉冲发生器,并分别对装有两种不同炸药的发生器进行了实验。实验表明:爆速较高的炸药驱动发生器可产生峰值更高的电压脉冲。实验结果偏低于计算结果,原因是理论计算中简化了磁芯磁场和冲击波速度。