用于铝板声弹性系数标定的电磁加载装置设计
发布时间：2021-02-22 17:58
基于临界折射纵波对金属材料进行应力无损检测具有广泛的应用前景,该检测技术中金属材料声弹性系数的标定尤为重要。目前金属材料声弹性系数标定方法主要是采用机械加载方式对金属材料进行拉伸测试,这种方法不适用于一些在役金属构件的声弹性系数的测量。针对上述问题,该文基于洛仑兹力的产生机理设计了一种用于铝板声弹性系数标定的电磁加载装置。采用二维仿真模型对装置进行了尺寸参数分析与选择,建立三维有限元仿真模型计算铝板轴向电磁加载力。搭建了电磁加载实验平台,测量电磁加载状态下铝板中临界折射纵波的传播时间并计算铝板中轴向应力平均值,实验结果与仿真结果基本一致,验证了电磁加载装置的可行性。
【文章来源】：电工技术学报. 2020,35(19)北大核心
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
四个对称放置的电磁加载装置截面图Fig.3Sectionoffoursymmetricalelectromagnetic
胁??拇鸥杏?强度，其中永磁体磁感应强度均为0.5T。不同静磁场结构的剩余磁通密度分布如图5所示。仿真结果表明带铁心的永磁体阵列产生的磁感应强度最大值超过了1T，铝板上的剩余磁通密度约为0.42T；而单个永磁体产生的磁感应强度最高不超过0.5T，在铝板上的剩余磁通密度则低于0.3T，所以本文选用带铁心的永磁体阵列来构建偏置磁常图5不同静磁场结构的剩余磁通密度分布Fig.5Residualfluxdensitydistributionofdifferentstaticmagneticfieldstructures计算二维轴对称电磁加载仿真模型。图6a所示为铝板轴向应力分布图，从仿真结果可以看出铝板中间部分的应力分布较为均匀。二维轴对称电磁加载仿真模型计算结果如图6b所示，选取铝板仿真模型中对称轴中心点为研究对象，计算该
挤抡娼峁?Fig.11Simulationresultsofstressdistributionunderdifferentlift-offdistances2.2电磁加载装置三维仿真建模与结果分析上述电磁加载装置二维轴对称模型由于其模型简单、仿真计算时间短，仅用作电磁加载装置的尺寸参数选择，该模型只能反映电磁加载装置如图3所示截面的剩余磁通密度、铝板上涡流密度以及铝板轴向应力的分布状况。对于实际电磁加载装置的偏置磁场分布以及在铝板中感应的涡流分布和轴向应力分布则需要通过建立三维仿真模型来反映。本文按照2.1节确定的电磁加载装置最佳尺寸建立如图12所示的三维电磁加载装置仿真模型。考虑到电磁加载装置的对称性，为缩短模型的计算时间，本文仅建立装置的左半部分模型。此外，由于仿真软件对线圈几何形状的限制，模型采用环状线圈代替跑道型线圈。图12三维电磁加载装置仿真模型Fig.123Dsimulationmodelofelectromagneticloadingdevice三维模型仿真结果如图13所示。图13a为铝板上的剩余磁通密度分布，铁心下方部位的磁感应强度大约0.55T；图13b为电磁加载装置x-z截面上的偏置磁场磁感应强度分布图，图中磁感应强度分布与图5a中二维模型磁感应强度分布基本一致，验证了本文采用二维建模对装置进行尺寸参数分析的可行性；图13c为铝板y轴方向上的涡流密度分布；图13d为铝板轴向应力分布，可以观察到整个铝板中间区域的应力分布较为均匀。不同放电电压下铝板中应力大小如图14所示，改变电容的放电电压，仿真计算不同激励电压下铝板中轴向应力平均值，坐标系中每个点的应力值取铝板三维模型中高度4mm，x轴方向150～300mm截面的应力平均值，由曲线图可知，放电电压与铝板轴向平均应力成正比
【参考文献】：
期刊论文
[1]大型同步调相机定子压圈涡流损耗计算及降损方法[J]. 朱二夯,黄浩,边旭,梁艳萍. 电机与控制学报. 2019(10)
[2]合并焊道法对SUS304不锈钢平板对接接头焊接残余应力计算精度和效率的影响[J]. 胡兴,戴培元,张超华,李索,邓德安. 机械工程学报. 2019(12)
[3]基于电磁加载的铝板残余应力在线检测方法研究[J]. 张闯,王标,曹晓琳,刘素贞,杨庆新. 中国电机工程学报. 2019(24)
[4]可变磁通永磁辅助同步磁阻电机设计与性能分析[J]. 杨晨,白保东,陈德志,李岱岩. 电工技术学报. 2019(03)
[5]非铁磁材料的电磁超声接收过程数值模拟及实验研究[J]. 孙文秀,刘国强,夏慧,宋佳祥,夏正武. 电工技术学报. 2018(19)
[6]管件电磁胀形过程中的材料变形性能问题与电磁力加载方案[J]. 邱立,余一杰,聂小鹏,杨雨琪,苏攀. 电工技术学报. 2019(02)
[7]电磁发射弹丸膛内磁场分布特性的三维数值分析[J]. 李湘平,鲁军勇,李玉,武晓康. 电机与控制学报. 2018(08)
[8]载体感应磁场的改进积分方程法[J]. 朱武兵,庄劲武,赵文春,刘胜道,周国华. 国防科技大学学报. 2018(03)
[9]电磁超声加载方式对Lamb波模态的影响[J]. 刘素贞,董硕,张闯,金亮,杨庆新. 电工技术学报. 2018(19)
[10]应用于非线性涡流问题的定点谐波平衡改进算法[J]. 赵小军,关大伟,钟玉廷,孟凡辉,鲁君伟. 电工技术学报. 2017(01)
硕士论文
[1]基于声弹性效应的螺栓轴向应力检测系统研究[D]. 贾雪.西南交通大学 2018
[2]基于激光超声的金属表面残余应力无损检测研究[D]. 薛茂盛.浙江大学 2018
[3]临界折射纵波（LCR）应力测试修正方法与机理研究[D]. 朱其猛.西南交通大学 2017
[4]超声表面波应力无损检测技术研究[D]. 邵营.中国矿业大学 2016
本文编号：3046358
【文章来源】：电工技术学报. 2020,35(19)北大核心
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
四个对称放置的电磁加载装置截面图Fig.3Sectionoffoursymmetricalelectromagnetic
胁??拇鸥杏?强度，其中永磁体磁感应强度均为0.5T。不同静磁场结构的剩余磁通密度分布如图5所示。仿真结果表明带铁心的永磁体阵列产生的磁感应强度最大值超过了1T，铝板上的剩余磁通密度约为0.42T；而单个永磁体产生的磁感应强度最高不超过0.5T，在铝板上的剩余磁通密度则低于0.3T，所以本文选用带铁心的永磁体阵列来构建偏置磁常图5不同静磁场结构的剩余磁通密度分布Fig.5Residualfluxdensitydistributionofdifferentstaticmagneticfieldstructures计算二维轴对称电磁加载仿真模型。图6a所示为铝板轴向应力分布图，从仿真结果可以看出铝板中间部分的应力分布较为均匀。二维轴对称电磁加载仿真模型计算结果如图6b所示，选取铝板仿真模型中对称轴中心点为研究对象，计算该
挤抡娼峁?Fig.11Simulationresultsofstressdistributionunderdifferentlift-offdistances2.2电磁加载装置三维仿真建模与结果分析上述电磁加载装置二维轴对称模型由于其模型简单、仿真计算时间短，仅用作电磁加载装置的尺寸参数选择，该模型只能反映电磁加载装置如图3所示截面的剩余磁通密度、铝板上涡流密度以及铝板轴向应力的分布状况。对于实际电磁加载装置的偏置磁场分布以及在铝板中感应的涡流分布和轴向应力分布则需要通过建立三维仿真模型来反映。本文按照2.1节确定的电磁加载装置最佳尺寸建立如图12所示的三维电磁加载装置仿真模型。考虑到电磁加载装置的对称性，为缩短模型的计算时间，本文仅建立装置的左半部分模型。此外，由于仿真软件对线圈几何形状的限制，模型采用环状线圈代替跑道型线圈。图12三维电磁加载装置仿真模型Fig.123Dsimulationmodelofelectromagneticloadingdevice三维模型仿真结果如图13所示。图13a为铝板上的剩余磁通密度分布，铁心下方部位的磁感应强度大约0.55T；图13b为电磁加载装置x-z截面上的偏置磁场磁感应强度分布图，图中磁感应强度分布与图5a中二维模型磁感应强度分布基本一致，验证了本文采用二维建模对装置进行尺寸参数分析的可行性；图13c为铝板y轴方向上的涡流密度分布；图13d为铝板轴向应力分布，可以观察到整个铝板中间区域的应力分布较为均匀。不同放电电压下铝板中应力大小如图14所示，改变电容的放电电压，仿真计算不同激励电压下铝板中轴向应力平均值，坐标系中每个点的应力值取铝板三维模型中高度4mm，x轴方向150～300mm截面的应力平均值，由曲线图可知，放电电压与铝板轴向平均应力成正比
【参考文献】：
期刊论文
[1]大型同步调相机定子压圈涡流损耗计算及降损方法[J]. 朱二夯,黄浩,边旭,梁艳萍. 电机与控制学报. 2019(10)
[2]合并焊道法对SUS304不锈钢平板对接接头焊接残余应力计算精度和效率的影响[J]. 胡兴,戴培元,张超华,李索,邓德安. 机械工程学报. 2019(12)
[3]基于电磁加载的铝板残余应力在线检测方法研究[J]. 张闯,王标,曹晓琳,刘素贞,杨庆新. 中国电机工程学报. 2019(24)
[4]可变磁通永磁辅助同步磁阻电机设计与性能分析[J]. 杨晨,白保东,陈德志,李岱岩. 电工技术学报. 2019(03)
[5]非铁磁材料的电磁超声接收过程数值模拟及实验研究[J]. 孙文秀,刘国强,夏慧,宋佳祥,夏正武. 电工技术学报. 2018(19)
[6]管件电磁胀形过程中的材料变形性能问题与电磁力加载方案[J]. 邱立,余一杰,聂小鹏,杨雨琪,苏攀. 电工技术学报. 2019(02)
[7]电磁发射弹丸膛内磁场分布特性的三维数值分析[J]. 李湘平,鲁军勇,李玉,武晓康. 电机与控制学报. 2018(08)
[8]载体感应磁场的改进积分方程法[J]. 朱武兵,庄劲武,赵文春,刘胜道,周国华. 国防科技大学学报. 2018(03)
[9]电磁超声加载方式对Lamb波模态的影响[J]. 刘素贞,董硕,张闯,金亮,杨庆新. 电工技术学报. 2018(19)
[10]应用于非线性涡流问题的定点谐波平衡改进算法[J]. 赵小军,关大伟,钟玉廷,孟凡辉,鲁君伟. 电工技术学报. 2017(01)
硕士论文
[1]基于声弹性效应的螺栓轴向应力检测系统研究[D]. 贾雪.西南交通大学 2018
[2]基于激光超声的金属表面残余应力无损检测研究[D]. 薛茂盛.浙江大学 2018
[3]临界折射纵波（LCR）应力测试修正方法与机理研究[D]. 朱其猛.西南交通大学 2017
[4]超声表面波应力无损检测技术研究[D]. 邵营.中国矿业大学 2016
本文编号：3046358
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/yiqiyibiao/3046358.html
