磁力學(xué)的案例
地磁作用下油氣管道力磁耦合仿真分析與實(shí)驗(yàn)研究
何騰蛟等[8]建立了埋地鐵磁管道非接觸磁應(yīng)力信號(hào)理論模型，通過(guò)自主研制的非接觸掃描磁力計(jì)識(shí)別出磁異常管段。玄文博等[9]依托Maxwell仿真軟件對(duì)X80鋼管道樣板進(jìn)行靜態(tài)磁化和動(dòng)態(tài)退磁仿真研究，分析了X80鋼的磁化和退磁現(xiàn)象,獲取了X80鋼的磁化特性曲線(xiàn)。鄭福印等[10]對(duì)鐵磁性材料力磁耦合關(guān)系進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，推導(dǎo)出應(yīng)力與材料磁導(dǎo)率的函數(shù)關(guān)系，對(duì)管壁切向應(yīng)力信號(hào)與管壁表面切向磁場(chǎng)分別進(jìn)行了測(cè)量。翁光遠(yuǎn)等[11]針對(duì)輸油氣管道應(yīng)力檢測(cè)問(wèn)題，采取了局部磁化技術(shù)和磁通量測(cè)量技術(shù)，得出了不同應(yīng)力狀態(tài)下，強(qiáng)磁場(chǎng)中的磁通信號(hào)和應(yīng)力的理論模型，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和應(yīng)用。
這些研究成果加速了磁力學(xué)理論及應(yīng)用的發(fā)展進(jìn)程，并使得有關(guān)輸油氣管道磁力學(xué)的研究也越來(lái)越多，但是由于管道力磁檢測(cè)理論與技術(shù)還不夠成熟，需要在這方面開(kāi)展更深入的研究[12]。
1 應(yīng)力-磁通量耦合模型
輸油氣管道以X80型管線(xiàn)鋼材料為研究對(duì)象，在MATLAB中模擬得到地磁場(chǎng)環(huán)境下輸油氣管道的復(fù)雜應(yīng)力與磁化強(qiáng)度之間的關(guān)系，如圖1所示。由圖1可以看出，輸油氣管道受復(fù)雜應(yīng)力作用時(shí)，復(fù)雜應(yīng)力逐漸增大，磁化強(qiáng)度先快速增大，到達(dá)磁飽和點(diǎn)后，磁化強(qiáng)度逐漸出現(xiàn)退磁現(xiàn)象。
圖1 管道應(yīng)力磁化曲線(xiàn)
在地磁場(chǎng)環(huán)境下，輸油氣管道的復(fù)雜應(yīng)力與相對(duì)磁導(dǎo)率的關(guān)系如圖2所示。由圖2可以看出，在地磁場(chǎng)環(huán)境下，相對(duì)磁導(dǎo)率隨復(fù)雜應(yīng)力的增加而逐漸增大，基本呈一一對(duì)應(yīng)的線(xiàn)性關(guān)系。
圖2 管道復(fù)雜應(yīng)力磁導(dǎo)率曲線(xiàn)
2 輸油氣管道磁力學(xué)模型仿真分析
本文采用MATLAB的COMSOL Multiphysics工具箱進(jìn)行建模，通過(guò)內(nèi)部嵌入的CAD建模工具直接在軟件中建立輸油氣管道模型，設(shè)置管道外壁直徑為508 mm、管壁厚度為10 mm、拉伸管道長(zhǎng)度為600mm的三維空間管道模型，如圖3所示。
展開(kāi) 科學(xué)家用4D打印發(fā)明新型“超材料”
同時(shí)，通過(guò)對(duì)單個(gè)磁流變桿的制作和測(cè)試，他們還開(kāi)發(fā)了一個(gè)經(jīng)驗(yàn)校準(zhǔn)的模型，用來(lái)預(yù)測(cè)FRMM網(wǎng)格的磁力學(xué)響應(yīng)，為未來(lái)的設(shè)計(jì)優(yōu)化工作提供支持。
此外，他們還創(chuàng)造了一種以3D打印技術(shù)和可控流體輸送方法為基礎(chǔ)的新制作流程，未來(lái)的FRMM可能由主動(dòng)尋址的微流體網(wǎng)絡(luò)組成，其中MR流體組成可以在空間和時(shí)間上進(jìn)行調(diào)整，以進(jìn)一步擴(kuò)展設(shè)計(jì)和可訪(fǎng)問(wèn)的屬性空間。此外，磁場(chǎng)調(diào)整可以增強(qiáng)方向控制，適用于更廣泛的變形模式和應(yīng)用環(huán)境。最終，F(xiàn)RMM可能被廣泛應(yīng)用于一系列新興應(yīng)用，包括軟體機(jī)器人、快速適應(yīng)頭盔和具有消振性能的智能可穿戴設(shè)備。
