为实现高功率电磁冲击波发生器箔片的优化设计,利用多物理场仿真工具COMSOL Multiphysics对箔片建模并进行仿真和优化。相较于高阶本征频率,箔片在一阶本征频率下振动时具有更大的振幅;提出了箔片形变收益最大点的概念,据此可分析箔片在不同激励下的转换效率并用于确定激励电路参数以实现高效输出;其后对3种不同结构的箔片的性能在仿真分析的基础上进行了比较讨论,得到了波纹结构箔片在同等激励下具有更大振幅的结论。论文工作对高效高功率电磁冲击波发生器的研制具有一定参考价值。激励脉冲功率1000W，工作于箔片高次模图1超声电磁冲击波发生器结构及其实验样件的金属箔片的机械振动响应特性进行分析，有助于实现对发生器高性能的优化设计。同时，该方法亦可用于对非传统形状箔片结构的研究。本文采用基于有限元法的多物理场数值分析软件COMSOLMultiphysics对电磁冲击波发生器箔片进行了仿真分析，本文由公司网站滚圆机网站采集转载中国知网资源整理!www.gunyuanji.name并对不同结构的箔片进行了对比讨论，为高效高功率电磁冲击波发生器的设计提供重要依据。1模型建立本文所讨论的是平板式电磁冲击波发生器，其基本结构如图2所示。多物理场设计优化-数控滚圆机滚弧机倒角机张家港电动滚圆机滚弧机折弯机激励线圈在实际的制作中是由铜箔绕制而成，外接能够产生高脉冲电流的充放电回路。箔片置于激励线圈上且固定在阻尼材质圆筒上。为了简化模型同时又能满足仿真需求，本文将激励线圈简化为单匝线圈。图2电磁冲击波发生器模型考虑到模型的对称性，减少软件的计算量，缩短仿真时间，可以在建模时选择二维轴对称。其模型如图3所示。虚线r=0是整个电磁冲击波发生器的中心轴。箔片半径为36mm，厚度为0．16mm，材料是紫铜，其材料常数如表1所示。同时设置箔片的边界条件，上下边界为自由边界条件，右边界为固定边界条件，多物理场设计优化-数控滚圆机滚弧机倒角机张家港电动滚圆机滚弧机折弯机左边界为轴对称边界条件。表1箔片的材料常数密度/kg·m－3杨氏模量/Pa泊松比电导率/S图32D仿真模型整体图及局部图2仿真分析本文首先通过模态分析和频率响应分析得出其频率特性，通过比较确定箔片输出功率最大时的激励频率。然后在该激励频率下，研究箔片在不同激励功率下的形变情况来确定激励线圈的最佳激励功率。2．1频率特性分析频率特性分析包括模态分析和频率响应分析。模态分析是分析机械结构的本征振动特性，每个模态具有特定的频率、阻尼比和振型本文将激励线圈简化为单匝线圈。图2电磁冲击波发生器模型考虑到模型的对称性本文由公司网站滚圆机网站采集转载中国知网资源整理!www.gunyuanji.name，减少软件的计算量，缩短仿真时间，可以在建模时选择二维轴对称。其模型如图3所示。虚线r=0是整个电磁冲击波发生器的中心轴。箔片半径为36mm，厚度为0．16mm，材料是紫铜，其材料常数如表1所示。同时设置箔片的边界条件，上下边界为自由边界条件，右边界为固定边界条件，左边界为轴对称边界条件。表1箔片的材料常数密度/kg·m－3杨氏模量/Pa泊松比电导率/S·图32D仿真模型整体图及局部图2仿真分析本文首先通过模态分析和频率响应分析得出其频率特性，通过比较确定箔片输出功率最大时的激励频率。然后在该激励频率下，研究箔片在不同激励功率下的形变情况来确定激励线圈的最佳激励功率。2．1频率特性分析频率特性分析包括模态分析和频率响应分析。模态分析是分析机械结构的本征振动特性，每个模态具有特定的频率、阻尼比和振型。频率响应分析是在模态分析的基础上，通过设置磁场边界条件，给激励线圈施加激励信号，分析箔片在不同载荷激励下的稳态响应。图4是软件中箔片的前三阶本征频率下的振型。图中数值在定量上无具体含义，仅表示一种变化趋势。表2是文献［6］中已给出周边固定的圆形箔片的理论计算结果与本文仿真的对比。两者的偏差是由于理论计算时对箔片厚度的简化造成的。频率响应分析涉及到电磁场与声场的耦合，这个耦合关系可以通过设置实现物理场实现:在磁场模块中，设置激励线圈的电流为10A，对箔片的下表面添加计算力边界条件;在固体力学模块中，对箔片的下表面添加边界载荷并选中Maxwell表面应力张量。图5(a)～(c)分别是激励频率为一阶、二阶和多物理场设计优化-数控滚圆机滚弧机倒角机张家港电动滚圆机滚弧机折弯机本文由公司网站滚圆机网站采集转载中国知网资源整理!www.gunyuanji.name