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超高场脉冲磁体失效及结构屈曲研究

电工技术学报 2022年第19期37卷 5067-5073页

作者：肖后秀黄煜华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心武汉430074 华中科技大学电气与电子工程学院武汉430074

结构力学表明,磁体失效包含材料强度失效和结构整体失效两个方面。现有磁体失效模型是基于材料强度模型,忽略结构失稳问题,难以解释超高场脉冲磁体经常在低于其设计值就发生破坏的现象。且已有研究显示,屈曲是导致超高场脉冲磁体失效的... 详细信息

结构力学表明,磁体失效包含材料强度失效和结构整体失效两个方面。现有磁体失效模型是基于材料强度模型,忽略结构失稳问题,难以解释超高场脉冲磁体经常在低于其设计值就发生破坏的现象。且已有研究显示,屈曲是导致超高场脉冲磁体失效的主要原因之一,但脉冲磁体屈曲的形成机理和演变规律尚不明确。该文从结构稳定性的角度出发,分析指出脉冲磁体自由分离层可等效为薄壁圆柱壳,具有高屈曲风险,并提出基于圆柱壳体结构屈曲的超高场脉冲磁体力学失效分析方法,建立脉冲磁体静态电磁屈曲Ansys有限元模型,进行了屈曲行为研究分析,仿真结果与实际结果吻合。屈曲分析结果表明:在电磁载荷方面,轴向电磁力是产生屈曲的决定性因素,径向电磁力对于外层绕组轴向屈曲的影响不明显,可在一定程度上抑制内层绕组的轴向屈曲;在绕组结构方面,外层绕组对螺旋绕组缝隙较为敏感,需重点关注。

关键词：脉冲强磁场脉冲磁体自由分离层屈曲

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脉冲磁体中电磁与温度场耦合的有限元分析

原子能科学技术 2010年第6期44卷 740-744页

作者：彭涛李亮华中科技大学强磁场中心湖北武汉430074

脉冲强磁体处于复杂的电磁、热、应力等多物理场共同作用下,设计中考虑的因素众多,物理关系复杂,分析过程繁琐。借助大型有限元软件分析工具ANSYS建立了70T脉冲强磁体中电磁、温度场耦合分析模型,实现了磁场与温度场的计算,并通过有限... 详细信息

脉冲强磁体处于复杂的电磁、热、应力等多物理场共同作用下,设计中考虑的因素众多,物理关系复杂,分析过程繁琐。借助大型有限元软件分析工具ANSYS建立了70T脉冲强磁体中电磁、温度场耦合分析模型,实现了磁场与温度场的计算,并通过有限元方法实现了脉冲磁体性能的优化。实验结果表明,磁体样机达到70T磁场水平。

关键词：脉冲磁体强磁场 ANSYS 耦合场

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脉冲磁体中不锈钢筒对磁场的影响研究

核技术 2011年第6期34卷 477-480页

作者：彭涛李亮华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心武汉430074

建立脉冲磁体线圈与不锈钢筒之间电磁耦合分析模型,利用数值分析法,对不锈钢套筒对磁场波形的影响进行理论分析与计算。结果表明,不锈钢套筒增加了放电回路中的等效电阻,降低了等效电感,导致磁场到达峰值时刻的时间缩短,磁场峰值降低。... 详细信息

建立脉冲磁体线圈与不锈钢筒之间电磁耦合分析模型,利用数值分析法,对不锈钢套筒对磁场波形的影响进行理论分析与计算。结果表明,不锈钢套筒增加了放电回路中的等效电阻,降低了等效电感,导致磁场到达峰值时刻的时间缩短,磁场峰值降低。壁厚20 mm的不锈钢筒,磁场峰值降低4.9%,磁场达到峰值时间缩短6.7%。实验结果与理论分析吻合。

关键词：脉冲磁体线圈磁场钢筒涡流

基于平顶脉冲磁场和永磁体的磁增益开关理论与技术研究

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基于平顶脉冲磁场和永磁体的磁增益开关理论与技术研究

作者：舒益萌华中科技大学

学位级别：硕士

化学氧碘激光器是第一台成功运转在电子态跃迁的化学激光器,激光波长仅1.315μm,在军事、工业和医疗等领域都有着广阔的应用前景。化学氧碘激光器有连续波和脉冲两种操作模式。随着激光功率密度升高,连续波模式的缺点逐渐显现,如在进行... 详细信息

化学氧碘激光器是第一台成功运转在电子态跃迁的化学激光器,激光波长仅1.315μm,在军事、工业和医疗等领域都有着广阔的应用前景。化学氧碘激光器有连续波和脉冲两种操作模式。随着激光功率密度升高,连续波模式的缺点逐渐显现,如在进行切割时,会在物质表面引起等离子体效应和非线性效应,导致激光被屏蔽,而脉冲模式能在一定程度上避免这些问题。因此,化学氧碘激光器的脉冲化输出成为当下的研究重点。磁增益调制属于激光脉冲化方法中极具潜力的一种,实现磁增益调制的装置被称为磁增益开关。本文以优化磁增益调制效果为目标,对磁增益开关的整体设计和关键技术展开研究。首先总结了磁感应强度、磁场脉宽和磁场变化率对磁增益调制效果的影响,提出实验预期目标,接下来从脉冲磁体和电流调制器两方面展开对磁增益开关的研究。在脉冲磁体结构设计与优化方面,采用线圈与永磁体结合的开放式结构,降低了对电流调制器的要求。在此基础上,通过仿真计算辅助分析得出了脉冲磁体的最优结构规律,并利用该结论设计了磁场有效区域为50×50×25 mm的脉冲磁体结构,最后完成了脉冲磁体的装配结构设计。在电流调制器电路设计与参数优化方面,首先阐述了实现平顶脉冲磁场的主要方案及特点,在探讨分析后提出采用脉冲形成网络的基本方案。在此基础上,首先将脉冲磁体作为负载对电路进行优化,提出了电流调制电路拓扑,提高了能量利用率,然后研究了各链电感与电流波形的关系,并利用该关系完成了电流调制器的参数设计。最后在磁增益开关样机的实验研究方面,完成了电感与磁体的制作工作,搭建并调试了程序控制的磁增益开关实验平台。实验在串联谐振电容充电系统的支持下展开,于50×50×25 mm的区域内,实现了线圈断电时磁场不低于397 G,线圈通电时磁场不高于30 G,磁场上升下降沿皆1.5μs,清空持续时间3μs的矩形波磁场。该磁场重复频率设计可达到2 k Hz,目前开展实验已达到320 Hz。

关键词：平顶脉冲磁场磁增益开关脉冲磁体脉冲形成网络

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脉冲磁体的计算

低温与超导 1992年第2期20卷 45-50页

作者：王金星东北工学院物理系

本文给出了设计脉冲磁体的计算方法,根据给定的电容器组参数,线圈内半径租场均匀度,可以确定出磁体的参数和所达到的磁场。计算值与实际值符台得比较好,一般误差不超过±5％。

关键词：脉冲磁体计算磁场磁性材料

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强磁场实验装置中脉冲磁体电阻变化模型

高电压技术 2007年第9期33卷 46-49页

作者：肖后秀丁洪发潘垣余蜜华中科技大学电气与电子工程学院武汉430074

因脉冲磁体的电阻受电流、电阻率、比热容等多因素影响呈非线性变化,为在磁体电源设计、磁场波形调节和磁体设计时,准确模拟脉冲磁体的电阻变化,依据迭代计算的数学思想,以Pspice电路仿真软件为平台,建立了脉冲磁体的电阻电路模型。磁... 详细信息

因脉冲磁体的电阻受电流、电阻率、比热容等多因素影响呈非线性变化,为在磁体电源设计、磁场波形调节和磁体设计时,准确模拟脉冲磁体的电阻变化,依据迭代计算的数学思想,以Pspice电路仿真软件为平台,建立了脉冲磁体的电阻电路模型。磁体的电压、电流和温度变化等模拟结果与实验结果吻合的很好,证明所建立的脉冲磁体中电阻模型的正确性。该模型可作为在脉冲磁体电源设计、磁场波形调节和磁体设计时研究脉冲磁体电阻变化时的工具。此电路模型还可应用于研究类似的电阻非线性变化情况。

关键词：强磁场脉冲磁体非线性电阻电路模型绝热过程 Pspice仿真

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放电过程中脉冲磁体的热传导

强激光与粒子束 2009年第10期21卷 1579-1582页

作者：彭涛辜承林华中科技大学强磁场中心武汉430074

对脉冲磁体放电过程中的热传导进行理论分析与实验测试,结果表明:对于短脉冲磁体,采用绝热模型与考虑热传导后的模型所得计算结果相近,并且二者均与实验测量得到的结果相符;对于长脉冲磁体,由于热传导时间相对较长,绝热模型计算得到的... 详细信息

对脉冲磁体放电过程中的热传导进行理论分析与实验测试,结果表明:对于短脉冲磁体,采用绝热模型与考虑热传导后的模型所得计算结果相近,并且二者均与实验测量得到的结果相符;对于长脉冲磁体,由于热传导时间相对较长,绝热模型计算得到的温升与考虑热传导后模型得到的温升有较大差别。通过理论分析可知:无论是短脉冲磁体还是长脉冲磁体,放电过程中的热传导只对磁体温升分布有较大影响,而对磁场波形则几乎没有影响。

关键词：脉冲磁体热传导绝热模型放电

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脉冲强磁体中应力的有限元分析

核技术 2004年第9期27卷 700-704页

作者：彭涛辜承林华中科技大学电气与电子工程学院武汉430074

提高脉冲磁场强度的主要障碍是磁体中巨大的应力,而脉冲磁体中应力的产生和作用过程比较复杂,要准确地计算出来很困难。采用有限元法对脉冲磁体中的应力进行分析,计算中全面考虑了预应力、电磁力、热应力等情况。通过计算,得出了一些设... 详细信息

提高脉冲磁场强度的主要障碍是磁体中巨大的应力,而脉冲磁体中应力的产生和作用过程比较复杂,要准确地计算出来很困难。采用有限元法对脉冲磁体中的应力进行分析,计算中全面考虑了预应力、电磁力、热应力等情况。通过计算,得出了一些设计脉冲磁体的基本原则。

关键词：脉冲磁体应力有限元分析法

基于微通道液氮换热的脉冲磁体快速冷却方法研究

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强激光与粒子束 2022年第11期34卷 107-112页

作者：何勇孟昭男张鹏孙衢骎周星健中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621900 上海交通大学制冷与低温工程研究所上海200240 武汉第二舰船设计研究院武汉430205

影响脉冲磁体重频运行能力的关键因素是磁体的冷却速度。提出了一种脉冲磁体快速冷却方法:在磁体导体内开微小通道,在通道内注入液氮,通过增大导体与液氮之间的直接接触面积(换热面积)、液氮单相流动换热、液氮流动沸腾换热这三个途径... 详细信息

影响脉冲磁体重频运行能力的关键因素是磁体的冷却速度。提出了一种脉冲磁体快速冷却方法:在磁体导体内开微小通道,在通道内注入液氮,通过增大导体与液氮之间的直接接触面积(换热面积)、液氮单相流动换热、液氮流动沸腾换热这三个途径来大幅提高导体的冷却速度,与此同时尽可能减小对脉冲磁体性能(磁场强度、脉宽和内直径)的影响。阐述了基于微通道内液氮流动、沸腾换热的脉冲磁体快速冷却方法的原理,开展了数值模拟和验证性试验,结果表明,对于25 T的20 mm口径脉冲磁体,采用快速冷却方法,30 s即可冷却至初始温度,为磁体仅浸泡在液氮中的冷却时间(600 s)的5%,冷却速度提高了19倍。

关键词：脉冲磁体重频运行能力微通道沸腾换热对流换热