電磁脹環(huán)高速變形過程多物理場耦合分析及其測量技術研究.pdf

1、電磁成形技術是目前突破傳統(tǒng)輕質(zhì)鋁合金成形制造工藝缺陷的極具潛力的技術之一。但是，電磁成形過程是一個由電磁場、結構場、溫度場等多物理場耦合作用下的物理過程，其成形過程復雜，材料在多場作用下，其變形性能也得到改變，其成形機理十分復雜。而電磁脹環(huán)是一種可視為處于環(huán)向單向拉伸狀態(tài)的電磁成形過程，其結構高度對稱，各物理場分布均勻，分析難度較小。因此，本研究基于電磁脹環(huán)實驗，對電磁脹環(huán)過程當中各物理場的相互耦合進行分析，并建立電磁脹環(huán)有限元仿真模型

2、，對電磁脹環(huán)過程當中的關鍵物理量——金屬環(huán)工件渦流、金屬環(huán)工件高速變形的徑向位移搭建測量系統(tǒng)并進行測量。
　　本文選用電磁脹環(huán)作為研究模型，對電磁成形過程中，電磁場、結構場、溫度場等多物理場的耦合作用進行了分析。對電磁脹環(huán)實驗平臺的驅動電路進行了建模，對成形線圈和金屬環(huán)工件的電磁過程進行了分析，對金屬環(huán)工件的受力過程和運動狀態(tài)進行了簡化分析，對電磁成形過程的熱能來源以及溫度變化對材料的影響進行了探討。然后利用COMSOL Mult

3、iphysics多物理場建模與仿真軟件對電磁脹環(huán)模型進行了2D軸對稱建模，對電磁脹環(huán)過程進行了數(shù)值模擬分析。
　　在電磁脹環(huán)過程中，由于成形線圈中的電流變化而在金屬環(huán)工件中產(chǎn)生了感應電流，從而使得金屬環(huán)工件受到了相應的電磁力作用。對該感應電流的測量對于分析金屬環(huán)工件在高速變形中的受力和應力應變十分重要。由于任何物理接觸都會對金屬環(huán)工件中感應電流的產(chǎn)生影響，而羅科線圈又是一種良好的非接觸式電流傳感器，因此，本文提出了一種基于羅科線圈

4、的間接測量法對金屬環(huán)工件中的感應電流進行測量，并分析了其測量原理，設計了一套基于該原理的的渦流測量系統(tǒng)，使用間接測量法所需要的羅科線圈進行了電磁脹環(huán)渦流測量實驗，并將實驗結果與有限元仿真結果進行了對比。
　　針對電磁成形過程中，金屬工件高速變形行為研究中的位移測量難題，本文提出了一種基于電磁探針的電磁脹環(huán)高速位移測量方法，并分析了其測量原理，設計了一套基于電磁探針的高速位移測量系統(tǒng)。通過測量金屬環(huán)工件中的感應渦流在電磁探針中產(chǎn)生的