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非破坏性脉冲强磁体的优化设计与数值仿真

杜砚  
【摘要】: 磁场是物理实验研究的基本工具。随着科学技术的发展,人们对磁场强度的要求越来越高。作为极端实验条件,强磁场正广泛应用于物理、化学、生物学等领域当中。其中,脉冲磁场发生装置以其相对简单的物理结构、低廉的运作成本及较高的磁场强度等特点得以迅速发展 本文围绕脉冲强磁场的产生原理,探讨了非破坏性脉冲强磁体的分析设计方法,包括磁体电阻、电感等基本参数的计算,磁体电路回路各参数对磁场波形的影响,磁体内磁场、温度和应力分布计算等。在磁体的放电计算中,主要分析了磁场波形的计算方法和脉冲强磁场在磁体以及周围空间的分布情况,同时也分析了集肤效应、磁阻效应和续流电阻对磁体温度分布的影响。在应力计算中,主要分析了磁体中导体的受力情况及由其诱发的技术问题,进而探讨了磁体结构的优化方案。 在以上工作基础上,利用有限元软件ANSYS对经过优化采用不同导体材料和加固材料的脉冲强磁体进行了数值仿真。仿真包括磁体在各种物理场中的表现,如磁场波形、温度分布、应力应变情况等等。对比实际磁体的试验运行情况,ANSYS对磁体的磁场计算和应力分布计算比较精确,具有一定的可靠性。与此同时,也对ANSYS在应用中的不足给出了若干评估。


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