任意波形脉冲磁场下电磁力特性研究

摘要

为了建立一个描述任意波形脉冲磁场下电磁力特性的通用数学模型,利用数学解析法推导建立任意波形周期脉冲电磁力的模型和理论解.利用此模型考察了三角脉冲磁场下电磁场和电磁力周期变化规律、脉冲频率和占空比对电磁力的影响.结果表明，任意波形周期脉冲磁场可通过时谐场叠加得到,各个时谐场的频率为基频的整数倍.三角脉冲电磁力方向呈现交替变化,并且其电磁压力绝对值大于电磁拉力.在脉冲磁场某时间段内，介质内部同时存在电磁拉力和电磁压力.随着脉冲频率增大或占空比减小,电磁压力与电磁拉力都增大,电磁力换向时间减小,但是电磁压力增幅远大于电磁拉力.枝晶破碎使脉冲磁场细化晶粒组织的机理之一，枝晶在交替变化的脉冲电磁力作用下,可视作产生疲劳损失，因此脉冲磁场电磁力特性能够增加枝晶破碎的几率。一方面可以通过设计调整脉冲频率和占空比获得满足细化凝固晶粒组织所需电磁力;另一方面当脉冲电磁力足以使枝晶破碎时,降低脉冲频率或增大占空比,以便脉冲电磁力作用深度大,从而使凝固细化作用效果更佳.