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磁场作用下铁磁梁式板的动力行为分析

祁发强  
【摘要】: 在工程实际中,处于强磁场作用下的电磁装置及结构(如:托卡马克核聚变装置的第一壁结构,超导载流线圈,新型的电磁成形的加工工件等)在工作或运行时,结构将会受到磁场的影响而产生磁力使结构发生磁弹塑性变形,当外加磁场值超过某一极限值时,结构将会发生塑性变形,对结构的安全造成严重的影响,因此探讨磁场作用下铁磁结构的弹塑性动力响应和动力稳定性特征是十分有必要、有意义的研究。 本文首先推导了不可移铁磁简支梁式板的磁弹塑性动力控制方程,然后基于磁场摄动方法,得到了铁磁梁式板在磁场中的磁力表达式,结合相关的塑性力学理论知识,基于龙格-库塔方法和等效的夹层梁模型,对在磁场作用下的铁磁梁式板的动力响应特征进行了定量的数值模拟,得出了铁磁梁式板的磁弹性振动的频率,振幅,振动的平衡位置等与外加磁场角度之间的关系,以及在强脉冲磁场作用下铁磁梁式板将发生动力失稳现象并发生塑性变形,探讨了铁磁梁式板在脉冲磁场作用下的动力稳定性区域等;研究结果表明:在斜磁场作用下,铁磁梁式板动力响应中的二阶模态振动与一阶模态同样占有主导地位,对铁磁梁式板构型产生不可忽略的影响;在磁脉冲持续时间、磁脉冲峰值相同的情形下,铁磁梁式板发生动力失稳时,矩形磁脉冲对应的临界磁场值最小,依次为锯齿形磁脉冲,三角形磁脉冲,正弦形磁脉冲;相对于理想弹塑性材料铁磁板,线性强化材料铁磁板更难以发生动力失稳现象和进入塑性状态,且这一力学特性会随着其强化系数的增大而更加明显;本文还定量的给出了发生塑性变形的铁磁梁式板在脉冲磁场作用结束后的残余构型等力学特征。


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