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电磁冲击器电磁场仿真与分析

作　者: 李文汇
导　师: 黄亚宇
学　校: 昆明理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 电磁冲击器 电磁力 有限元分析 磁场仿真
分类号: TM154
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 46次
引　用: 1次
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内容摘要


磁能的应用领域涵盖广泛,磁力机械是磁能在机械领域的典型应用。磁力机械种类众多,应用广泛的有电磁吸盘、磁力离心泵和转子泵、电磁离合器和制动器、磁力搅拌器、磁力钻孔机、磁力减振器等。对一些机械基础件和常用机构采用磁力驱动,形成磁力变矩器、磁力减速器、磁力带传动、磁力间隙运动机构等类型。新材料新技术的发展,推动着电磁学科的发展。电磁学科的发展对磁力机械的广泛应用将起到积极的推动作用。将电磁学理论应用到工程领域将是迫切且有意义的工作。本文将利用电磁学理论,对电磁冲击器进行基础理论研究,采用先进的有限元法进行了两个原型样机电磁冲击器电磁场问题数值仿真分析,并进行了必要的实验分析。本文首先对电磁场基本理论以及电磁场有限元的基础理论进行了较为详细的分析讨论。然后对电磁冲击器结构原理以及电磁冲击器中的一些重要因素与问题做了较为详细的介绍。电磁冲击器是由阀芯和磁性材料相互作用产生电磁力使阀芯运动从而达到冲击试件目的的的一种装置。其主要工作过程为电磁冲击器从电场吸收能量使阀芯运动的过程及阀芯冲击的过程。本文的研究着重于前一过程。利用电磁场有限元分析软件,对电磁冲击器将电能转化为阀芯动能这一过程进行有限元仿真。首先,在最大气隙位置,利用电磁场有限元软件建立电磁冲击器的有限元模型,通过求解得到电磁力和磁场能量结果。利用参数化分析功能对阀芯的运动过程进行模拟,可以得到阀芯整个运动过程中阀芯每一个位置的电磁力以及能量的数值。从而得到电磁力与气隙的关系、磁场能量与气隙的关系、线圈电感与气隙的关系。通过原型样机实验,测量电磁冲击器冲击时的加速度峰值,将测得的实验结果与有限元法仿真计算结果进行对比,验证本论文中所采用的有限元法。理论和实验研究结果表明,本论文的方法是可行的。可以为电磁冲击器结构的完善,冲击效率以及冲击能量的研究提供参考。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章 绪论  9-19
  1.1 论文研究的背景  9-11
  1.2 课题的研究现状  11-16
    1.2.1 磁力机械设计与研究的基本问题  11-12
    1.2.2 磁力机械设计中电磁计算与分析方法  12-15
    1.2.3 冲击器研究现状  15-16
  1.3 课题研究的主要内容及方法  16-19
第二章 电磁场理论基础  19-37
  2.1 麦克斯韦方程组  19-25
    2.1.1 位移电流  19-20
    2.1.2 麦克斯韦方程组  20-22
    2.1.3 静态电磁场  22-24
    2.1.4 动态电磁场  24-25
  2.2 位函数  25-28
    2.2.1 标量磁位及其微分方程  25-27
    2.2.2 矢量磁位及其微分方程  27-28
  2.3 边界条件和边值问题——定解条件  28-31
    2.3.1 位函数微分方程的边界条件  28-30
    2.3.2 位函数的边值问题  30-31
  2.4 磁场的能量  31-34
    2.4.1 自感储能  31-32
    2.4.2 磁场能量和能量密度  32-34
  2.5 磁场力  34-36
    2.5.1 洛伦兹力  34-35
    2.5.2 磁阻力  35-36
  2.6 本章小结  36-37
第三章 电磁冲击器电磁场问题和建模  37-51
  3.1 电磁冲击器的组成  37
  3.2 电磁冲击器的阀芯结构及其类型分析  37-38
  3.3 电磁冲击器的吸力特性和负载特性  38-40
  3.4 电磁铁的功能转换分析  40-44
  3.5 电磁吸力与能量的关系  44-47
  3.6 电磁冲击器的研究方案  47-49
    3.6.1 电磁冲击器的数学模型  47-48
    3.6.2 数学模型求解方案的确定  48-49
  3.7 本章小结  49-51
第四章 电磁冲击器电磁场有限元分析  51-73
  4.1 电磁场有限元法基础  51-59
    4.1.1 电磁场求解的有限元方法  51-54
    4.1.2 有限元程序介绍  54-59
    4.1.3 软件的选用  59
  4.2 用Maxwell2D/3D软件仿真计算  59-72
    4.2.1 用Maxwell2D/3D软件进行有限元仿真计算  59-60
    4.2.2 电磁冲击器有限元分析  60-72
  4.3 本章小结  72-73
第五章 原型样机的数值仿真和试验分析  73-85
  5.1 概述  73
  5.2 原型样机、圆柱橡胶弹簧及关键参数  73-74
  5.3 原型样机系统的数值仿真分析  74-76
  5.4 原型样机试验分析  76-83
    5.4.1 综合试验方案的拟定  76-78
    5.4.2 实验设备  78-80
    5.4.3 测试系统的标定  80-81
    5.4.4 试验结果与分析  81-83
  5.5 本章小结  83-85
第六章 结论与展望  85-87
  6.1 结论  85
  6.2 展望  85-87
致谢  87-89
参考文献  89-93
附录A:攻读学位期间发表论文目录  93

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电工基础理论 > 电磁场理论的应用 > 交变电磁场
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