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电磁成形技术作为高能、高效率技术有着传统成形方法所不能比拟的优越性,在工业生产中应用十分广泛。
本课题重点研究了电磁涡流力计算的模拟方法及其在焊接成形中的应用,初步对外加激励源在焊接钢板中产生的磁场、涡流场及力场进行了模拟计算,计算结果为焊接熔池成形的研究奠定了理论基础。
首先建立了电磁线圈的三维模型,运用麦克斯维尔方程的积分形式对模型中钢板和空气包交界处的边界条件进行了分析,运用电磁有限元分析方法中的涡流区控制方程对钢板内涡流场域解的唯一性进行了证明。应用电磁场有限元仿真软件Ansoft MAXWELL对电磁线圈所产生磁场、涡流场进行了有限元仿真模拟。最后把Ansoft MAXWELL仿真得到的电磁数据,运用在MATLAB数学仿真软件中,对电磁涡流力进行模拟运算,得到其大小和方向的仿真结果。在电磁涡流力数值计算过程中,分别以外加激励源的电流、频率以及线圈模型参数作为主要研究对象,分析其对电磁涡流力的影响关系。
在实验验证中,把对电磁涡流力的计算结果应用在焊接熔池成形中。在外加磁场焊接中,熔池成形效果优于未加磁场焊接。根据仿真计算和实验结果,可以得出在材料成形中,电磁涡流力对其成形有一定的促进作用。