点焊电磁场强度测量及其仿真

摘要

电阻点焊焊接过程中,焊接电流通常达到几千至几万安培,而每一个焊接循环焊接电流都在不断变化,因此在焊接回路周围产生强烈的时变电磁场。研究表明长期暴露在电磁环境下,电磁环境对人体产生累积效应,对人体产生不利影响。目前,国家标准委员会正致力于制定适合我国国情的焊接电磁环境标准,预防和减少该类电磁场对操作及相关人员的危害。 本课题结合电磁场基本理论,设计了适合于点焊焊接电磁场的测量系统,并采用建模仿真的方式模拟点焊电磁场空间分布。本课题设计的时变磁场测量系统由上下位机构成,下位机选用美国国家仪器公司的USB-6251产品,配合自制的磁场传感器,完成对磁场信号的多路、多点采集；上位机为通用PC机,利用NI公司虚拟仪器等完成对采集到的数据进行滤波及时域、频域显示、保存等功能。磁场建模仿真采用ANSYS电磁场有限元分析软件,结合点焊参数对焊接过程电磁场进行建模仿真。根据焊接电磁场的研究意义,建模仿真采用焊接电流频谱信息进行谐波分析在课题研究过程中,针对不同类型的交流点焊机、直流点焊机进行测量与建模仿真,对所得测量值和模拟值综合分析,总结得到点焊电极周围电磁场分布的基本特点。 本课题重点在于磁场测量的设计,该系统可以实现点焊过程电磁场的同步分析,通过一系列的测量试验与仿真结果的对比,初步证实了自制磁场传感器在测量点焊电磁场方面的可行性；所建立的磁场测试系统具有软硬件结合的特点,重复性较好,随着焊接电磁场研究的进一步深入,本测试系统的优势也将进一步发挥。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题的研究背景及其意义

1.2点焊过程中磁场测试范围

1.3焊接电磁环境的研究热点

1.4磁场测量的意义和电磁测量发展史

1.4.1磁场测量的意义

1.4.2国内外相关标准

1.4.3电磁测量发展史

1.5本课题进行的主要内容

第2章电磁场测量及仿真的相关理论

2.1磁场测量技术的基础

2.2磁场测量的方法

2.3电磁场数值计算方法的概述

2.3.1有限差分法

2.3.2有限元法

2.3.3模拟电荷法

2.4时变电磁场的方程组

2.4.1电磁场的基本方程

2.4.2电磁场的边界条件

2.5小结

第3章点焊交变电磁环境特点及系统设计要求

3.1电阻焊方法及设备

3.2焊接电磁场环境特点

3.3焊接环境电磁辐射源

3.4电磁环境测试系统需求分析

3.4.1系统的功能要求

3.4.2系统应具备的性能

3.5系统设计

3.5.1硬件系统

3.5.2软件系统

3.6磁场探测线圈的设计

3.6.1探测线圈的构成

3.6.2探测线圈的频率特性分析

3.6.3实验条件

3.6.4测量过程

3.7磁场测量系统中干扰和抑制措施

3.8本章小结

第4章点焊电磁场测试结果分析

4.1测试对象和测试方法

4.1.1测试对象

4.1.2测量方法

4.2工频交流测试结果分析

4.2.1测试结果

4.2.2测试位置的不同对测试结果的影响

4.2.3结论

4.3中频逆变点焊机测量结果

4.3.1测试结果

4.3.2通电瞬间空间磁场分布

4.3.3不同测试位置点对测试结果的影响

4.4本章小结

第5章点焊电磁场的数值模拟仿真

5.1 ANSYS软件介绍

5.1.1电磁场求解的有限元方法

5.1.2 ANSYS电磁场分析

5.1.3 ANSYS软件的电磁场分析过程

5.2点焊电磁场仿真原理

5.2.1 ANSYS电磁场分析对象

5.2.2点焊过程电磁场

5.2.3点焊电极简化模型

5.2.4点焊电磁环境边界条件

5.3点焊电极周围电磁场仿真结果

5.3.1单相交流点焊机仿真结果

5.3.2钳式中频逆变点焊机仿真结果

5.4实际测量结果与仿真结果比较

5.5小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢