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关键词： 石英晶体谐振器   磁场   力-频效应   有限元方法   预应力模态   磁-弹性耦合  

摘要： 石英晶体谐振器是现代电子通信信息系统中频率基准源的核心元器件,随着航空、航天、电子、通信和机械等领域中相关技术的发展,对石英晶体谐振器的精度要求越来越高。提高石英晶体谐振器频率的稳定度,已经成为一个重要的问题。 降低寄生振动克服外界干扰本文从理论和实验两方面入手研究石英晶体谐振器的稳定问题,一方面,采用有限元方法研究石英晶体谐振器的振动模态,另一方面,采用实验方法研究石英晶体谐振器受磁场影响的机理。论文的主要工作如下： 1.探索了有限元分析方法在高精度石英晶体谐振器设计中的应用。本文基于压电振动理论,运用有限元方法分析了圆盘式AT切石英晶体谐振器在自由边界条件下的三维振动模态,仿真结果与文献报道的采用X射线拍摄的实验结果基本吻合,验证了该方法的可靠性。该方法不但可以获取石英晶体表面的振动位移分布信息,而且还可以清楚地观察到边缘的振动模态,从而有助于了解寄生耦合模态的存在状况。借助该方法的这一特点,发现在AT切石英晶体谐振器中厚度剪切振动模式起主要作用,但同时伴随了较强的面剪切振动和弯曲振动等寄生振动,针对这些寄生振动对石英晶体谐振器性能的影响,本文利用模态分析法对SMD(贴片式)石英晶体谐振器中的方形石英晶片长/宽尺寸进行了优化设计,通过分析不同尺寸下石英晶体谐振器的振动位移分布状态,寻求晶片的最佳尺寸以抑制寄生振动的干扰,从而优化石英晶体谐振器的温-频和阻抗特性,该方法已在实际产品的设计研发中得到了验证,并取得较好的应用效果。 2.采用有限元分析方法研究预应力条件下石英晶体谐振器的振动模态。通过有限元方法仿真计算AT切石英晶体谐振器在自由状态下前8阶的振动模态,并与文献报道的实验结果进行比对,验证了该方法的可靠性。在此基础上仿真计算了AT切石英晶体谐振器在不同方位角约束条件下的振动模态,发现谐振器的主要振动方向随着不同约束角度的改变而改变；进一步,本文研究了AT切石英晶体谐振器在不同方位角施加对径力条件下的振动模态,发现不仅谐振器的主振方向随着对径力角度的改变而改变,而且其主振中心也随着对径力角度的改变发生相应的偏移。仿真结果发现在0°和180°方位角施加对径力时厚度剪切振动会加强同时寄生振动也相应得加强,相反在60°和120°方位角施加对径力时所有方向的振动位移与自由振动模态相比变化不明显。该方法获取的频率变化量与文献报道的石英晶体谐振器的力-频效应实验结果基本一致。以上分析结果对于石英晶体谐振器的点胶位置的选取设计以及基于石英晶体的加速度等力学传感器的研发有一定的参考价值。 3.探讨了石英晶体谐振器在静磁场中频率发生漂移的机理。通过将复杂结构的石英晶体谐振器分解为几种简单的谐振器结构,分别从实验上研究这几种简单结构的石英晶体谐振器在静磁场中的频率变化,从而阐明了石英晶体谐振器在静磁场中频率发生漂移的机理,并结合有限元方法建立一种基于磁-弹耦合原理的物理模型,对石英晶体谐振器在静磁场中的应力分布进行仿真分析,进一步明确了静磁场对石英晶体谐振器频率的影响作用机制。 4.研究了工频交变电磁场对石英晶体谐振器的影响。通过对石英晶体谐振器施加不同强度和不同方向的工频交变电磁场,观测到石英晶体谐振器在不同强度和不同方向工频交变电磁场的影响下其频率的变化规律；利用阻抗分析仪,对石英晶体谐振器在工频交变电磁场中Butterworth-can-Dyke (BVD)等效电路参数(静态电容、动态电容、动态电阻等)的变化进行分析,从而阐明了石英晶体谐振器在工频交变电磁场中频率变化的机理。

关键词： 涡流传感器   静动态建模   非线性补偿   动态补偿   有限元仿真  

摘要： 船舶焊缝的焊接缺陷是安全航行的重要隐患，涡流传感器可有效用于检测焊接裂纹，根据测量结果对焊接缺陷进行评估分析，以保证船舶安全航行的可靠性。涡流传感器的检测性能对检测结果有至关重要的影响，因此对涡流传感器的检测性能进行深入地分析和研究具有重要的现实意义。 本文从涡流传感器的工作原理出发，针对如何有效提高涡流传感器的检测性能从涡流传感器静动态特性的建模与补偿、涡流电磁场有限元仿真分析两方面入手开展研究，相关工作包括： 1）为了获取涡流传感器实际的静态特性和动态特性，分别采用BP神经网络和函数链神经网络建立涡流传感器的静态模型，采用RBF神经网络、LS-SVM和GA-LS-SVM建立涡流传感器的动态模型，并对不同方法的建模效果进行分析比较，根据不同的要求选择合适的建模方法。 2）在涡流传感器静动态模型的基础上分析其静动态特性。针对静态模型中明显的非线性特征，采用在传感器后面串接补偿环节的方法进行非线性补偿，补偿环节为传感器的逆模型，该逆模型分别由BP神经网络和函数链神经网络方法获得，两者都取得了良好的补偿效果；为进一步改善传感器的动态检测性能，分别采用超前校正和神经网络逆模型（RBF神经网络和LS-SVM）两种方法对涡流传感器进行动态补偿，比较了不同方法的优缺点。 3）基于Ansoft Maxwell软件建立了涡流传感器的有限元仿真模型，分析了涡流传感器在检测过程中的影响因素，提取了缺陷存在时的不同坐标轴上的磁场分量，并对特征量进行了分析，找出了缺陷长度、深度和埋藏深度与坐标轴特征量的对应关系，在此基础上能够判断出是表面缺陷还是内部缺陷。为缺陷的定量分析和分类提供了有价值的参考。 本文完成的是涡流检测系统样机开发，尤其是在其数据处理和仿真分析方面开展的前期研究工作。由于时间紧、任务重，相关研究工作还有不少地方需要进一步完善和深入，今后研究的重点在本文结论部分进行了说明和补充。

ISBN: (纸本)9787517005728

关键词： 电磁场   教学方法改革   研究型课型  

摘要： 针对电磁场教学与实践环节表现出来的问题与不足,运用"研究型"课型及相关教学理论与教育方法,对大学本科电磁场课程进行教学改革。改革目标以学生作为学习过程的主体,充分发挥教师的主导性,建立理论教学与科学研究及工程实际的联系,营造出类似科学研究的氛围,激发学生的学习兴趣。改革根据实际情况综合多种教学方法修订电磁场教学与实验体系,改革传统的教学方法,开设基础验证性、综合性和研究性实验项目,进行电磁场课程实践教学改革的探索,并以新型的考核体系全面衡量理论教学与实践教学的成果,从而提高电磁场理论环节及实践环节的教学质量。

关键词： 结晶器   流场   电磁场   电磁搅拌   数理模拟  

摘要： 结晶器作为连铸生产过程中净化钢质的最后一个环节,其内部钢水流动形态对夹杂物的排除、保护渣的卷入、凝固坯壳的形成及其组织结构等都有重要的影响。在结晶器尺寸一定的条件下,确定合适的水口结构及其浸入深度,获得合理的流场,对于提高铸坯质量和安全生产具有重要意义。某公司计划生产350mm×320mm,350mm×250mm,220mm×220mm三种断面铸坯,本实验主要根据物理模拟并结合数值模拟为不同断面铸坯确定合理的工艺参数和电磁搅拌参数,设计合适的水口结构。主要结论如下：(1)提高拉速结晶器内流股冲击深度增加,以及液面不稳定,对于350mm× 320mm断面铸坯,浸入深度100mmm,拉速大于0.9m/s时,出现卷渣现象。(2)生产350mm×320mm断面铸坯,拉速为0.8m/s,增加水口浸入深度有助于减小液面波动,但增加了向下冲击深度,这不利初生坯壳的长大和夹杂物、气泡的上浮。为了获得合理的流场,建议水口插入深度控制在80-120mmm之间。(3)增加浸入式水口内径,液面无明显变化,冲击深度变小。(4)生产350mm×320mm断面铸坯,拉速为0.8m/s,水口浸入深度为100mmm时,采用直通型水口液面波动小,冲击深度大。采用双侧口水口,液面活跃,对壁面冲击严重,容易发生漏钢事故。(5)断面350mm320mm,350mm×250mm铸坯采用直通型水口(φ=45mmm),断面220mm×220mm铸坯采用直通型水口(φ=25mm)。(6)加电磁搅拌后,流股冲击深度明显变浅,自由液面更加活跃。结晶器内流场得到明显改善,有利于扩大铸坯内部等轴晶所占的比率,减少中心偏析、中心疏松、中心缩孔等缺陷。(7)对于350mm×320mm断面铸坯,拉速为0.8m/s,水口浸入深度为100mmm,电磁搅拌参数为400A、3Hz时,结晶器中心截面最大切向速度达到了0.45m/s,在此速度下能产生了足够大的离心力和剪切力,有效地折断枝晶,同时清刷凝固面前沿。顶表面最大切向速度为0.041m/s,液面波动合理,弯月面附近的钢水有一定的流动速度,使保护渣熔融良好。

ISBN: (纸本)9787121212239

关键词： 等离子鞘套   黑障   衰减   电磁场  

摘要： 航天飞行器在再入大气过程中，由于其高速运动，飞行器表面被一定厚度的等离子层所包覆，称为等离子鞘套。等离子鞘套对电磁波具有反射、散射与吸收作用，对飞行器的通信产生影响，严重时甚至会导致通信中断，即出现黑障现象。研究如何减弱等离子体对电磁波的衰减作用对再入过程中航天飞行器的安全返回具有重要意义。 本文分析了再入通信的影响因素，主要是电磁波频率、等离子体密度、等离子体粒子碰撞频率。建立相应模型，根据给定的等离子体特性参数，进行计算仿真。分析电磁波在均匀磁化等离子体中的衰减特性；分析外加电场、电磁场对等离子体电子密度分布的影响以及对减缓通信黑障的作用。针对RAM-C试验数据，对于GPS信号分析外加磁场、电场、电磁场减缓黑障的作用。 电磁波在均匀磁化等离子体中传播，在强磁场下电磁波透射功率增加，能够较好的减小等离子体对电磁波的衰减作用；等离子体外加电场、电磁场，在负电极附近形成低电子密度区域，由于等离子体电子密度越低对电磁波的衰减作用越小，因此电子密度降低有利于电磁波的传播，减小通信黑障区高度。仿真结果表明，在低碰撞频率条件下，当等离子体电子密度在不高于1011cm-3量级时，外加电场、电磁场能够形成一个有效宽度的低电子密度区域，从而有助于减缓再入通信的黑障现象。

关键词： 汽轮发电机   端部结构   冷却结构   损耗   流体场   温度场  

摘要： 作为发电站中的重要能源转换装置，汽轮发电机一旦发生故障不仅影响电力系统的可靠性，还会造成巨大的经济损失。电力系统负荷处于低谷时，其过剩无功导致电网电压升高，为了保证供电质量，要求发电机具有进相运行的能力，以便吸收电网中多余的无功。发电机进相运行深度过大，会造成端部磁场过高，电机端部结构件发热严重。此外，水-氢-氢汽轮发电机运行中发生的定子绕组空心股线堵塞以及断水，会造成定子绕组冷却能力下降，局部温度过高。上述问题，都会对发电机的安全稳定运行带来影响。通过研究汽轮发电机不同端部结构和定子冷却结构对电磁和温度分布的影响规律，优化电机结构，对降低发电机损耗，改善电机内温度分布，提高发电机的运行寿命具有重要的意义。 本文对水-氢-氢汽轮发电机定子端部采用不同阶梯段铁心结构、不同端部绕组结构尺寸及进相运行深度对端部磁场分布和结构件损耗大小的影响开展了研究，对定子绕组空心股线堵塞及断水运行下绕组温度变化进行了分析，通过实测数据验证了三维电磁场和温度场求解方法和求解结果的正确性。 首先，对水-氢-氢汽轮发电机有效段区域二维电磁场进行了计算，采用双收敛迭代方法，确定了发电机额定运行时励磁电流和功角。针对发电机端部复杂结构，建立了包括4段阶梯段铁心的端部电磁场计算模型，采用三维时步有限元方法得到了端部阶梯段铁心的磁场分布和铁耗数值，给出了端部阶梯段铁心区域定转子气隙处磁场沿着轴向的变化规律，对比分析了端部漏磁场对阶梯段铁心损耗的影响程度。建立发电机端部采用不同阶梯段结构与不采用阶梯段结构电磁场数学模型，揭示几种结构下发电机端部铁心段齿部磁密的分布规律，研究几种结构对端部铁心损耗和结构件涡流损耗的影响程度，为汽轮发电机的端部结构优化设计提供重要参考。 其次，对发电机定转子端部绕组尺寸变化对端部结构件涡流损耗、阶梯段铁心铁耗及端部区域磁场分布规律的影响进行了研究。计算分析了发电机定转子端部绕组伸长量不变、定子绕组端部直线段伸长和转子绕组端部直线段伸长三种结构下端部结构件涡流损耗的变化情况，确定了定子和转子绕组端部直线段伸长对端部气隙磁密的影响程度，研究了三种结构下压圈合成磁密及其轴向和径向分量的变化规律，揭示了端部绕组结构对阶梯段铁心发热的贡献程度。 再次，针对汽轮发电机进相运行端部损耗过大的问题，对发电机端部电磁分布和损耗大小随进相深度的变化规律进行了研究。在计及铁心饱和等因素下，确定了转子励磁电流和功角随进相深度的变化情况；对比分析了发电机进相深度对端部结构件涡流损耗和定子端部铁心损耗的影响程度，综合评估了发电机不同进相深度下的安全运行能力；探讨了发电机进相运行工况下，端部压指、压圈和铜屏蔽磁密在不同位置的分布趋势，为发电机进相运行情况下端部不同区域的磁场和涡流损耗的分布及大小提供运行参考依据。 最后，对水-氢-氢汽轮发电机定子绕组空心股线堵塞及断水故障下定子温度分布、绝缘热承受能力及发电机断水运行温度随时间变化规律开展了研究。建立了定子三维共轭传热耦合计算模型，确定了共轭传热的边界条件，计算得到了发电机正常运行下的绕组温度分布，分析了空心绕组冷却能力对绕组股线绝缘温度分布的影响；研究了定子绕组空心股线发生堵塞时，堵塞股线位置和堵塞根数对定子绕组最高温度的影响程度，给出了空心股线堵塞情况下绝缘的热承受能力；提出空心股线交错式冷却新结构，研究了新冷却结构对空实心股线涡流损耗的影响程度，得到了新冷却结构对降低堵塞故障下绕组最高温度的贡献程度；此外，研究了两种冷却结构发电机断水运行时，定子股线和空心绕组内冷却水的温度随时间的变化规律，对发电机断水运行时间进行了评估。

关键词： 江泽佳   重庆大学   电工学科   电机系   先生   学位授权点   电磁场理论   电磁学   博士生导师   高校教材   求真务实   博士学位授予权   专家   崇明  

摘要： 他的一生,严谨治学,勤于思考,潜心研究;在撰写教材和专著方面,他取得累累硕果,为重庆大学赢得了极高的声誉;在他的带领下,国务院学位委员会批准重庆大学成为首批学位授予单位,并且批准理论电工学科拥有博士学位授予权,这是重庆大学第一个博士学位授权点。他,就是曾担任重庆大学校长的老教授江泽

关键词： 电磁场   污垢热阻   不等时距的灰色模型   新陈代谢   预测  

摘要： 以自行设计的实验平台为基础,通过获得的不同频率电磁场作用下实验管的污垢热阻及水质参数,建立了电磁场作用下循环水污垢热阻的新陈代谢不等时距加权预测模型和拓灰色预测模型。利用实验数据分析了2种模型的预测精度,拓灰色预测模型较不等时距加权预测模型预测精度更高,计及实验不确定度,预测结果表明2种模型的预测精度均在92%以上,能较精确预测污垢热阻的变化趋势,适应水质参数及环境的变化,为建立多水质参数的数学模型及探索电磁抑垢机制提供参考。