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1、2005年2月农业机械学报第36卷第2期*直流电磁铁磁场和牵引力的数值模拟付文智李明哲邓玉山【摘要】从工程应用的观点出发,阐述有限元法在电磁场数值分析中的应用。首先建立直流螺管式电磁铁的数学模型,并用有限元法对电磁铁进行了求解。得到电磁场的等磁位线、磁通密度等参数的分布规律及动铁芯的吸力与行程的关系。与实际测试的吸力基本吻合,相对误差为5.8%。为电磁铁的设计和安装过程中控制牵引力提供了理论依据,即控制了工作气隙Dc,也就等于控制了牵引力Fc。关键词:电磁铁数学模型有限元法电磁场中图分类号:TM153+.3;O242.8
2、2文献标识码:ANumericalSimulationforElectromagneticFieldandItsTractionUsedinMultipointFormingMachineFuWenzhiLiMingzheDengYushan(JilinUniversity)AbstractApplicationoffiniteelementmethodfornumericalsimulationofelectromagneticfieldwasstatedinthispaperinviewofengineeringap
3、plication.Atfirst,mathematicalmodelforDCspiratrontypeelectromagnetwasconstructedanditsmathematicalmodelforelectromagnetwassolvedwithfiniteelementmethod.Distributionofelectromagneticintensity,fluxdensityisodynamiclinesinelectromagnetfieldandrelationofelectromagnet
4、ictractionanditsdisplacementwereobtained.Theoreticalresultstallieswithitstestanditsrelationerrorsis5.8%.Itisatheoreticalgroundworkthatelectromagnetictractioniscontrolledindesignedandfixedelectromagnet,i.e.controllingworkingairgapDciscontrollingelectromagnetictrac
5、tionFc.KeywordsElectromagnet,Mathematicalmodel,Finiteelementmethod,Electromagneticfield际应用需要的数值解。引言本文应用有限元软件对直流螺管式电磁铁的磁有限元分析技术在多点成形领域中的应用对其场强度、动态吸合力进行数值模拟,并得到了吸合力发展和完善起到重要的推动作用。无论是对大型板与行程之间的关系曲线,以此指导实际直流螺管式类件三维曲面多点成形过程的有限元模拟,还是对电磁铁的工程设计。多点成形机的整体乃至各关键部件的结构优化、工1电磁铁
6、的参数和结构作过程的模拟、动态力的分析等都起到了很重要的作用。尤其对一些用传统方法无法获得解析解的问1.1设计参数题,用有限元法较容易得到精度很高且满足工程实电磁铁是从电网吸取能量作功,使得机器的执收稿日期:20030602*国家自然科学基金资助项目(项目编号:50275063)和“十五”国家科技攻关计划资助项目(项目编号:2001BA203B11)付文智吉林大学辊锻工艺研究所副教授,130025长春市李明哲吉林大学辊锻工艺研究所教授博士生导师邓玉山吉林大学辊锻工艺研究所工程师第2期付文智等:直流电磁铁磁场和牵引力的数值
7、模拟101行元件动作,以实现自动控制的目的。它作功的大中D为电磁铁的工作行程。小,取决于动作过程中需要克服的反力及其动作行2有限元公式程。电磁铁设计的任务,就是在给定的空间和电磁铁吸力要求下,确定电磁铁的外形、轭铁、铁芯(包括衔对于静态电磁场而言,麦克斯韦方程的微分形[2]铁)及线圈(激磁电流大小)等参数。式就可写为通常,作为电磁铁设计依据的主要设计参数和¨×H=J(1)[1]工作参数有:5B¨×E=-(2)5t(1)额定工作行程Dc。即衔铁的工作气隙。对于¨×B=0(3)拍合式电磁铁,Dc应为平均气隙长度(主要工作气隙
8、555处),或以额定旋转角度Ac表示。其中¨=i+j+k5x5y5z(2)额定工作行程下的电磁吸力Fc。这是为保式中H——磁场强度证衔铁能够克服反力,从初始位置上起动所必需的B——磁感应强度电磁吸力。E——电场强度(3)弹簧反力特性。即弹簧反力与行程的关系,J——传导电流密度t——时间一般它应处于吸力特性的下方,这是
