高均匀度超导磁体系统有限元分析

提出了用有限元方法设计高均匀度超导磁体系统。利用ANSYS优化模块,建立数学模型和完整超导磁体系统分析过程,优化高均匀度超导磁体系统。优化分析时,将螺线管线圈尺寸作为优化设计变量,可得到合适的线圈尺寸,再检查设计序列验证结果准确性。     

超导磁体绕制预应力有限元分析北大核心CSCD

为保证绕组平整,导线排列紧凑,避免超导磁体运行时因导线过大移动而造成大的机械扰动,在绕制磁体过程中需要对超导线施加适当的绕制张力.超导磁体绕制过程中的预应力问题是一个非线性问题.每绕制一层导线,已绕制导线层中的预应力均会发生改变,磁体中预应力的分布很难用方程来近似表达.本文提出了研究超导磁体绕制应力的详细有限元模型,为导线建立独立模型,为每匝导线施加绕制张力,采用非线性结构分析,动态模拟绕制过程.基于该模型研究了传导冷却超导磁体的预应力,分析了绕制张力对环向应力和径向应力的影响.在该分析结果的基础上可以进一步分析多物理场作用下的超导磁体的应力应变特性,为高性能超导磁体的设计和建造提供理论指导.     

高场超导磁体科学技术与应用

科学技术的发展对于磁场强度质量的要求越来越高,极端强磁场条件是人类追求的永远的科学目标,它孕育着许多重大的科学发现和新技术的产生,对人类的科学和技术以及生活产生重大的影响.以磁体为核心与电力电子器件以及相关的软件等结合可以构成各种各样科学仪器和装置,广泛应用在科学研究和工业特种装备中.磁技术对于人类的科学与技术进步起到越来越重要的作用,尤其是极高磁场所带来的诸多优点,使得人类对于物质世界认识不断加深,对于生命的起源以及从事疾病的防治的研究有特别重要的意义.本文介绍磁体基本原理、磁场产生的方法与应用以及相关的发展.     

核磁共振谱仪超导磁体研究

对核磁共振谱仪超导磁体作了一些调研 ,并在理论的基础上对 4 0 0 MHz NMR谱仪超导磁体进行了方案设计计算     

电磁优化对提高Bi2223/Ag超导磁体性能的研究

在Bi2223/Ag超导磁体里,磁场的径向分量是限制其超导带临界电流和性能的主要因素之一.我们用有限元方法分析了螺线管超导磁体场强的分布,发现磁体两端磁场的径向分量最大,通过在其两端增加铁磁性导磁结构,优化其磁场分布,降低磁体端部径向磁场强度,提高了磁体的临界电流,增强了超导磁体承受过电流脉冲冲击的能力,并有效地加速了磁体在过电流冲击后的恢复速度.     

FAIR项目super-FRS超导磁体结构分析

 国际反质子与离子大科学工程项目中的超导super-FRS磁体包含2个超导线圈,最大磁场为1.6 T,这样大的磁场必然产生很大的电磁力。为了保证磁体运行时的机械稳定性,对项目中的超导super-FRS磁体进行了有限元结构的3维分析。结构分析中采用了ADINA和TOSCA两个有限元软件。ADINA软件主要用于结构中的应力应变计算,而TOSCA软件则主要用于电磁场的磁场强度和电磁力的计算。分析的结果显示super-FRS磁体采用铁芯及线圈盒长边中部加固结构时,其最大形变约0.19 mm,最大有效应力出现在长边中部的很小区域,约为92 MPa。由于线圈盒由316LN不锈钢制成,该结构是合理的。     

FAIR项目super-FRS超导磁体结构分析

国际反质子与离子大科学工程项目中的超导super-FRS磁体包含2个超导线圈,最大磁场为1.6 T,这样大的磁场必然产生很大的电磁力。为了保证磁体运行时的机械稳定性,对项目中的超导super-FRS磁体进行了有限元结构的3维分析。结构分析中采用了ADINA和TOSCA两个有限元软件。ADINA软件主要用于结构中的应力应变计算,而TOSCA软件则主要用于电磁场的磁场强度和电磁力的计算。分析的结果显示super-FRS磁体采用铁芯及线圈盒长边中部加固结构时,其最大形变约0.19 mm,最大有效应力出现在长边中部的很小区域,约为92 MPa。由于线圈盒由316LN不锈钢制成,该结构是合理的。     

15 T高场复合超导磁体低温实验研究

大孔径高均匀度高场磁体是进行超导材料性能测试的必要条件之一.本文主要介绍了15 T高场复合超导磁体的低温励磁实验与结果.该磁体包括两个高性能Nb3Sn线圈、一个ITER Nb3Sn线圈和一个NbTi线圈,分别处于磁体的高、中、低场部分.磁体外径329.9 mm,高度401.44 mm,中心孔径77.5 mm,磁体中心磁...     

高场核磁共振波谱仪宽带前置放大器的研制

宽带前置放大器是磁共振仪器的重要部件,其性能决定了整个仪器X核通道的检测灵敏度. 根据射频电路理论以及磁共振波谱仪整体性能指标的要求,设计并实现了可应用于高场核磁共振波谱仪的高性能宽带前置放大器. 实测结果表明,所研制的核磁共振波谱仪宽带前置放大器在15 MHz~300 MHz频率范围内,其工作性能达到：带内增益>38 dB,带内平坦度<1.5 dB,噪声系数基本保持在1.2 dB以下,射频开关切换时间<1.5 μs,具有带内增益平坦度高,噪声系数小,发射状态下放大器前端保护电路隔离度高,以及工作状态检测电路准确、简洁的特点. 同时高场核磁共振碳和磷等杂核实验显示,利用所研制的宽带前置放大器可检测到具有较高信噪比的NMR信号.     

YBCO带材有限元细化模型电磁应力研究

将高场磁体的有限元平均模型和YBCO带材的细尺度网格模型相结合,在不同区域采用不同模型的多尺度建模方法,解决了YBCO带材多尺度网格剖分问题,具有结构简单和计算精度高的优点。从应力载荷出发,依次分析了轴对称模型在自场和背场电磁载荷下的每层应力应变的分布特点,得到了YBCO层状结构中不同材料的最弱应力应变分布位置。仿真结果为自场条件下的应力和应变最大位置处均在哈氏合金层。在背场条件下,3层带材受力最大位置在YBCO带材超导层和缓冲层,而6层细化模型最易在银层发生破坏。     

比例边界有限元法在电机电磁场问题中的应用

将比例边界有限元法应用到电机磁场分析计算中,采用加权余量法推导无旋磁场的比例边界有限元方程及其离散格式,给出相邻子域公共边上内部节点磁位求解方法.以具有解析解的电机磁场问题为例进行计算和对比分析,验证离散格式的正确性和比例边界有限元法求解电机磁场的可行性,为该方法在电机磁场问题中的应用打下基础.     

一种混合高温超导磁体及其电磁特性研究

近年来,高温超导磁体由于载流能力高、磁场强等优点在磁悬浮列车、医疗成像、飞轮储能器等系统具有广阔的应用前景.在这些应用中,工作面上磁场越强,系统的性能越优.高温超导块材能够俘获强磁场,但因为尺寸的限制,其磁场发散区域小,在大气隙条件下工作面区域磁场弱.相比而言,高温超导线圈的尺寸不受限制,但其磁场会随着口径的增大而降低.因此,本文将高温超导线圈和块材结合,提出了一种结构紧凑、口径大、磁场强的混合高温超导磁体.同时,利用有限元仿真软件建立混合高温超导磁体的二维轴对称自洽模型并进行了实验验证,仿真计算了混合高温超导磁体的磁场分布以及不同温度下的临界电流和最大磁场强度.结果表明,混合高温超导磁体可显著增加工作面的磁场,相比于独立的高温超导线圈和高温超导块材最大磁场分别最小提升了102%和12%.另外,混合高温超导磁体工作面上的有效磁通相比于高温超导块材也提高了.     

Thermoelastic Stress Field Investigation of GaN Material for Laser Lift-off Technique based on Finite Element Method

The transient thermoelastic stress fields of GaN films is analyzed by the finite element method for the laser lift-off （LLO） technique. Stress distributions in GaN films irradiated by pulse laser with different energy densities as functions of time and depth are simulated. The results show that the high thermoelastic stress distributions in GaN films localize within about 1 μm below the GaN/Al2O3 interface using proper laser parameters. It is also found that GaN films can avoid the thermal deformation because the maximum thermoelastic stress 4.28 GPa is much smaller than the yield strength of GaN 15GPa. The effects of laser beam dimension and the thickness of GaN films on stress distribution are also analyzed. The variation range of laser beam dimension as a function of the thickness of GaN films is simulated to keep the GaN films free of thermal deformation. LLO experiments are also carried out. GaN-based light-emitting diodes （LEDs） are separated from sapphire substrates using the parameters obtained from the simulation. Compared with devices before LLO, P-I-V measurements of GaN- based LEDs after LLO show that the electrical and optical characteristics improve greatly, indicating that no stress damage is brought to GaN films using proper parameters obtained by calculation during LLO.     

CR超导二极铁导线的3D有限元失超模拟

利用FEM软件ANSYS对德国GSI的FAIR项目的超导二极铁的超导线进行了失超模拟. 该模拟形象地给出导线的失超过程, 通过APDL编程可以得到失超传播速度, 失超时导体的端电压随时间的变化. 文章还进一步研究了导线的最小失超传播区域MPZ, 失超段初始温度和电流对失超传播速度的影响.     

CR超导二极铁导线的3D有限元失超模拟

利用FEM软件ANSYS对德国GSI的FAIR项目的超导二极铁的超导线进行了失超模拟.该模拟形象地给出导线的失超过程,通过APDL编程可以得到失超传播速度,失超时导体的端电压随时间的变化.文章还进一步研究了导线的最小失超传播区域MPZ,失超段初始温度和电流对失超传播速度的影响.     

高分辨率间断有限元方法

间断有限元方法是集高分辨率有限差分方法和有限体积方法的优点发展起来的一种数值方法,在计算流体动力学问题上显示了优良的效能.利用守恒问题给出间断有限元方法的基本概念和过程,利用简单算例给出该方法的精度分析和限制器对精度的影响,并给出浅水波问题、交通流问题和波传播问题的数值模拟结果,进一步,综合评介该方法在椭圆、抛物、对流扩散、Hamilton-Jacobi方程、Navier-Stokes方程等的实际应用进展.     

最小二乘有限元法求解非定常应力的Navier-Stokes方程

为精确求解非定常层流问题,发展一种非定常速度-应力-压力的方法.采用牛顿法对非线性对流项进行线性化处理和预处理共轭梯度法,实现了非定常应力形式Navier-Stokes方程的求解.方腔层流流动比较发现,非定常应力形式比涡量形式与试验结果更加吻合,精度更高.该方法有效地解决亚格子应力项的问题,实现基于最小二乘有限元法的湍流求解.比较方腔湍流流动的试验与仿真结果,证明本文的方法具有可行性,为湍流大涡模拟计算打下基础.     

悬线式力矩器磁路设计中的有限元分析应用

光学头力矩器的空间磁场分布直接决定了力矩器的动态性能,对磁场进行准确分析是力矩器设计的前提。分析了悬线式力矩器的空间磁场产生机理,并采用有限元分析法进行了理论推导。以一款动线圈式二维对称型只读悬线式力矩器为例,采用有限元仿真软件（ANSYS）分析并设计了其空间磁场分布,对影响力矩器空间磁场分布的相关因素进行了分析。将采用有限元法对悬线式力矩器空间磁场仿真计算得出的力矩器动态特性参数与实测力矩器动态特性参数相比,其结果均符合力矩器的设计要求,证明基于有限元分析法的悬线式力矩器空间磁场设计是可行的。