磁力耦合的案例
地磁作用下油氣管道力磁耦合仿真分析與實驗研究
摘 要：選取X80輸油氣管道作為研究對象，建立相應的磁力學模型，通過理論與實驗的方法，研究地磁場環境下復雜應力-磁通量的變化規律。首先，通過COMSOL有限元仿真軟件建立了X80管道模型，用Mises應力表征輸油氣管道不同內壓荷載作用下的應力值，設置地磁場強度為50μT的背景磁場，對輸油氣管道模型施加不同的內壓荷載，通過軟件計算分析，得出輸油氣管道壁上磁通量信號的分布情況。然后，通過對地磁場環境下輸油氣管道應力-磁通量耦合實驗進行分析，得出管道壁上磁通量信號隨復雜應力的變化情況，并對實驗數據進行分析處理。結果表明：在地磁場環境下，輸油氣管道的復雜應力在增大的過程中，其對應的磁通量信號也在增強，兩者呈線性相關。同時，通過實驗進一步驗證了理論模型與仿真結果的可靠性。
關鍵詞：油氣管道;磁力耦合;地磁場;磁通量;
0 引言
20世紀初期，Langevin開始將經典的力學理論與原子的磁疇結構有機結合起來，推導出了居里定律，一門磁學與力學交叉的學科磁力學研究開始進入許多學者的視野。Bozorth R M等[1]針對磁力耦合問題做了大量的實驗，其中包括鐵磁性材料在內壓荷載作用下對外界磁場產生影響的實驗，實驗結果表明外界磁場與構件材料應力變形之間的影響是一個可逆的過程。William F B[2]為了證實鐵磁性材料的磁化過程具備不可逆和磁滯特點，在之后對其進行不斷地探索研究。Craik D等[3]做了大量的磁機制效應實驗，實驗結果表明，應力對磁化的影響因素很多，不能片面地僅用磁疇轉動來說明，磁疇結構在應力作用下是一個分布不連續的變化。Jiles等[4]通過總結前人工作的經驗和結論，推導出了接近原理，該理論指出在管線鋼材料上施以循環應力，將使磁化強度沿著趨向于無磁滯磁化強度的方向發展，但同時此過程也產生不可逆性。
展開 在 COMSOL 中模擬 4 種常見的揚聲器驅動器
COMSOL 軟件的洛倫茲耦合 特征通過計算洛倫茲力和反電動勢來捕獲這種雙向效應。它是磁場 接口和固體力學 接口之間的多物理場耦合特征，用于將洛倫茲力從磁場 接口傳遞到固體力學 接口，并將感應電場從固體力學 接口傳遞到磁場 接口。洛倫茲力和感應電場使用下面的公式計算：
其中， 是電導率， 是施加的電場， 是動圈的速度， 是磁通密度， 是感應電場。總電流密度 ，包括來自外加電場和感應電場的貢獻，用于計算洛倫茲力 。
在對揚聲器驅動器進行建模時，通常會在音圈域中添加耦合，如揚聲器驅動器-頻域分析和揚聲器驅動器-瞬態分析教程案例所示。
在揚聲器驅動器–頻域分析教程示例中，使用 洛倫茲耦合特征對動態動圈換能器進行建模。
磁力作用力
平衡電樞接收器也由磁鐵、線圈和隔膜制成。但是，它是在完全不同的機理下運行的。在這類設備中，線圈是固定的，根本不會移動。
單個平衡電樞接收器包含一個小電樞(臂)，它被放置在一個音圈內，在兩個磁鐵之間保持平衡。當交流電流通過線圈時，電樞被磁化并處于麥克斯韋應力 下，即磁體之間存在的電磁力。該電磁力導致電樞振動并從一個磁鐵移動到另一個磁鐵。由于電樞連接到隔膜，其振動會傳遞到隔膜上，從而產生聲波。
平衡電樞接收器，利用磁體之間的麥克斯韋應力來觸發振動。
這個物理現象可以用 COMSOL 軟件中的磁力耦合 特征捕獲。該特征是磁場 接口和固體力學 接口之間的另一個多物理場耦合，用于計算施加在磁化可變形固體上的麥克斯韋應力，以及結構變形對材料磁化的影響。應力包括導致固體變形的兩個分量：磁化體內存在的應力，以及與周圍磁場相互作用產生的應力。前者被建模為體載荷，后者被當作一個實體外部邊界上的邊界載荷施加。
對于有限變形，固體中電磁應力和材料磁化強度的表達式可以使用下面被稱為 磁焓 的熱力學勢導出：
其中， 和 分別是自由空間和相對磁導率。
展開 磁力泵的傳動原理與結構特點
一、磁力泵的概念
磁力驅動泵是應用永磁傳動技術原理實現力矩的無接觸傳遞的一種新型無密封泵。其主動軸和從動軸之間不存在機械聯接， 結構中不需動密封存在， 所以該型泵無密封、可實現零泄漏。磁力驅動泵由泵、磁力傳動器、磁力傳動泵的特有結構部分和電機組成。其關鍵部件磁力傳動器由外磁轉子、內磁轉子和不導磁的隔離套組成。
磁力傳動裝置示意圖
二、傳動原理
根據磁場能穿透空氣隙和非磁性介質原理，當電機帶動外磁轉子旋轉時，通過磁力線的作用耦合了與葉輪相聯的內磁轉子作同步旋轉，實現了力矩的非接觸式傳遞，由原來常規泵的一根軸加設軸封部件改為兩根軸加設隔離套結構，將動密封轉化為靜密封，泵軸、內磁轉子被泵體、隔離套完全封閉，從而徹底解決了介質的泄漏問題，也徹底解決了“跑、冒、滴、漏”問題，消除了煉油化工行業易燃、易爆、有毒、有害介質通過泵密封泄漏的安全隱患，有力地保證了職工的身心健康和安全生產。
三、磁力泵的工作條件
磁力泵輸送介質的密度不大于1300kg/m3，粘度不大于30×10-6m3/S的不含鐵磁性和纖維的液體。
展開 注意！這些PCB布局陷阱會毀掉你板子
因此，緊湊的電路布局和降低耦合之間的最佳平衡是正確排列所有電感的方向。
圖1. 由磁力線可以看出互感與電感排列方向有關
對電路B的方向進行調整，使其電流環路平行于電路A的磁力線。為達到這一目的，盡量使電感互相垂直，請參考低功率FSK超外差接收機評估 （EV）板（MAX7042EVKIT）的電路布局（圖2）。
該電路板上的三個電感（L3、L1和L2）距離非常近，將其方向排列為0°、45°和 90°，有助于降低彼此之間的互感。
圖2. 圖中所示為兩種不同的PCB布局
其中一種布局的元件排列方向不合理（L1和L3），另一種的方向排列則更為合適。
綜上所述，應遵循以下原則：
電感間距應盡可能遠。
電感排列方向成直角，使電感之間的串擾降至最小。
引線耦合
如同電感排列方向會影響磁場耦合一樣，如果引線彼此過于靠近，也會影響耦合。這種布局問題也會產生所謂的互感。
RF電路最關心問題之一即為系統敏感部件的走線，例如輸入匹配網絡、接收器的諧振槽路、發送器的天線匹配網絡等。
返回電流通路須盡可能靠近主電流通道，將輻射磁場降至最小。這種布局有助于減小電流環路面積。返回電流的理想低阻通路通常是引線下方的接地 區域—將環路面積有效限制在電介質厚度乘以引線長度的區域。
展開 
