用于鋁板聲彈性系數(shù)標(biāo)定的電磁加載裝置設(shè)計
發(fā)布時間：2021-02-22 17:58
基于臨界折射縱波對金屬材料進(jìn)行應(yīng)力無損檢測具有廣泛的應(yīng)用前景,該檢測技術(shù)中金屬材料聲彈性系數(shù)的標(biāo)定尤為重要。目前金屬材料聲彈性系數(shù)標(biāo)定方法主要是采用機(jī)械加載方式對金屬材料進(jìn)行拉伸測試,這種方法不適用于一些在役金屬構(gòu)件的聲彈性系數(shù)的測量。針對上述問題,該文基于洛侖茲力的產(chǎn)生機(jī)理設(shè)計了一種用于鋁板聲彈性系數(shù)標(biāo)定的電磁加載裝置。采用二維仿真模型對裝置進(jìn)行了尺寸參數(shù)分析與選擇,建立三維有限元仿真模型計算鋁板軸向電磁加載力。搭建了電磁加載實驗平臺,測量電磁加載狀態(tài)下鋁板中臨界折射縱波的傳播時間并計算鋁板中軸向應(yīng)力平均值,實驗結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致,驗證了電磁加載裝置的可行性。
【文章來源】：電工技術(shù)學(xué)報. 2020,35(19)北大核心
【文章頁數(shù)】：11 頁
【部分圖文】：
四個對稱放置的電磁加載裝置截面圖Fig.3Sectionoffoursymmetricalelectromagnetic
脅??拇鷗杏?強(qiáng)度，其中永磁體磁感應(yīng)強(qiáng)度均為0.5T。不同靜磁場結(jié)構(gòu)的剩余磁通密度分布如圖5所示。仿真結(jié)果表明帶鐵心的永磁體陣列產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值超過了1T，鋁板上的剩余磁通密度約為0.42T；而單個永磁體產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度最高不超過0.5T，在鋁板上的剩余磁通密度則低于0.3T，所以本文選用帶鐵心的永磁體陣列來構(gòu)建偏置磁常圖5不同靜磁場結(jié)構(gòu)的剩余磁通密度分布Fig.5Residualfluxdensitydistributionofdifferentstaticmagneticfieldstructures計算二維軸對稱電磁加載仿真模型。圖6a所示為鋁板軸向應(yīng)力分布圖，從仿真結(jié)果可以看出鋁板中間部分的應(yīng)力分布較為均勻。二維軸對稱電磁加載仿真模型計算結(jié)果如圖6b所示，選取鋁板仿真模型中對稱軸中心點為研究對象，計算該
擠掄娼峁?Fig.11Simulationresultsofstressdistributionunderdifferentlift-offdistances2.2電磁加載裝置三維仿真建模與結(jié)果分析上述電磁加載裝置二維軸對稱模型由于其模型簡單、仿真計算時間短，僅用作電磁加載裝置的尺寸參數(shù)選擇，該模型只能反映電磁加載裝置如圖3所示截面的剩余磁通密度、鋁板上渦流密度以及鋁板軸向應(yīng)力的分布狀況。對于實際電磁加載裝置的偏置磁場分布以及在鋁板中感應(yīng)的渦流分布和軸向應(yīng)力分布則需要通過建立三維仿真模型來反映。本文按照2.1節(jié)確定的電磁加載裝置最佳尺寸建立如圖12所示的三維電磁加載裝置仿真模型�？紤]到電磁加載裝置的對稱性，為縮短模型的計算時間，本文僅建立裝置的左半部分模型。此外，由于仿真軟件對線圈幾何形狀的限制，模型采用環(huán)狀線圈代替跑道型線圈。圖12三維電磁加載裝置仿真模型Fig.123Dsimulationmodelofelectromagneticloadingdevice三維模型仿真結(jié)果如圖13所示。圖13a為鋁板上的剩余磁通密度分布，鐵心下方部位的磁感應(yīng)強(qiáng)度大約0.55T；圖13b為電磁加載裝置x-z截面上的偏置磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度分布圖，圖中磁感應(yīng)強(qiáng)度分布與圖5a中二維模型磁感應(yīng)強(qiáng)度分布基本一致，驗證了本文采用二維建模對裝置進(jìn)行尺寸參數(shù)分析的可行性；圖13c為鋁板y軸方向上的渦流密度分布；圖13d為鋁板軸向應(yīng)力分布，可以觀察到整個鋁板中間區(qū)域的應(yīng)力分布較為均勻。不同放電電壓下鋁板中應(yīng)力大小如圖14所示，改變電容的放電電壓，仿真計算不同激勵電壓下鋁板中軸向應(yīng)力平均值，坐標(biāo)系中每個點的應(yīng)力值取鋁板三維模型中高度4mm，x軸方向150～300mm截面的應(yīng)力平均值，由曲線圖可知，放電電壓與鋁板軸向平均應(yīng)力成正比
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]大型同步調(diào)相機(jī)定子壓圈渦流損耗計算及降損方法[J]. 朱二夯,黃浩,邊旭,梁艷萍. 電機(jī)與控制學(xué)報. 2019(10)
[2]合并焊道法對SUS304不銹鋼平板對接接頭焊接殘余應(yīng)力計算精度和效率的影響[J]. 胡興,戴培元,張超華,李索,鄧德安. 機(jī)械工程學(xué)報. 2019(12)
[3]基于電磁加載的鋁板殘余應(yīng)力在線檢測方法研究[J]. 張闖,王標(biāo),曹曉琳,劉素貞,楊慶新. 中國電機(jī)工程學(xué)報. 2019(24)
[4]可變磁通永磁輔助同步磁阻電機(jī)設(shè)計與性能分析[J]. 楊晨,白保東,陳德志,李岱巖. 電工技術(shù)學(xué)報. 2019(03)
[5]非鐵磁材料的電磁超聲接收過程數(shù)值模擬及實驗研究[J]. 孫文秀,劉國強(qiáng),夏慧,宋佳祥,夏正武. 電工技術(shù)學(xué)報. 2018(19)
[6]管件電磁脹形過程中的材料變形性能問題與電磁力加載方案[J]. 邱立,余一杰,聶小鵬,楊雨琪,蘇攀. 電工技術(shù)學(xué)報. 2019(02)
[7]電磁發(fā)射彈丸膛內(nèi)磁場分布特性的三維數(shù)值分析[J]. 李湘平,魯軍勇,李玉,武曉康. 電機(jī)與控制學(xué)報. 2018(08)
[8]載體感應(yīng)磁場的改進(jìn)積分方程法[J]. 朱武兵,莊勁武,趙文春,劉勝道,周國華. 國防科技大學(xué)學(xué)報. 2018(03)
[9]電磁超聲加載方式對Lamb波模態(tài)的影響[J]. 劉素貞,董碩,張闖,金亮,楊慶新. 電工技術(shù)學(xué)報. 2018(19)
[10]應(yīng)用于非線性渦流問題的定點諧波平衡改進(jìn)算法[J]. 趙小軍,關(guān)大偉,鐘玉廷,孟凡輝,魯君偉. 電工技術(shù)學(xué)報. 2017(01)
碩士論文
[1]基于聲彈性效應(yīng)的螺栓軸向應(yīng)力檢測系統(tǒng)研究[D]. 賈雪.西南交通大學(xué) 2018
[2]基于激光超聲的金屬表面殘余應(yīng)力無損檢測研究[D]. 薛茂盛.浙江大學(xué) 2018
[3]臨界折射縱波（LCR）應(yīng)力測試修正方法與機(jī)理研究[D]. 朱其猛.西南交通大學(xué) 2017
[4]超聲表面波應(yīng)力無損檢測技術(shù)研究[D]. 邵營.中國礦業(yè)大學(xué) 2016
本文編號：3046358
【文章來源】：電工技術(shù)學(xué)報. 2020,35(19)北大核心
【文章頁數(shù)】：11 頁
【部分圖文】：
四個對稱放置的電磁加載裝置截面圖Fig.3Sectionoffoursymmetricalelectromagnetic
脅??拇鷗杏?強(qiáng)度，其中永磁體磁感應(yīng)強(qiáng)度均為0.5T。不同靜磁場結(jié)構(gòu)的剩余磁通密度分布如圖5所示。仿真結(jié)果表明帶鐵心的永磁體陣列產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值超過了1T，鋁板上的剩余磁通密度約為0.42T；而單個永磁體產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度最高不超過0.5T，在鋁板上的剩余磁通密度則低于0.3T，所以本文選用帶鐵心的永磁體陣列來構(gòu)建偏置磁常圖5不同靜磁場結(jié)構(gòu)的剩余磁通密度分布Fig.5Residualfluxdensitydistributionofdifferentstaticmagneticfieldstructures計算二維軸對稱電磁加載仿真模型。圖6a所示為鋁板軸向應(yīng)力分布圖，從仿真結(jié)果可以看出鋁板中間部分的應(yīng)力分布較為均勻。二維軸對稱電磁加載仿真模型計算結(jié)果如圖6b所示，選取鋁板仿真模型中對稱軸中心點為研究對象，計算該
擠掄娼峁?Fig.11Simulationresultsofstressdistributionunderdifferentlift-offdistances2.2電磁加載裝置三維仿真建模與結(jié)果分析上述電磁加載裝置二維軸對稱模型由于其模型簡單、仿真計算時間短，僅用作電磁加載裝置的尺寸參數(shù)選擇，該模型只能反映電磁加載裝置如圖3所示截面的剩余磁通密度、鋁板上渦流密度以及鋁板軸向應(yīng)力的分布狀況。對于實際電磁加載裝置的偏置磁場分布以及在鋁板中感應(yīng)的渦流分布和軸向應(yīng)力分布則需要通過建立三維仿真模型來反映。本文按照2.1節(jié)確定的電磁加載裝置最佳尺寸建立如圖12所示的三維電磁加載裝置仿真模型�？紤]到電磁加載裝置的對稱性，為縮短模型的計算時間，本文僅建立裝置的左半部分模型。此外，由于仿真軟件對線圈幾何形狀的限制，模型采用環(huán)狀線圈代替跑道型線圈。圖12三維電磁加載裝置仿真模型Fig.123Dsimulationmodelofelectromagneticloadingdevice三維模型仿真結(jié)果如圖13所示。圖13a為鋁板上的剩余磁通密度分布，鐵心下方部位的磁感應(yīng)強(qiáng)度大約0.55T；圖13b為電磁加載裝置x-z截面上的偏置磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度分布圖，圖中磁感應(yīng)強(qiáng)度分布與圖5a中二維模型磁感應(yīng)強(qiáng)度分布基本一致，驗證了本文采用二維建模對裝置進(jìn)行尺寸參數(shù)分析的可行性；圖13c為鋁板y軸方向上的渦流密度分布；圖13d為鋁板軸向應(yīng)力分布，可以觀察到整個鋁板中間區(qū)域的應(yīng)力分布較為均勻。不同放電電壓下鋁板中應(yīng)力大小如圖14所示，改變電容的放電電壓，仿真計算不同激勵電壓下鋁板中軸向應(yīng)力平均值，坐標(biāo)系中每個點的應(yīng)力值取鋁板三維模型中高度4mm，x軸方向150～300mm截面的應(yīng)力平均值，由曲線圖可知，放電電壓與鋁板軸向平均應(yīng)力成正比
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]大型同步調(diào)相機(jī)定子壓圈渦流損耗計算及降損方法[J]. 朱二夯,黃浩,邊旭,梁艷萍. 電機(jī)與控制學(xué)報. 2019(10)
[2]合并焊道法對SUS304不銹鋼平板對接接頭焊接殘余應(yīng)力計算精度和效率的影響[J]. 胡興,戴培元,張超華,李索,鄧德安. 機(jī)械工程學(xué)報. 2019(12)
[3]基于電磁加載的鋁板殘余應(yīng)力在線檢測方法研究[J]. 張闖,王標(biāo),曹曉琳,劉素貞,楊慶新. 中國電機(jī)工程學(xué)報. 2019(24)
[4]可變磁通永磁輔助同步磁阻電機(jī)設(shè)計與性能分析[J]. 楊晨,白保東,陳德志,李岱巖. 電工技術(shù)學(xué)報. 2019(03)
[5]非鐵磁材料的電磁超聲接收過程數(shù)值模擬及實驗研究[J]. 孫文秀,劉國強(qiáng),夏慧,宋佳祥,夏正武. 電工技術(shù)學(xué)報. 2018(19)
[6]管件電磁脹形過程中的材料變形性能問題與電磁力加載方案[J]. 邱立,余一杰,聶小鵬,楊雨琪,蘇攀. 電工技術(shù)學(xué)報. 2019(02)
[7]電磁發(fā)射彈丸膛內(nèi)磁場分布特性的三維數(shù)值分析[J]. 李湘平,魯軍勇,李玉,武曉康. 電機(jī)與控制學(xué)報. 2018(08)
[8]載體感應(yīng)磁場的改進(jìn)積分方程法[J]. 朱武兵,莊勁武,趙文春,劉勝道,周國華. 國防科技大學(xué)學(xué)報. 2018(03)
[9]電磁超聲加載方式對Lamb波模態(tài)的影響[J]. 劉素貞,董碩,張闖,金亮,楊慶新. 電工技術(shù)學(xué)報. 2018(19)
[10]應(yīng)用于非線性渦流問題的定點諧波平衡改進(jìn)算法[J]. 趙小軍,關(guān)大偉,鐘玉廷,孟凡輝,魯君偉. 電工技術(shù)學(xué)報. 2017(01)
碩士論文
[1]基于聲彈性效應(yīng)的螺栓軸向應(yīng)力檢測系統(tǒng)研究[D]. 賈雪.西南交通大學(xué) 2018
[2]基于激光超聲的金屬表面殘余應(yīng)力無損檢測研究[D]. 薛茂盛.浙江大學(xué) 2018
[3]臨界折射縱波（LCR）應(yīng)力測試修正方法與機(jī)理研究[D]. 朱其猛.西南交通大學(xué) 2017
[4]超聲表面波應(yīng)力無損檢測技術(shù)研究[D]. 邵營.中國礦業(yè)大學(xué) 2016
本文編號：3046358
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