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内置式永磁电机转子辅助槽的转矩脉动抑制设计

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船电技术 2023年第12期43卷 46-49页

作者：曹宏涛祝奔霆海装沈阳局驻沈阳地区第四军事代表室辽宁沈阳110168 武汉船用电力推进装置研究所武汉430064

针对内置式永磁电机的转矩脉动抑制问题,本文首先基于麦克斯韦应力张量方程分析了转矩脉动的主要产生机理,并采用转子开辅助槽设计降低电机转矩脉动。为确定辅助槽的相关设计参数,基于田口法创建正交试验,通过平均值分析得到了使转矩脉... 详细信息

针对内置式永磁电机的转矩脉动抑制问题,本文首先基于麦克斯韦应力张量方程分析了转矩脉动的主要产生机理,并采用转子开辅助槽设计降低电机转矩脉动。为确定辅助槽的相关设计参数,基于田口法创建正交试验,通过平均值分析得到了使转矩脉动最小的辅助槽相关参数。通过设计最优转子辅助槽方案,主要减小齿槽谐波的影响,从而使电机转矩脉动降低14%左右,同时电机平均转矩小幅度提高。本文研究内容对内置式永磁电机转矩脉动的分析及相关优化具有一定的工程意义。

关键词：麦克斯韦应力张量内置式永磁电机转矩脉动辅助槽

基于近红外表面等离子体的纳米柱阵列光捕获研究

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基于近红外表面等离子体的纳米柱阵列光捕获研究

作者：王志南兰州大学

学位级别：硕士

因为光照射到微纳颗粒上可以改变物体的初始状态,所以光捕获技术被广泛地应用在诸多科学,医疗等领域。光捕获,即是无损伤捕获及操控微纳量级的颗粒。相比于基于显微聚焦光捕获技术,近年来光捕获技术使用了可以激发表面等离子体共振的金... 详细信息

因为光照射到微纳颗粒上可以改变物体的初始状态,所以光捕获技术被广泛地应用在诸多科学,医疗等领域。光捕获,即是无损伤捕获及操控微纳量级的颗粒。相比于基于显微聚焦光捕获技术,近年来光捕获技术使用了可以激发表面等离子体共振的金属纳米结构,使近场光强度增大,所以可以捕获纳米量级的颗粒。当今,无损伤、非接触光捕获和光操控,是近年来光学领域的重要热点。结合近红外波段在医学方面具有独特无背景干扰的优点。本文提出了基于近红外的双异金属纳米柱阵列表面等离子光镊结构以及基于金纳米柱阵列表面等离子光镊的详细分析。首先,本文在前两章节中说明了光学捕获的机制以及光捕获力的理论计算方法。通过麦克斯韦应力张量法理论计算以及仿真模拟,我们得到基于红外波段的双异金属纳米柱阵列的纳米颗粒捕获的输入功率为50mW时,光学捕获力的最大值计算为约6.6nN,通过研究颗粒在沿纳米柱纵向和横向方向的光捕获力变化,根据这些变化与克服纳米颗粒布朗运动需要的力作对比,本文给出了捕获范围。再次,本文给出了金纳米结构捕获纳米颗粒的分析和实验,通过麦克斯韦应力张量法理论计算以及仿真模拟,本文得到金纳米柱阵列的纳米颗粒捕获的输入功率为50mW时,光学捕获力的最大值约为约39pN,并用金纳米柱光镊做了捕获大小100nm、特定波长下发出特定荧光的微粒以及找出最终捕获位置。在本文最后,我们提出了一种红外下金纳米颗粒的捕获光镊,并进行了简单的分析。本文所提出的纳米柱阵列的husanlim光镊结构简单,比较容易地集成在较小的芯片上,所以可以应用在生命科学,物理光学,医疗标记等科学领域。

关键词：光捕获技术光操控麦克斯韦应力张量布朗运动金纳米柱

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电抗器铁心三维应力分布的研究

电抗器铁心三维应力分布的研究

作者：高旭河北工业大学

学位级别：硕士

电抗器的振动噪声问题是影响电抗器应用的一个重要方面,振动的根本原因在于电抗器内部受力。只有合理准确的分析出电抗器受力的情况,才能更有针对性的设计出合适的减振系统或者隔振系统,因此对电抗器的三维应力分布的研究是有重要的现... 详细信息

电抗器的振动噪声问题是影响电抗器应用的一个重要方面,振动的根本原因在于电抗器内部受力。只有合理准确的分析出电抗器受力的情况,才能更有针对性的设计出合适的减振系统或者隔振系统,因此对电抗器的三维应力分布的研究是有重要的现实意义。电抗器在工作中会受到各种不被期望的激励信号的影响,谐波便是其中一种。对谐波参与下的电抗器应力的研究能够更好的分析电抗器在实际工况下的振动情况。本论文从电抗器研究现状出发,利用符合工况的产品级铁心模型进行了电抗器硅钢片磁特性的测试。铁心模型基于爱泼斯坦方圈原理,采用工程中铁心叠压方式,使测试结果更接近于电抗器铁心实际的工作情况。利用这种铁心模型分别测试了3次谐波、5次谐波、7次谐波、9次谐波与基波分为同相和反相两种叠加方式的磁化曲线,本论文通过对电网中谐波参数的分析,3次谐波含量很大,因此本文选用3次谐波情况为研究重点。本文采用有限元方法进行建模研究,利用测试中所得的磁化曲线设置为各个研究模型的材料参数,对50Hz正弦波激励下和三次谐波含量30%和60%分同相和反相叠加,一共5种情况进行了磁场分析、麦克斯韦应力张量分析和振动加速度分析。得到了电抗器铁心磁通密度模和应力张量的整体分布。

关键词：分段式铁心电抗器麦克斯韦应力张量铁心模型振动应力分布有限元分析

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基于钯纳米柱阵列的低功率光捕获研究

基于钯纳米柱阵列的低功率光捕获研究

作者：梁学武兰州大学

学位级别：硕士

目前,光捕获技术被广泛地应用在很多领域,尤其是在生命科学领域具有极其重要的应用。在该领域中,一个关键的问题是对微小的生物颗粒进行无损伤捕获及操控。相对于传统的光捕获技术,基于表面等离子体的光捕获技术由于使用了金属纳米结构... 详细信息

目前,光捕获技术被广泛地应用在很多领域,尤其是在生命科学领域具有极其重要的应用。在该领域中,一个关键的问题是对微小的生物颗粒进行无损伤捕获及操控。相对于传统的光捕获技术,基于表面等离子体的光捕获技术由于使用了金属纳米结构且激发表面等离子体,增强局部光场,从而增大近场光强度,因此,极大地增大了光捕获力。基于表面等离子体的光捕获技术被认为是生物领域中极其重要的技术之一。如何利用表面等离子光镊获得更大的光捕获力从而实现对微纳颗粒的复杂操作,在近年来得到了广泛的关注。本文基于表面等离子共振技术,提出了基于金属钯纳米柱阵列实现在低入射功率时获得高光捕获力的表面等离子光镊结构。本文主要研究内容及结果如下：我们首先阐述了光捕获的现状以及其应用领域。然后,介绍了光镊的基本原理以及不同尺寸的颗粒所对应光捕获力的计算方法,并进行了比较。最后,对我们所提出的基于钯纳米柱阵列的表面等离子体光镊进行了全面的理论分析及模拟仿真,并设计了初步实验。我们用平行光束去照射直立于衬底上的钯纳米柱阵列,研究光捕获下直径为150nm的荧光微粒的运动情况。纳米柱对在光的照射下激发出了表面等离子体,在共振的情况下,基于有限元法及麦克斯韦应力张量法,我们计算了在不同位置处作用在颗粒上的光捕获力。在入射光功率为200mW的情况下,得到了最大的光捕获力为5.5nN,相对于其他表面等离子体光镊,捕获力的大小提高了三到四倍甚至一个数量级。数值仿真的结果表明,纳米颗粒会被捕获在纳米柱对中间靠近狭缝的地方。另外,我们还推导出了共振波长随纳米柱的结构参数变化的定量关系。我们所提出的这种光捕获结构能够实现捕获纳米尺寸的颗粒。由于它结构简单,比较容易地集成在一块小的芯片上实现多学科的交叉应用。

关键词：光捕获表面等离子体纳米结构纳米颗粒麦克斯韦应力张量

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基于三角楔表面等离子波导的光捕获研究

基于三角楔表面等离子波导的光捕获研究

作者：佟玉兵兰州大学

学位级别：硕士

随着人们对生命科学等领域研究的不断深入,对于操控微小物体的要求越来越高。这样就使得传统光捕获遇到了很多挑战,而基于表面等离子体的光捕获成为更高效的捕获方法。本文提出的三角楔表面等离子波导结构不仅能够满足光捕获力的要求,... 详细信息

随着人们对生命科学等领域研究的不断深入,对于操控微小物体的要求越来越高。这样就使得传统光捕获遇到了很多挑战,而基于表面等离子体的光捕获成为更高效的捕获方法。本文提出的三角楔表面等离子波导结构不仅能够满足光捕获力的要求,还有足够的捕获空间对被捕获颗粒进行下一步操控。本文首先研究了在波导的金属与介质界面激发表面等离子体的场分布情况,然后基于麦克斯韦应力张量法,推导出波导中作用于纳米颗粒的光捕获力的公式,最后模拟仿真了光捕获力与三角楔顶角度数、实际形状、高度和周围介质折射率等影响因素之间的关系。Comsol中的模拟仿真结果表明：纳米颗粒能够被捕获在波导的三角楔顶角附近。三角楔顶角为20°、高度为600nm是三角楔的最佳结构参数,此时,共振波长为1480nm,纳米颗粒在空气中光捕获力较大达到5.78 nN。纳米颗粒沿着波导移动的过程中,纳米颗粒所受的光捕获力是起伏变化的。纳米颗粒周围的介质变化时,将会影响波导的共振状态,以至于改变光捕获力的大小。纳米颗粒置放在水中,共振波长1430nm,光捕获力达到6.082nN。实际工艺中,三角楔顶角可选择圆角化处理或者梯形处理,纳米颗粒所受光捕获力都将会减小。三角楔顶角圆角化时,纳米颗粒所受光捕获力最大可达到937.1pN,并随顶角圆角化半径增大而减小。三角楔顶角梯形处理时,纳米颗粒所受光捕获力最大可达到369.2pN,并随梯形上底宽度增大而减小。光捕获力的大小表明顶角圆角化的处理方式优于梯形处理方式。

关键词：表面等离子体光捕获麦克斯韦应力张量三角楔表面等离子波导光捕获力

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基于FDTD方法的casimir效应计算

基于FDTD方法的casimir效应计算

作者：汪旺安徽大学

学位级别：硕士

casimir效应是物理学中非常重要的一项发现,它的具体表现为真空中两块平行介质板存在的排斥力。经过多年的研究和发展,又发现了casimir效应的吸引力表现。目前理论界对casimir效应的理论解释主要有两种,一种是基于真空零点能的变化而造... 详细信息

casimir效应是物理学中非常重要的一项发现,它的具体表现为真空中两块平行介质板存在的排斥力。经过多年的研究和发展,又发现了casimir效应的吸引力表现。目前理论界对casimir效应的理论解释主要有两种,一种是基于真空零点能的变化而造成这种现象的产生：真空中介质板的加入,造成真空中电磁场的边界条件发生了变化,进而影响电磁场的涨落波动产生了casimir效应。而casimir效应的另一种解释为辐射压理论,该理论认为在真空中的平板内外皆受到辐射压的影响,而内外辐射压之间差值产生了casimir效应。虽然casimir效应所表现出的力一般只有10-10N,但是对于微型器件（一般所认为微型器件的尺寸级别为微米,亚微米或者纳米）的影响却非常大。而器件的微型化是工程领域上一个非常热点的问题,也是未来发展的一个趋势。特别是微型器件在微机电系统（micro-electromechanical systems, MEMS）中的应用。而casimir效应的影响已经成为在微型器件设计过程中必须要考虑的因素,所以对casimir效应的数值计算已经是目前工程界和物理学界一个非常重要和热点的课题。本文的主要工作就是建立在第一种理论基础上,通过这个理论引申出的一种计算方法,我们将这种计算方法与FDTD算法结合,进而诞生一种计算casimir效应的新方法,这种计算方法与传统计算casimir效应的方法相比,在计算复杂几何结构和特殊材料的casimir效应有较大的优势。传统计算casimir效应的量子力学解析解方法虽然有着很高的准确性,但是只能计算一些基本的几何结构和一些简单材料的casimir效应。我们所使用的计算方法通过与FDTD算法的结合,可以直接使用目前已经发展成熟的FDTD仿真软件进行计算。 K.S.Yee提出的基于麦克斯韦微分方程的FDTD方法是计算电磁学中非常重要的一种方法,有着简单、易于操作实现以及适合并行编程等众多优点,我们选择了一款开源的FDTD软件MEEP,将其简单修改以适应我们的计算。 MEEP是麻省理工学院开发的一款Linux操作系统环境下基于FDTD算法的仿真软件。我们首先将MEEP在Linux操作系统下的安装和调试完成,为了验证该软件的准确性和有效性,我们选择了三个仿真算例：1,波源在矩形波导中的传播;2,银柱的散射\吸收\消光截面;3,50m银质介质板的传输系数。通过MEEP的仿真计算,与解析解的计算结果进行比对,结果符合我们的预期。可以进行下一步casimir效应的计算。我们首先计算了最基本的真空中二维金属板之间的casimir力,与实验观测数据进行了比较,发现从力的大小到表现趋势基本一致,从而说明我们这种方法在计算casimir效应上是可行的,并且有着相当的准确性。然后我们通过计算一个经典的casimir活塞结构来详细阐述该方法的计算步骤,将结果与实验观测值比对,进一步验证了该方法的有效性和准确性。接下来我们继续计算几个不同几何结构和不同材料物体之间的casimir力,说明物体几何形状和材料对casimir效应的影响,最后又计算了色散介质的casimir力。

关键词： casimir效应零点能时域有限差分方法麦克斯韦应力张量涨落-耗散定理

密集颗粒群相互干涉介电力的新算法:迭代偶极矩法

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密集颗粒群相互干涉介电力的新算法:迭代偶极矩法

第八届全国流体力学学术会议

作者：刘乐谢川川陈波吴健康华中科技大学力学系

提出一种简便有效的多颗粒相互作用介电力新算法一一迭代偶极矩法(Iterative dipole moment,IDM),它适用于密集颗粒群介电力计算,充分考虑介电泳颗粒间的相互作用,而且算法简单,不需要商业软件的数值计算,便于推广使用。在均匀电场中双... 详细信息

提出一种简便有效的多颗粒相互作用介电力新算法一一迭代偶极矩法(Iterative dipole moment,IDM),它适用于密集颗粒群介电力计算,充分考虑介电泳颗粒间的相互作用,而且算法简单,不需要商业软件的数值计算,便于推广使用。在均匀电场中双介电泳颗粒相互作用分析中,得到与MST法相同结果,一系列算例证实IDM法的有效性和简便性。当颗粒间距较大时,IDM法自动退化为目前流行的电偶极矩法。IDM法有望推广到大数量密集颗粒群的三维介电泳计算。

关键词：介电泳迭代偶极矩法密集颗粒群麦克斯韦应力张量

来源： cnki会议评论

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镀膜光纤探针近场捕获的模拟与实验

光学精密工程 2011年第10期19卷 2355-2365页

作者：刘炳辉杨立军王扬哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工业大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001

为提高近场捕获的能力与灵活性,研究了一种利用镀膜光纤探针对纳米微粒进行近场捕获的方法。采用麦克斯韦应力张量和三维时域有限差分方法建立了近场中纳米微粒的作用力模型,通过光阱力与其他作用力的比较讨论了近场捕获的稳定性,并根... 详细信息

为提高近场捕获的能力与灵活性,研究了一种利用镀膜光纤探针对纳米微粒进行近场捕获的方法。采用麦克斯韦应力张量和三维时域有限差分方法建立了近场中纳米微粒的作用力模型,通过光阱力与其他作用力的比较讨论了近场捕获的稳定性,并根据各轴向光阱力的分布情况分析了纳米微粒的捕获尺寸与捕获位置。结果表明,只有当微粒尺寸小于探针孔径时才存在捕获效果,探针尖端不同位置出现不同捕获过程,在光阱力的作用下微粒最终被捕获至孔径边缘并形成圆状分布。结合纳米定位与检测方法,设计了全光纤低损耗的光纤探针近场捕获系统,并对120nm的聚苯乙烯微粒进行了捕获实验。结果表明,采用极低的激光功率能把粒径为激光波长1/7的纳米微粒捕获至光纤探针尖端,并形成内径与探针孔径一致的圆环状分布。该计算与实验结果为近场纳米操作的实验研究打下了基础。

关键词：近场捕获光阱力三维时域有限差分法麦克斯韦应力张量光纤探针

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单光纤光镊数值仿真和光阱力计算

单光纤光镊数值仿真和光阱力计算

作者：郭成凯哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

本课题对单光纤光镊系统进行了深入的理论研究。阐述了光镊的基本原理以及处理光作用力的三种物理模型：几何光学模型、光与原子相互作用模型、电磁模型。电磁场模型是本文研究的重点，单光纤光镊系统的理论仿真和光阱力的数值计算都是... 详细信息

本课题对单光纤光镊系统进行了深入的理论研究。阐述了光镊的基本原理以及处理光作用力的三种物理模型：几何光学模型、光与原子相互作用模型、电磁模型。电磁场模型是本文研究的重点，单光纤光镊系统的理论仿真和光阱力的数值计算都是基于此模型。电磁模型多采用计算电磁学的方法进行处理，详细介绍了在光学领域应用十分广泛的时域有限差分（FDTD finite-difference time-domain）法，利用FDTD法数值计算了光纤探针内的传输光场和介质球的散射场分布。在此基础上，提出了一种用于单光纤光镊系统理论仿真和光阱力数值计算的新方法，它是电磁场模型的一个发展形式：采用FDTD的方法，首先数值模拟仿真光纤探针的传光特性与出射光场;进一步，介质球直接置于出射光场中，可同时数值计算得到散射场的分布;然后根据电磁场动量守恒原理，对麦克斯韦应力张量积分求得介质球所受的光作用力。利用此方法，对一系列单光纤光镊系统进行了详细的计算和分析，实现了对单光纤光镊系统的理论验证，并为单光纤光镊的优化设计提供了理论依据。介绍了单光纤光镊实验系统的设计，搭建了实用化的光纤光镊平台，实现了四种光纤光镊方案，其中有三种为单光纤光镊系统。对不同系统的捕获效果进行了比较。

关键词：光镊单光纤光镊光阱力时域有限差分法麦克斯韦应力张量