同步感应线圈发射器弹载存储测试技术研究

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作者 石敬斌 关晓存 +1 位作者 管少华 吴宝奇 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期325-332,共8页

该文提出多级同步感应线圈发射器弹载存储动态测试技术。首先,基于电磁场理论定量分析了同步感应线圈发射器发射过程中存在的强脉冲和高过载环境;其次,设计具有抗电磁干扰且抗高过载能力的弹载存储测试装置,并分析了装置的屏蔽效能和承... 该文提出多级同步感应线圈发射器弹载存储动态测试技术。首先,基于电磁场理论定量分析了同步感应线圈发射器发射过程中存在的强脉冲和高过载环境;其次,设计具有抗电磁干扰且抗高过载能力的弹载存储测试装置,并分析了装置的屏蔽效能和承载能力;最后,研制带弹载存储测试装置的测试弹,并开展了30级同步感应线圈发射器动态发射试验,得到同步感应线圈发射器动态过程中磁感应强度数据和加速度数据,与仿真数据吻合,且误差可控制在4.7%,同时揭示了发射始末测试弹存在“规律碰撞”效应和“周期章动”现象。 展开更多

关键词 同步感应线圈发射器 弹载存储测试 磁感应强度 屏蔽效能

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基于热传导原理电枢平均磨损率计算 被引量：6

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作者 关晓存 鲁军勇 +1 位作者 张晓 谭赛 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第10期2747-2752,共6页

在假设导轨为半无限长固体导体及电枢表面磨损主要是熔化磨损条件下,基于固体接触面导热原理,推导出电枢和导轨温度分布方程,提出了电枢平均磨损率计算方法。利用此方法分析了驱动电流、电枢和导轨材料匹配和接触面积参数对电枢平均磨... 在假设导轨为半无限长固体导体及电枢表面磨损主要是熔化磨损条件下,基于固体接触面导热原理,推导出电枢和导轨温度分布方程,提出了电枢平均磨损率计算方法。利用此方法分析了驱动电流、电枢和导轨材料匹配和接触面积参数对电枢平均磨损率影响。将平均磨损率计算结果与Stefani和Parker的实验结果进行对比,二者吻合较好,从而为建立电磁轨道炮磨损率与转捩之间的关系提供理论支持。 展开更多

关键词 热传导 电枢 平均磨损率 接触力 摩擦系数

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线圈炮电枢电磁-热耦合仿真分析 被引量：6

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作者 关晓存 李治源 +1 位作者 赵然 程二威 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期2267-2272,共6页

从麦克斯韦方程组和导热微分方程出发,导出了3维多级感应线圈炮电磁场、温度场分布的基本方程,并以电磁场和温度场有限元分析为基础,建立了3维有限元分析模型,忽略级间的相互影响,多级线圈炮中电枢温升可以等效为多个单级电枢的温升,运... 从麦克斯韦方程组和导热微分方程出发,导出了3维多级感应线圈炮电磁场、温度场分布的基本方程,并以电磁场和温度场有限元分析为基础,建立了3维有限元分析模型,忽略级间的相互影响,多级线圈炮中电枢温升可以等效为多个单级电枢的温升,运用通用有限元分析软件ANSYS的耦合计算流程,对单级感应线圈炮中电枢电磁场和温度场进行仿真。计算中考虑了材料物理参数随温度变化对温度场的影响。仿真结果表明:电枢内的温升主要分布在电枢的外表面和尾部;电枢的温度随着电容器组电压和电容增加而升高,这是因为总能量增大,电枢中涡流也增大,从而电枢的温度升高;电枢的触发位置和速度匹配关系,也会对电枢温升造成很大的影响;电枢的温度随着级数的增加逐渐升高,说明电枢在一定级数后达到了材料的熔点而被破坏。 展开更多

关键词 多级感应线圈炮 电磁场 温度场 电枢 耦合场

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单级感应线圈炮场路耦合运动时步有限元分析 被引量：7

4

作者 关晓存 雷彬 李治源 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第9期138-143,150,共7页

基于麦克斯韦方程组,提出了一种适用于单级感应线圈炮的场路耦合运动时步分析方法,对于瞬态涡流场与电路耦合问题,应用了Crank-Nicholson法进行求解;对于运动问题,采用运动坐标系的方法进行求解;电磁力采用了节点力法求解;解决了单级感... 基于麦克斯韦方程组,提出了一种适用于单级感应线圈炮的场路耦合运动时步分析方法,对于瞬态涡流场与电路耦合问题,应用了Crank-Nicholson法进行求解;对于运动问题,采用运动坐标系的方法进行求解;电磁力采用了节点力法求解;解决了单级感应线圈炮在脉冲供电时场路耦合分析问题,建立了单级感应线圈炮电磁场-电路-运动系统二维耦合模型。应用上述模型对单级感应线圈炮进行分析,计算结果与实验结果相吻合,验证了该模型的正确性。 展开更多

关键词 线圈炮 场路耦合 瞬态涡流场 节点力法

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多级感应线圈炮最优发射控制策略 被引量：10

5

作者 关晓存 鲁军勇 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期248-254,共7页

基于电路理论,建立了多级感应线圈炮数学机电控制模型;分析了电枢受力的影响因素,结果表明,电枢受力决定于驱动线圈和电枢的电流大小和它们之间的互感梯度。总结了多级同步感应线圈炮设计原则,根据设计原则,提出了感应线圈炮的最优发射... 基于电路理论,建立了多级感应线圈炮数学机电控制模型;分析了电枢受力的影响因素,结果表明,电枢受力决定于驱动线圈和电枢的电流大小和它们之间的互感梯度。总结了多级同步感应线圈炮设计原则,根据设计原则,提出了感应线圈炮的最优发射控制策略,并从理论上证明其可行性,最后以10级线圈炮为例,归纳了多级感应线圈炮的触发公式,并进行了实验验证,其结果表明,通过修正触发公式,仿真结果与测量值吻合较好。 展开更多

关键词 多级感应线圈炮 触发位置 互感梯度 控制策略

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脉冲电流作用下枢轨接触面瞬态摩损量计算 被引量：6

6

作者 关晓存 鲁军勇 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第11期225-230,共6页

基于固体导热原理和多物理场耦合理论,推导出电枢表面瞬态磨损量计算方程,同时提出接触电阻和瞬态接触力的计算方法。在此基础上,总结并提出电枢瞬态磨损量的计算方法,并利用此方法分析了磨损量随着接触长度、宽度的变化规律:枢轨接触... 基于固体导热原理和多物理场耦合理论,推导出电枢表面瞬态磨损量计算方程,同时提出接触电阻和瞬态接触力的计算方法。在此基础上,总结并提出电枢瞬态磨损量的计算方法,并利用此方法分析了磨损量随着接触长度、宽度的变化规律:枢轨接触面的磨损主要分布在前端边缘以及两侧边缘,沿着接触长度方向,磨损量越来越小,沿着接触宽度方向,磨损量先减小后增大,中间部分磨损较小。电枢表面磨损率计算结果与美国德克萨斯大学高技术研究所的实验结果吻合较好,为建立电枢磨损量与转捩之间的关系奠定理论基础。 展开更多

关键词 电磁发射 电枢 瞬态磨损率 接触力 摩擦系数

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电容器组驱动高速多级圆筒型直线感应电机建模及仿真 被引量：2

7

作者 关晓存 雷彬 李治源 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期2303-2308,共6页

为了解决电机被电容器组供电时的场路耦合分析问题,基于电磁场理论提出了一种适用于高速多级圆筒型直线电机的场路运动耦合时步有限元分析方法,并且提出了以动子磁通变化率为控制量,在Simulink环境下建立了电机三维场路耦合数学仿真模... 为了解决电机被电容器组供电时的场路耦合分析问题,基于电磁场理论提出了一种适用于高速多级圆筒型直线电机的场路运动耦合时步有限元分析方法,并且提出了以动子磁通变化率为控制量,在Simulink环境下建立了电机三维场路耦合数学仿真模型。用该模型分析电机的动态性能,得到了定子电压、电流、能量效率,动子的电流、速度、加速度等参数变化规律,通过上述分析得出该类型电机可以实现超高速度大质量的发射。最后,根据仿真参数设计了10级圆筒型直线感应电机并进行了实验验证,结果表明:仿真结果与实验结果基本符合,从而为该类电机控制策略的研究及具体实现提供了新的途径。 展开更多

关键词 高速多级直线感应电动机 数学模型 仿真 场路耦合 MATLAB 定子绕组 发射

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基于ANSYS线圈发射器驱动线圈电磁场分析 被引量：6

8

作者 关晓存 雷彬 +2 位作者 李治源 支彬安 池小平 《科学技术与工程》 2007年第16期4094-4098,共5页

感应线圈发射器是一种优秀的电磁发射器,利用电磁力将射弹发射到超高速,其发射原理类似于直线电机。因此,对于驱动线圈的磁场分析是必要的。主要基于ANSYS仿真环境,建立了感应线圈发射器平板螺旋状驱动线圈的3-D有限元模型。利用单元棱... 感应线圈发射器是一种优秀的电磁发射器,利用电磁力将射弹发射到超高速,其发射原理类似于直线电机。因此,对于驱动线圈的磁场分析是必要的。主要基于ANSYS仿真环境,建立了感应线圈发射器平板螺旋状驱动线圈的3-D有限元模型。利用单元棱边法对驱动线圈进行了分析,给出了磁场分布状况。理论分析与仿真结果相一致。最后,在所建立的模型上对磁场强度进行分析,所获得的结果对进一步提高驱动线圈的驱动力起到了参考作用。 展开更多

关键词 驱动线圈 三维有限元法 ANSYS麦克斯韦方程组

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新型驱动线圈温度场和流场耦合仿真研究 被引量：2

9

作者 关晓存 雷彬 +1 位作者 李治源 程二威 《低温与超导》 CAS CSCD 北大核心 2011年第9期77-80,共4页

同步感应线圈炮是线圈型电磁发射器中的一种,是目前国内外电磁发射领域研究中的一个重要方向,也是我军新概念武器预先研究的重点。它具有发射过程可控性好、发射效率高、成本低以及后勤保障简单、安全性高等特点,具有广泛的应用前景。... 同步感应线圈炮是线圈型电磁发射器中的一种,是目前国内外电磁发射领域研究中的一个重要方向,也是我军新概念武器预先研究的重点。它具有发射过程可控性好、发射效率高、成本低以及后勤保障简单、安全性高等特点,具有广泛的应用前景。以驱动线圈为研究对象,采用热-流-固耦合的研究方法,将传统的温度场计算方法割裂的固体计算区域和流体计算区域耦合在一起,建立了统一的流固共轭传热数学模型。并且使用了ANSYSCFX计算软件,计算了驱动线圈和冷却系统的温度分布规律,讨论了不同速度的冷却介质对驱动线圈温度的影响。研究表明:随着冷却油进口速度的不断增加,驱动线圈的温升逐渐减少,并且从温度场分布来看,由于冷却油的温度在入口处较低,流速最大,因此最低温度出现在入口处,最高温度出现在出口处。 展开更多

关键词 耦合 驱动线圈 温度场 冷却 仿真

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基于场-路耦合的驱动线圈结构分析 被引量：1

10

作者 关晓存 李治源 +2 位作者 雷彬 向红军 王忠春 《微电机》 北大核心 2008年第6期81-83,共3页

线圈驱动器是用电磁能推动电枢的一类发射装置。由于在驱动过程中,驱动线圈受到非常大的反作用力,可能使驱动线圈断裂或破坏,影响线圈驱动器的正常的工作。应用有限元软件ANSYS,采用场-路耦合的分析方法对驱动线圈的结构变形进行分析,... 线圈驱动器是用电磁能推动电枢的一类发射装置。由于在驱动过程中,驱动线圈受到非常大的反作用力,可能使驱动线圈断裂或破坏,影响线圈驱动器的正常的工作。应用有限元软件ANSYS,采用场-路耦合的分析方法对驱动线圈的结构变形进行分析,提出了增大驱动线圈强度的一些措施。 展开更多

关键词 场-路耦合 强度 变形 断裂 有限元法 驱动线圈

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基于有限元法驱动线圈的疲劳寿命计算及初步优化 被引量：1

11

作者 关晓存 雷彬 支彬安 《机械设计与制造》 北大核心 2009年第3期20-22,共3页

通过对疲劳寿命理论的分析,利用三维软件建立电磁驱动器的驱动线圈模型,导入到有限元分析软件ANSYS中,经过静力分析后,进行驱动线圈的疲劳寿命预测。将分析结果与实际试验结果进行对比,验证了有限元分析方法的可行性,为今后的结构优化... 通过对疲劳寿命理论的分析,利用三维软件建立电磁驱动器的驱动线圈模型,导入到有限元分析软件ANSYS中,经过静力分析后,进行驱动线圈的疲劳寿命预测。将分析结果与实际试验结果进行对比,验证了有限元分析方法的可行性,为今后的结构优化研究提供了方向;在此基础上,对驱动线圈结构进行了初步的优化,并从仿真上验证了优化的可行性。 展开更多

关键词 驱动线圈 疲劳寿命 有限元 仿真

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2种结构驱动线圈对电枢受力的影响 被引量：2

12

作者 关晓存 雷彬 《军械工程学院学报》 2008年第1期44-47,共4页

介绍了电磁同步线圈驱动器工作原理，并利用有限元分析软件ANSYS建立驱动线圈的三维模型。在不同结构的驱动线圈的驱动下，分别对电枢所受电磁力进行仿真，得到电枢在不同情况下的受力变化规律；在加载情况完全一致的情况下，对比不同... 介绍了电磁同步线圈驱动器工作原理，并利用有限元分析软件ANSYS建立驱动线圈的三维模型。在不同结构的驱动线圈的驱动下，分别对电枢所受电磁力进行仿真，得到电枢在不同情况下的受力变化规律；在加载情况完全一致的情况下，对比不同结构的驱动线圈对电枢的作用力，得出2层驱动线圈对电枢综合作用效果较好的结论。 展开更多

关键词 驱动线圈 电枢 有限元分析

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电磁线圈发射装置的非线性动态发射模型及分析 被引量：1

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作者 关晓存 李松乘 《海军工程大学学报》 CAS 北大核心 2016年第B06期26-30,共5页

基于电磁场理论,充分考虑外部电路、加速抛体中不同材料非线性、涡流及运动等影响因素,建立了线圈电磁发射装置的非线性动态发射模型,并对单级线圈电磁发射装置动态发射过程进行了仿真,得出了发射线圈电流、加速抛体电磁力、速度和位移... 基于电磁场理论,充分考虑外部电路、加速抛体中不同材料非线性、涡流及运动等影响因素,建立了线圈电磁发射装置的非线性动态发射模型,并对单级线圈电磁发射装置动态发射过程进行了仿真,得出了发射线圈电流、加速抛体电磁力、速度和位移的变化规律。该规律的发现为线圈电磁发射装置设计提供了理论依据。 展开更多

关键词 线圈发射 非线性 电枢 脉冲功率源

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高速多级圆筒型直线感应电机基础理论研究

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作者 关晓存 雷彬 +1 位作者 李治源 赵然 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第10期21-27,共7页

针对目前直线感应电机推力小,速度低的问题,提出一种高速多级圆筒型直线感应电机,其具有动子质量轻,推力大,加工难度小等优点,特别适于高速发射领域。基于电磁场理论,推导考虑级间耦合的直线感应电机数学模型,用该模型分析电机的动态性... 针对目前直线感应电机推力小,速度低的问题,提出一种高速多级圆筒型直线感应电机,其具有动子质量轻,推力大,加工难度小等优点,特别适于高速发射领域。基于电磁场理论,推导考虑级间耦合的直线感应电机数学模型,用该模型分析电机的动态性能,得到了定子电流、动子速度和加速度等参数变化规律,并进行样机实验,其仿真结果与测量结果进行对比,二者吻合较好。从而为该类电机工程化具体实现提供理论基础。 展开更多

关键词 高速多级圆筒型直线感应电机 电磁场 级间耦合 能效率 动态仿真 控制策略

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考虑级间耦合高速多级圆筒型直线感应电机性能

15

作者 关晓存 雷彬 +1 位作者 李治源 赵然 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第12期55-61,共7页

基于高速多级圆筒型直线感应电机特殊的结构,利用电磁场理论,推导了考虑级间耦合的数学模型,并利用该模型分析了考虑级间耦合和不考虑级间耦合情况下,各级定子绕组电流、动子加速力和速度、电机能效率之间的区别。对比结果表明,级间耦... 基于高速多级圆筒型直线感应电机特殊的结构,利用电磁场理论,推导了考虑级间耦合的数学模型,并利用该模型分析了考虑级间耦合和不考虑级间耦合情况下,各级定子绕组电流、动子加速力和速度、电机能效率之间的区别。对比结果表明,级间耦合效应有利于电机的运行性能。最后,对这两种情况下样机实验,测得各级中动子的速度,并与仿真结果对比,两者吻合较好。 展开更多

关键词 高速多级圆筒型直线感应电机 级间耦合 能效率 动态仿真

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导轨式电磁驱动装置三维烧蚀仿真方法及分析

16

作者 关晓存 鲁军勇 +1 位作者 康军 张晓 《火炮发射与控制学报》 北大核心 2014年第3期6-10,共5页

基于多场耦合理论,推导出考虑烧蚀的电磁场-温度场耦合的物理方程。利用APDL语言编制相应程序,分析了在考虑电枢烧蚀条件下的电流密度和温度的分布状况。电枢三维烧蚀分布与IAT试验结果分布进行对比结果表明块状电枢在导轨间运动过程中... 基于多场耦合理论,推导出考虑烧蚀的电磁场-温度场耦合的物理方程。利用APDL语言编制相应程序,分析了在考虑电枢烧蚀条件下的电流密度和温度的分布状况。电枢三维烧蚀分布与IAT试验结果分布进行对比结果表明块状电枢在导轨间运动过程中,烧蚀首先发生在导轨与电枢接触面前端边缘。在仅考虑焦耳热情况下,电枢前端烧蚀分布比较一致,电枢两侧边缘差别较大;考虑烧蚀和不考虑烧蚀情况下电磁场和温度场分布存在很大不同。此研究为揭示电磁驱动装置烧蚀机理奠定理论基础。 展开更多

关键词 电气工程 耦合场 烧蚀 ANSYS 转捩 电枢

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大功率混合储能装置控制策略研究 被引量：15

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作者 吴海峰 鲁军勇 +3 位作者 马伟明 关晓存 张晓 沈建清 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期93-98,共6页

针对电磁发射装置在连发时其储能电源对电网瞬时功率需求极大、一般电网难以承受的问题,提出了一种新的混合储能方式及其控制策略。该方式将蓄电池与脉冲电容器进行复合储能,采用多组蓄电池串联充电的新型拓扑结构,通过调整电路参数和... 针对电磁发射装置在连发时其储能电源对电网瞬时功率需求极大、一般电网难以承受的问题,提出了一种新的混合储能方式及其控制策略。该方式将蓄电池与脉冲电容器进行复合储能,采用多组蓄电池串联充电的新型拓扑结构,通过调整电路参数和时序触发控制策略,可以精确控制在不同时刻将多组蓄电池逐步接入电路对脉冲电容器充电,实现了对脉冲电容器的近似恒流充电,使脉冲电容器快速、高效地达到所要求的电压值。仿真与试验结果表明,该混合储能方式合理可行,在时序触发的控制策略下可实现在较短时间内将蓄电池能量传递给脉冲电容器,使功率逐级增大,从而降低网侧的瞬时功率需求。 展开更多

关键词 电磁发射 混合储能 蓄电池组 触发时序

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基于遗传算法的同步感应线圈发射装置参数优化 被引量：8

18

作者 郭赟 鲁军勇 +2 位作者 关晓存 张晓 谭赛 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第11期260-266,共7页

发射速度和能量转换效率是同步感应线圈型电磁发射装置(SICEML)最重要的两项指标。驱动线圈和电枢的结构参数、驱动线圈匝数以及电枢初始触发位置都会对这两项指标产生影响。以上述参数为变量,以发射速度和能量转换效率之积为目标函数,... 发射速度和能量转换效率是同步感应线圈型电磁发射装置(SICEML)最重要的两项指标。驱动线圈和电枢的结构参数、驱动线圈匝数以及电枢初始触发位置都会对这两项指标产生影响。以上述参数为变量,以发射速度和能量转换效率之积为目标函数,引入遗传算法对单级SICEML参数进行了优化设计,并利用有限元软件进行了仿真验证。结果表明:在储能与发射装置总体体积不变的前提下,优化后的系统效率由5.38%提高到13.6%,出口速度由38m/s提高到61m/s,系统性能得到明显改善。利用单级SICEML样机进行了堵驻试验,结果与仿真结果吻合较好,验证了本文提出的遗传算法的可行性。 展开更多

关键词 发射速度 能量转换效率 同步感应线圈型电磁发射装置 遗传算法 有限元

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电磁轨道发射装置磁热耦合数值计算方法 被引量：8

19

作者 谭赛 鲁军勇 +2 位作者 龙鑫林 张晓 关晓存 《海军工程大学学报》 CAS 北大核心 2016年第B06期56-60,共5页

针对导轨式电磁发射装置动态发射过程中的物理场计算问题,基于发射装置的二维控制方程,推导出相应的有限元离散方程,并根据计算模型的特点,采用自由度平移法处理运动问题保证求解区域不变,建立了考虑摩擦热下的电磁-温度-运动耦合场有... 针对导轨式电磁发射装置动态发射过程中的物理场计算问题,基于发射装置的二维控制方程,推导出相应的有限元离散方程,并根据计算模型的特点,采用自由度平移法处理运动问题保证求解区域不变,建立了考虑摩擦热下的电磁-温度-运动耦合场有限元数值计算模型。根据模型计算得出了不同电枢运动下的电流密度及磁场分布,并分析了温度场在电枢轨道接触面的分布特性,结果表明:电枢运动速度越大,速度趋肤效应越明显,枢轨接触面处的电流密度、接触压强及温升越大。 展开更多

关键词 电磁轨道发射装置 滑动电接触 自由度平移法 摩擦热

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导轨式电磁发射装置电枢熔化波有限元计算 被引量：3

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作者 谭赛 鲁军勇 +2 位作者 张晓 关晓存 龙鑫林 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期106-111,共6页

针对单元烧蚀算法精度较低的问题,基于导轨式电磁发射装置的二维控制方程,推导出采用求解量移动法处理运动问题的伽辽金有限元离散方程,建立了电磁-温度-运动耦合场有限元计算模型。以单元节点为烧蚀判断对象,采用节点烧蚀算法处理电枢... 针对单元烧蚀算法精度较低的问题,基于导轨式电磁发射装置的二维控制方程,推导出采用求解量移动法处理运动问题的伽辽金有限元离散方程,建立了电磁-温度-运动耦合场有限元计算模型。以单元节点为烧蚀判断对象,采用节点烧蚀算法处理电枢材料烧蚀问题,建立了电枢熔化波模型,对运动电枢的烧蚀速度进行了数值计算。模型的计算结果表明:在激励电磁感应强度为40T、电枢运动速度为150m/s的情况下,采用节点烧蚀法得到的熔化波烧蚀速度为Barber理论模型计算值的94%,而相关文献采用单元烧蚀法的计算值为Barber理论模型计算值的73%。因此,与采用单元烧蚀法相比,采用节点烧蚀法的计算值与Parks和Barber两个经典理论模型的计算值更加相近,验证了该方法的正确性。 展开更多

关键词 导轨式电磁发射装置 运动边界 电枢 熔化波 烧蚀速度 耦合场 相变

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