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时变磁场下导电结构的电—磁—热—力行为分析

徐榜  
【摘要】: 本文针对电-磁-力-热多场耦合问题,对在时变磁场作用下的导电板的振动和应力等特性,建立了相应的理论分析和有限元分析模型,并进行了定量的研究。 首先从导电介质所满足的电磁学、热学、弹性力学的基本定律和方程出发,建立了导电体弹性介质在电磁场与变温场作用下的力学基本方程,包括采用T法建立的与位移、磁场耦合的涡电流初边值问题,由涡电流热效应引起的温度场初边值问题,以及热磁弹性力学的基本方程。在此基础上,针对圆板这一具体结构,给出了其在磁场、温度场作用下的理论分析模型。并利用该理论分析模型,采用磁弹性的线性化理论和贝塞尔级数展开方法,对圆板的磁弹性动力、电磁力、应力、温度变化等问题进行了分析与研究。 然后,进一步分析了导电悬臂梁的在脉冲磁场的磁弹性耦合力学行为;通过对导电结构的磁场、温度场及变形场三个子系统分别建立相应的有限元分析模型,采用迭代算法处理场与场间非线性耦合效应,建立了导电结构的电-磁-力-热多场分析的有限元模型,并对外加磁场中导电矩形板的磁弹性振动实验进行了数值模拟,给出了磁弹性动力响应特征、涡电流密度分布、温度分布和最大挠度变化曲线。这些研究结果为工程实际中电磁工艺的改进以及导电结构的安全设计和可靠性评估提供依据和参考。


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