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电磁力驱动微型膜片泵的研究与实验分析

电磁力驱动微型膜片泵的研究与实验分析

作者：郭启伟厦门大学

学位级别：硕士

液体的微量传输在微量药物注射、化学检测、生物微分析等领域上有广泛的应用,研究日愈深入。本文研究一种新颖的电磁力驱动的PDMS膜片泵,具有体积小,制作简单,控制精度高的特点。它由驱动线圈、嵌有小永磁体的PDMS膜片及阀体构成... 详细信息

液体的微量传输在微量药物注射、化学检测、生物微分析等领域上有广泛的应用,研究日愈深入。本文研究一种新颖的电磁力驱动的PDMS膜片泵,具有体积小,制作简单,控制精度高的特点。它由驱动线圈、嵌有小永磁体的PDMS膜片及阀体构成。永磁体在通电线圈产生的磁场中受到电磁力作用,驱动膜片运动,使膜腔产生体积变化,并在阀作用下引起液体单向流动。文中首先全面地概述了当前不同种类的微泵的工作原理及发展情况;重点推导和分析了磁场大小、电磁力大小、膜片的受力与变形、通电线圈产生的电磁力作用下的膜片变形量等模型,最终建立了完整的电磁力驱动微型膜片泵的理论控制模型。通过MATLAB仿真了电流与磁场强度关系、膜片变形与其回复力的关系;根据膜片泵的理论控制模型仿真了不同的螺线管与膜片泵结构数据对泵膜片变形的影响,在理论上优化了实体模型结构。从理论上介绍了微型泵的工作频率、每搏输出流量的计算公式,并推导了液体的瞬时响应模型。设计了微型膜片泵,详细的介绍了其制作过程,包括关键步骤:PDMS的制备与固化、嵌入微型永磁体的PDMS驱动膜片的制作、PMMA与PDMS膜片做成微阀的集成等。完成了对该膜片泵的实验测试,针对电流与液体流量,脉冲与液体流速进行了实验测试,并检测其输出负压大小。结果表明该膜片泵能进行微升体积的液体泵送,及其在控制上的可行性。

关键词：电磁力驱动 PDMS膜片泵控制精度控制模型仿真

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一种电磁力驱动的无阀微泵的气体泵送特性

微纳电子技术 2022年第11期59卷 1177-1183页

作者：祁俊霞张玉东徐献忠邱京江卫荣汉郑州大学力学与安全工程学院郑州大学智能传感研究院郑州450001

基于微流体在锥形通道内流动的非对称性,设计并制作了一种电磁力驱动的扩散管/汇聚管型无阀微泵,该微泵主体部分由嵌有微型线圈的聚二甲基硅氧烷(PDMS)振动膜和含有微米级锥形管的泵体组成。当在微型线圈中通入交流电信号,线圈中会产生... 详细信息

基于微流体在锥形通道内流动的非对称性,设计并制作了一种电磁力驱动的扩散管/汇聚管型无阀微泵,该微泵主体部分由嵌有微型线圈的聚二甲基硅氧烷(PDMS)振动膜和含有微米级锥形管的泵体组成。当在微型线圈中通入交流电信号,线圈中会产生周期性变化的磁场,与外部永磁体产生的恒定磁场相互作用产生振动,并带动PDMS振动膜往复运动。为了提高微泵的泵送性能,将30个锥形管并排连接到泵腔和微泵的进出口处。之后对制备的微泵的性能进行测试,分析了泵送气体的方向,并探究了驱动电压幅值和驱动频率对泵送气体体积流量的影响。测试结果表明,所设计的无阀微泵能够向锥形通道的扩散方向泵送气体,且随着驱动电压和驱动频率的增大,泵送气体体积流量增加。

关键词：微流体无阀微泵扩散管/汇聚管聚二甲基硅氧烷(PDMS)振动膜电磁力驱动

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基于电磁力驱动的筒形件冲压成形的数值模拟和实验研究

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基于电磁力驱动的筒形件冲压成形的数值模拟和实验研究

作者：黎镇浩华中科技大学

学位级别：硕士

以铝合金为代表的轻质高强度材料在航空航天、汽车等制造领域具有广泛的应用价值,是实现构件轻量化和节能减排的重要途径。然而,铝合金材料在常温下的塑性性能较差,传统准静态成形工艺下铝合金构件容易出现起皱、回弹和破裂等问题。为... 详细信息

以铝合金为代表的轻质高强度材料在航空航天、汽车等制造领域具有广泛的应用价值,是实现构件轻量化和节能减排的重要途径。然而,铝合金材料在常温下的塑性性能较差,传统准静态成形工艺下铝合金构件容易出现起皱、回弹和破裂等问题。为了改善铝合金材料的成形性能,学者们提出了多种不同激励源下的高速成形技术,其中电磁成形技术因具有系统结构简单、容易实现能量控制和生产自动化等优势而备受关注。研究表明,电磁成形技术因其成形速率高而有利于增强铝合金材料的塑性,提高成形极限,抑制起皱及减小回弹等。但是,电磁成形为单模具成形工艺,将其应用于铝合金筒形件成形时存在工件形状精确控制难和贴模难等问题。为解决上述问题,本文整合现有电磁成形技术和传统准静态冲压成形方法,提出了一种基于电磁力驱动的新型冲压成形方法,通过利用驱动板中产生的脉冲电磁力驱动冲头实现板材的快速成形,兼具高成形速率和工件形状可控的优势。在此基础上,系统开展了这一成形体系下的金属工件变形的数值模拟和实验研究,相关研究成果为实现大深度铝合金筒形件的高性能成形提供了可行途径,具有一定的理论价值和实践意义。在数值模拟研究方面,为解决现有电磁场-结构场耦合有限元数值模型在工件发生大/复杂变形时出现的空气网格畸变问题,本文建立了基于改进型电流丝法的场路耦合数值模型,为探究工件的成形特征和成形规律提供有效的仿真手段。其中,通过采用基于等效电路的电流丝法,实现了电磁成形过程中线圈电流的预测和工件电磁力的计算,并针对传统型电流丝法无法模拟线圈趋肤效应的不足,本文对线圈的每一匝导线作进一步细分,提出了改进型电流丝法。结果表明,与传统电流丝法相比,本文所提出的方法因校正了电流丝之间互感梯度的分布而显著提高了电磁力的计算精度。在此基础上,将基于改进电流丝法的电磁场计算和基于有限元法的结构场仿真结合,构建了基于改进型电流丝法的场路耦合数值模型,实现了大深度铝合金筒形件高速变形行为的精确预测和分析。在实验研究方面,本文搭建了一套基于电磁力驱动的冲压成形系统,以拉深比为2的5052-O态铝合金工件为研究对象,系统开展了工件在不同放电参数下的成形特性研究。具体研究内容包括:结合数值模拟和实验手段,通过调整电容容量、电源回路拓扑结构(有无续流回路)等探究了不同参数下的工件成形特性,明确了电流波数、振荡频率及振荡模式对工件变形量的影响规律,并结合成形过程中的电磁力及冲量变化特性揭示了相关影响机制;实验验证了所提出的冲压成形方法的有效性,通过对驱动线圈进行2次放电(总放电能量32kJ),实现了深度为66.4mm的铝合金筒形件成形。与现有的电磁辅助冲压成形方法相比,本文方法所需的放电次数和放电能量均大幅降低,且大大简化了成形工艺。最后,本文初步探究了利用辅助线圈进一步改善成形工件厚度分布的可行性。结果表明,采用辅助线圈后,工件法兰的流动在径向电磁力的作用下明显增强,成形工件的最大减薄率从9.06%减小为6.56%,该方法为实现更大拉深比的筒形件成形提供了可能。

关键词：电磁成形电磁力驱动筒形件成形电流丝法场路耦合

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固体炸药的磁驱动准等熵压缩实验研究

高压物理学报 2010年第6期24卷 455-460页

作者：蔡进涛王桂吉赵剑衡莫建军翁继东吴刚赵锋中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621900

较宽压力范围内未反应炸药的本构关系和状态方程对于深入和精确认识压缩波作用下炸药组分间相互作用的力学过程和起爆热点的形成机制具有重要意义。较之冲击压缩,磁驱动准等熵压缩加载(无冲击压缩)是获取较宽压力范围内未反应炸药的动... 详细信息

较宽压力范围内未反应炸药的本构关系和状态方程对于深入和精确认识压缩波作用下炸药组分间相互作用的力学过程和起爆热点的形成机制具有重要意义。较之冲击压缩,磁驱动准等熵压缩加载(无冲击压缩)是获取较宽压力范围内未反应炸药的动态压缩力学特性更有效的手段。基于大电流产生的电磁力作用原理,在国内率先实现了炸药的磁驱动无冲击压缩实验技术。通过对负载电极、炸药样品参数的优化设计和安装工艺的控制,实现了5 GPa载荷内JO-9159炸药的磁驱动准等熵压缩加载。基于激光位移干涉测量技术和Lagrange数据处理方法,获得了JO-9159炸药的速度响应历史和准等熵压缩线。所得结果与文献数据进行了比较,结果表明,在实验压力范围内,JO-9159炸药的等熵压缩线与PBX9501炸药的等熵压缩线一致。

关键词：固体炸药准等熵压缩电磁力驱动等熵压缩线

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微型电磁驱动膜片泵理论分析与实验

厦门大学学报（自然科学版） 2010年第3期49卷 368-372页

作者：许群郭启伟席文明厦门大学物理与机电工程学院福建厦门361005

研究一种新颖的电磁力驱动的膜片泵,它由驱动线圈、嵌有小永磁体的PDMS膜片及阀体构成,具有体积小,制作简单,控制精度高的特点.永磁体在通电线圈产生的磁场中受到电磁力作用,驱动膜片运动,使膜腔产生体积变化引起液体单向流动.重点分析... 详细信息

研究一种新颖的电磁力驱动的膜片泵,它由驱动线圈、嵌有小永磁体的PDMS膜片及阀体构成,具有体积小,制作简单,控制精度高的特点.永磁体在通电线圈产生的磁场中受到电磁力作用,驱动膜片运动,使膜腔产生体积变化引起液体单向流动.重点分析了磁场大小、泵的电磁力大小及在该电磁力作用下膜片的变形量,通过Matlab仿真,分析了电流输入与膜片变形的关系.对电流大小与液体流量、脉冲频率与液体流速进行了实验测试.实验结果显示该泵可在2.5Hz时实现最小泵送量为2.75μL/min.

关键词：电磁力驱动膜片泵控制精度 Matlab仿真流量

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高能炸药的磁驱动准等熵压缩特性研究

高能炸药的磁驱动准等熵压缩特性研究

作者：蔡进涛中国工程物理研究院

学位级别：硕士

动载荷下未反应炸药的动力学响应特性对于研究炸药的起爆机理和化爆安全性具有重要意义。固体炸药是一种蕴含高能量的亚稳态物质,遇外界刺激达到一定阈值就会发生强烈化学反应。磁驱动准等熵压缩加载技术作为介于准静态压缩与冲击压缩... 详细信息

动载荷下未反应炸药的动力学响应特性对于研究炸药的起爆机理和化爆安全性具有重要意义。固体炸药是一种蕴含高能量的亚稳态物质,遇外界刺激达到一定阈值就会发生强烈化学反应。磁驱动准等熵压缩加载技术作为介于准静态压缩与冲击压缩之间的新颖的加载技术,由于加载压力平滑,加载过程熵增小、温升低等优点,能在比冲击压力更高的载荷范围内,研究未反应炸药的动力学特性。本文基于磁驱动准等熵压缩实验技术,利用激光位移干涉测量技术,结合加载区电极和样品的优化设计,实现了较宽压力范围内未反应固体炸药的准等熵压缩加载。具体研究内容和结果如下：1、基于简单波的特征线分析方法,计算得到了准等熵压缩下1.5mm和2mm厚炸药样品中不形成冲击波的最优化加载压力波形,结合实验装置CQ-1.5的放电波形,研究了实现未反应炸药准等熵压缩加载的驱动电极和样品的尺寸参数。2、基于磁驱动实验装置CQ-1.5和激光干涉测速装置DPS,实现了未反应炸药JO-9159和JOB-9003的准等熵压缩加载,获得了不同厚度样品和LiF窗口之间的粒子速度曲线,利用反积分数据处理方法和一维Lagrange方法对实验数据处理,计算获得了5GPa压力范围内JO-9159和JOB-9003炸药的实验等熵压缩线；3、利用一维流体动力学编码SSS,对JO-9159和JOB-9003炸药的准等熵压缩过程进行了数值模拟计算,计算得到的粒子速度曲线与实验测得的粒子速度曲线符合较好。模拟结果表明,厚度大于1.3mm样品中开始形成冲击波。不同厚度样品加载过程中应变率变化曲线表明,实验样品应变率在105-106/s量级,随着样品厚度的增加,应变率尖峰变窄、峰值增加。

关键词：准等熵压缩实验电磁力驱动固体炸药准等熵压缩线流体动力学计算

面向风电叶片疲劳加载试验的电磁激振理论与方法研究

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面向风电叶片疲劳加载试验的电磁激振理论与方法研究

作者：何素敬山东理工大学

学位级别：硕士

随着叶片生产和检测工艺的完善,国内叶片制造商开始严格遵循德国船社风力发电机组认证指南-2012:对于新研制或者工艺做重大更改后的叶片,必须对其进行疲劳测试。目前国内外风电叶片疲劳性能试验主要以离心摆锤共振加载和强制位移型加载... 详细信息

随着叶片生产和检测工艺的完善,国内叶片制造商开始严格遵循德国船社风力发电机组认证指南-2012:对于新研制或者工艺做重大更改后的叶片,必须对其进行疲劳测试。目前国内外风电叶片疲劳性能试验主要以离心摆锤共振加载和强制位移型加载为主,但离心摆锤共振加载自重影响疲劳寿命检测精度、安装过程繁杂;强制位移型存在试验成本高、驱动力不足等缺点。针对两种疲劳加载方式的缺点,本文提出一种基于电磁力驱动的叶片疲劳加载新方法并设计了相应的电磁激振加载试验装置,具体研究内容如下:首先,将风电叶片疲劳加载试验系统简化为一阶振动系统,根据其动力学模型列出系统的动能、势能方程并通过拉格朗日方程进一步化简得到数学模型;进行能量分析得出加载过程中所需电磁力的大小;将对叶片在简谐激励-偏心质量块加载与非简谐周期激励-电磁脉冲加载下的响应结果进行理论推导和仿真比较,通过两种激励下的比较结果,验证电磁脉冲疲劳加载方案的可行性;利用仿真模型对电磁激振过程中影响叶片稳态振幅的因素进行分析。其次,按照风电叶片共振疲劳试验的设计要求,在分析螺线管电磁铁基本作用原理的基础上,进行了叶片电磁激振加载系统的总体布局设计,包括机械装置和控制系统装置。机械装置设计主要包括螺线管电磁铁的线圈、铁芯、电源以及外部结构的参数设计和材料的选择以及对加载装置进行轻量化和温升核算的优化设计。控制系统包括PLC作为下位机、LABVIEW作为上位机、激光测距仪传感器、RS485通信数据线以及一些开关器件。然后,设计了螺线管电磁铁的结构参数,在Ansoft Maxwell电磁仿真软件的2D模块建立螺线管电磁铁的二维磁场仿真模型,并对电磁铁的结构参数和相关参数:铁芯尺寸、线圈尺寸、线圈匝数、电源电压等对电磁铁动、静态特性的影响进行仿真分析。最后,开发了风电叶片电磁力疲劳加载方法的控制系统。将激光测距仪测量的叶片位移传输到上位机上,通过PLC控制器改变电磁脉冲的输出大小和频率,调解叶片的位移达到叶片共振需要,从而形成一个对叶片位移实时检测的闭环控制系统。搭建了一套基于电磁力驱动的风电叶片疲劳加载现场测试装备,利用现场试验对各个电磁铁参数因素的影响效果与控制策略的准确性进行验证。通过试验发现,现场试验结果与仿真结果基本一致,进一步验证本文方案的可行性。

关键词：风电叶片疲劳加载试验电磁力驱动螺线管电磁铁有限元分析

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高能炸药的磁驱动准等熵压缩实验研究

高能炸药的磁驱动准等熵压缩实验研究