强脉冲电磁力驱动的冲击载荷研究

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1、硕士学位论文强脉冲电磁力驱动的冲击载荷研究RESEARCHONSTRONGPULSEDELECTROMAGNETICFORCEIMPACTLOAD汝楠哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TM504学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文强脉冲电磁力驱动的冲击载荷研究硕士研究生：汝楠导师：赵志衡教授申请学位：工程硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM504U.D

2、.C:621.3DissertationfortheDegreeofMasterinEngineeringRESEARCHONSTRONGPULSEDELECTROMAGNETICFORCEIMPACTLOADCandidate：RuNanSupervisor：Prof.ZhaoZhihengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：ElectricalEngineeringAffiliation：SchoolofElectric

3、alEngineeringDateofDefence：June，2015Degree-Conferring-HarbinInstituteofTechnologyInstitution：哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要冲击载荷在工业生产及科学研究中具有一定的需求，目前通常采用落锤、摆锤或炸药爆炸等产生，落锤较为常用。近年来的有关研究表明，冲击速度对于材料晶粒细化程度、金属材料的变形性能、粉末压实的致密度等都有很大的影响。受试验条件限制，落锤很难继续提高冲击速度，寻求具有一定冲击速度及冲击能量，

4、而且安全、可靠的冲击载荷，显得尤为必要。国内外已将强脉冲磁场应用于金属成形领域，并已在相关的研究中论及其所具有的冲击效应，但还没有对其驱动的冲击速度及能量作进一步的探讨。因此研究强脉冲电磁力驱动的冲击载荷具有重要意义。强脉冲电磁力驱动的冲击理论分析的难点在于冲击过程中电磁场的变化是与冲头运动是互相影响的。电磁力使冲头运动，冲头运动使电磁场分析模型参数发生改变，影响电磁力，需用耦合场分析求解。首先，本文进行了强脉冲电磁力驱动的冲击机构的设计。包括强脉冲磁场发生及压缩冲击部分。分析了从强脉冲磁场的产

5、生，到将电磁力转化为冲击载荷的工作过程。并对机构各部分零件进行了设计。其次，对强脉冲磁场及电磁力进行了有限元分析。将实测得到的电流作为激励，采用有限元分析软件ANSYS/Multiphysics建立电流激励的电磁场模型，并使用APDL语言编制命令流，得到数值模拟结果。得到了电磁场的分布规律、强脉冲电磁力的空间分布以及强脉冲电磁力随时间的变化规律。并分析了铁磁性线圈套、线圈与驱动片间距、线圈与线圈套间距等对电磁力的影响。分析了冲击机构的运动特性。采用有限元分析软件ANSYS，通过顺序耦合法对冲击机

6、构的运动特性进行分析。得到放电电压10kV及7kV时冲击载荷的冲击速度及冲击能量等。并分析放电电压、电容、线圈与驱动片间距等参数变化对机构运动特性的影响最后，利用高速摄影技术获得放电电压10kV及7kV下冲头运动图像，通过分析图像信息，获得该冲击载荷的冲击速度及冲击能量，并与有限元分析结果进行对比，验证所设计的机构及分析方法的正确性。关键词：强脉冲磁场；电磁力；冲击载荷；高速摄像-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractImpactloadhasacertainapplicationi

7、nthematerialscienceandengineeringfields，whichisusuallyproducedbyhammerorexplosive,especiallythehammer.Recentstudiesshowthatimpactvelocityhasagreatinfluenceformaterialdegreeofgrainrefinement,thedeformationpropertiesofmetalmaterialsandpowdercompactiond

8、ensity.Astheresearchcontinues,highervelocityamplitudeandimpactenergyisdemanded,whichisunachievableforthedrophammerrestrictedbyexperimentalconditions.Strongpulsedmagneticfieldisappliedtometalformingdomainathomeandabroad,whichhasbeenstudiedonimpacteffe