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作者：杜海泉南京航空航天大学

学位级别：硕士

Al-Mg系合金具有中等强度、延展性好、耐腐蚀、焊焊接性能好,且易于加工,被广泛的应用于船舶、车辆、航空航天等领域。然而由于组织结构的热稳定性不足,其在高温下容易发生软化,耐热性能不能满足在高温条件下的使用。针对Al-Mg系合金耐... 详细信息

Al-Mg系合金具有中等强度、延展性好、耐腐蚀、焊焊接性能好,且易于加工,被广泛的应用于船舶、车辆、航空航天等领域。然而由于组织结构的热稳定性不足,其在高温下容易发生软化,耐热性能不能满足在高温条件下的使用。针对Al-Mg系合金耐热性差的问题,本论文通过在Ca改性Al-Mg-Sc合金中构建多级结构,利用多因素强化使其在高温下具有优异的力学性能,并系统研究了Ca改性Al-Mg-Sc合金的组织结构、高温力学性能,揭示其强化机制、蠕变变形及其损伤机制,为Al-Mg系新型耐热铝合金的开发提供了研究基础。开展的具体研究内容与主要结论如下:系统研究了Ca改性Al-Mg-Sc合金的组织结构及静态高温力学性能。随着Ca含量的增加,合金中Al-Ca共晶组织逐渐增多,脆性增大,力学性能变差。在含1wt%Ca的合金中,AlCa具有网状/半网状结构且分布在晶界上,Al（Sc,Zr）纳米颗粒弥散分散在晶粒内部。通过组织演变和时效硬化分析表明,AlCa网状/半网状结构与Al（Sc,Zr）纳米粒子共同作用,使得合金在300℃以下具有优异的热稳定性。并且,由于固溶强化、晶界强化和纳米颗粒强化的多级多因素强化机制使合金在150℃～300℃条件下具有与传统商用耐热铝合金A356和A319等相当甚至更高的力学性能。此外,在SLM成形含Ca的Al-Mg-Sc合金中,Ca的加入能有效降低热裂纹敏感性,AlCa不连续的分布于晶界,合金在150～250℃下的力学性能远高于Al Si10Mg和Scalmalloy合金。通过蠕变持久实验研究了Ca改性Al-Mg-Sc合金的高温蠕变行为。研究发现,在225～300℃、30～80MPa条件下,合金的稳态蠕变符合幂律蠕变本构模型,存在蠕变门槛应力,蠕变变形机制主要是第二相与位错的相互作用-位错攀移机制;蠕变强化机制为Al（Sc,Zr）纳米颗粒和网状/半网状结构AlCa提供的晶界强化、Orowan强化和提供位错攀移阻力共同作用,在相同蠕变条件下,合金的抗蠕变性能明显高于M174、AC8A等传统耐热铸造铝合金,具有较为显著的抗蠕变损伤能力。采用蠕变间断实验研究了Ca改性Al-Mg-Sc合金高温蠕变组织演变规律及损伤机制。结果表明,在蠕变过程中,组织的恶化主要来源于孔洞、裂纹的萌生和长大以及三叉晶界的网状/半网状的AlCa相由于应力集中而导致的破碎现象。随着蠕变的进行,破碎的AlCa逐渐脱落,形成更大的孔洞,楔形裂纹沿着晶界（AlCa）继续扩展,最终导致蠕变断裂。

关键词：耐热铝合金网状/半网状Al4Ca Al3(Sc,Zr)纳米颗粒高温力学性能高温强化机制

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电工钢片磁致伸缩与铁心振动特性分析

电工钢片磁致伸缩与铁心振动特性分析

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作者：杜海泉华北电力大学

学位级别：硕士

随着特高压电网的建设和发展,谐波、直流偏磁使变压器等电力设备的振动问题加剧,成为电力系统安全运行的隐患。针对复杂激励下变压器振动问题,从硅钢片磁致伸缩特性出发,结合铁心模型振动实验,给出了磁场-弹性力场耦合方程,基于耦合方程... 详细信息

随着特高压电网的建设和发展,谐波、直流偏磁使变压器等电力设备的振动问题加剧,成为电力系统安全运行的隐患。针对复杂激励下变压器振动问题,从硅钢片磁致伸缩特性出发,结合铁心模型振动实验,给出了磁场-弹性力场耦合方程,基于耦合方程,使用COMSOL多物理场有限元仿真软件对铁心振动行为进行了模拟。本文的主要研究内容包括以下几个方面:（1）搭建了基于激光反射原理的硅钢片磁致伸缩特性测量实验平台,精确测量了取向硅钢片（B30P105）在正弦、谐波、直流偏磁等不同激励条件下的磁致伸缩特性,总结了谐波、直流偏磁对硅钢片磁致伸缩和等效A计权噪声值的影响规律。对取向硅钢片在应力作用下的磁致伸缩进行了测量,给出了应力对磁致伸缩特性的影响。（2）搭建了铁心模型振动测量实验平台,对铁心在正弦、谐波、直流偏磁等不同激励条件下的振动加速度进行了测量,得到了振动位移的时域波形及频谱图。给出了不同谐波含量、相位差下振幅变化趋势,研究了直流偏磁下励磁电流、振动波形、振动主频和振动幅值的变化规律。（3）基于磁致伸缩测量实验和电磁场、弹性力场理论,给出了磁致伸缩数学模型,利用COMSOL软件仿真计算了不同激励下铁心磁场和弹性力场,并对正弦激励下实验值和仿真值进行了对比,验证了磁致伸缩数学模型和仿真方法的有效性,研究了不同激励条件下铁心振动特性。本文工作对研究复杂激励下电力变压器的振动机理和振动规律具有一定的指导意义,为产品减振降噪的设计和优化提供了可靠的依据。

关键词：振动磁致伸缩谐波直流偏磁多物理场耦合

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交直流混合激励下取向硅钢片磁滞及损耗特性模拟方法

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电工技术学报 2021年第13期36卷 2791-2800页

作者：赵小军王瑞杜振斌苑东伟杜海泉华北电力大学电力工程系保定071003 河北省输变电装备电磁与结构性能重点实验室保定071056 国网聊城供电公司聊城252000

该文对交直流混合激励下(既含偏磁又含谐波)取向硅钢叠片的动态、静态磁滞特性和损耗特性进行测量,分析激励中不同因素(如直流偏磁磁场强度、谐波次数)对损耗的影响规律。提出基于非对称极限磁滞回线的Preisach模型参数辨识方法,实现静... 详细信息

该文对交直流混合激励下(既含偏磁又含谐波)取向硅钢叠片的动态、静态磁滞特性和损耗特性进行测量,分析激励中不同因素(如直流偏磁磁场强度、谐波次数)对损耗的影响规律。提出基于非对称极限磁滞回线的Preisach模型参数辨识方法,实现静态磁滞回线的准确模拟。提出交直流混合激励下异常损耗模拟及其参数提取方法,并基于损耗分离和场分离的等效关系,得到交直流混合激励下的Preisach动态磁滞模型。通过仿真和实验结果的对比,验证了该方法的有效性和准确性。

关键词：交直流混合激励 Preisach模型磁滞特性损耗特性

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