核磁共振波譜分析的案例
通過仿真優(yōu)化核磁共振成像設(shè)備中的磁場(chǎng)分布
磁共振成像(MRI)系統(tǒng)必須產(chǎn)生高分辨率的圖像，使醫(yī)生能夠準(zhǔn)確地為病人診斷。為了獲得這種高水平的圖像質(zhì)量，在磁共振成像儀和它的組件(如鳥籠線圈)內(nèi)必須有一個(gè)已知的穩(wěn)定的基礎(chǔ)磁場(chǎng)分布。這就是仿真發(fā)揮作用的地方。通過用 COMSOL Multiphysics? 軟件設(shè)計(jì)核磁共振鳥籠線圈，我們就可以控制和優(yōu)化磁場(chǎng)，改善磁共振儀產(chǎn)生的掃描數(shù)據(jù)。
磁共振系統(tǒng)簡(jiǎn)介
磁共振成像是一種非侵入性的技術(shù)，可以生成身體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的詳細(xì)圖像。這種圖像被廣泛用于醫(yī)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，幫助醫(yī)生檢測(cè)、診斷和監(jiān)測(cè)疾病和其他健康問題。
一臺(tái) MRI 機(jī)器（頂部）和一個(gè) MRI 生成的頭部圖像（底部）。頂部圖片由liz west制作 – 自己的作品。根據(jù) CC BY 2.0授權(quán)，通過Flickr Creative Commons共享。底部圖片：Mikael Voss – 自己的作品。根據(jù) CC BY-SA 4.0授權(quán)，通過 Wikimedia Commons共享。
簡(jiǎn)單來說，磁共振儀的圖像工作原理是讓病人在一個(gè)狹小的密閉空間內(nèi)接受一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)會(huì)改變他們體內(nèi)質(zhì)子的排列。磁共振儀還會(huì)產(chǎn)生一種電流，影響質(zhì)子的旋轉(zhuǎn)。RF 場(chǎng)被關(guān)閉后，質(zhì)子回到平衡狀態(tài)，釋放出能量。一個(gè)接收線圈，如鳥籠線圈，會(huì)檢測(cè)到這一變化，隨后被轉(zhuǎn)化為圖像。
核磁共振儀產(chǎn)生的圖像能讓醫(yī)生看到人體內(nèi)部的情況，使他們能夠準(zhǔn)確地為病人診斷。然而，如果鳥籠線圈內(nèi)的磁場(chǎng)分布由于其設(shè)計(jì)而發(fā)生波動(dòng)，圖像質(zhì)量就會(huì)很差，這對(duì)醫(yī)生診斷病人的能力產(chǎn)生負(fù)面影響。為了幫助醫(yī)生避免這個(gè)問題，工程師可以通過仿真來優(yōu)化 MRI 鳥籠線圈的設(shè)計(jì)。
展開 通過仿真優(yōu)化核磁共振成像設(shè)備中的磁場(chǎng)分布
磁共振成像(MRI)系統(tǒng)必須產(chǎn)生高分辨率的圖像，使醫(yī)生能夠準(zhǔn)確地為病人診斷。為了獲得這種高水平的圖像質(zhì)量，在磁共振成像儀和它的組件(如鳥籠線圈)內(nèi)必須有一個(gè)已知的穩(wěn)定的基礎(chǔ)磁場(chǎng)分布。這就是仿真發(fā)揮作用的地方。通過用 COMSOL Multiphysics? 軟件設(shè)計(jì)核磁共振鳥籠線圈，我們就可以控制和優(yōu)化磁場(chǎng)，改善磁共振儀產(chǎn)生的掃描數(shù)據(jù)。
磁共振系統(tǒng)簡(jiǎn)介
磁共振成像是一種非侵入性的技術(shù)，可以生成身體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的詳細(xì)圖像。這種圖像被廣泛用于醫(yī)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，幫助醫(yī)生檢測(cè)、診斷和監(jiān)測(cè)疾病和其他健康問題。
一臺(tái) MRI 機(jī)器（頂部）和一個(gè) MRI 生成的頭部圖像（底部）。頂部圖片由liz west制作 – 自己的作品。根據(jù) CC BY 2.0授權(quán)，通過Flickr Creative Commons共享。底部圖片：Mikael Voss – 自己的作品。根據(jù) CC BY-SA 4.0授權(quán)，通過 Wikimedia Commons共享。
簡(jiǎn)單來說，磁共振儀的圖像工作原理是讓病人在一個(gè)狹小的密閉空間內(nèi)接受一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)會(huì)改變他們體內(nèi)質(zhì)子的排列。磁共振儀還會(huì)產(chǎn)生一種電流，影響質(zhì)子的旋轉(zhuǎn)。RF 場(chǎng)被關(guān)閉后，質(zhì)子回到平衡狀態(tài)，釋放出能量。一個(gè)接收線圈，如鳥籠線圈，會(huì)檢測(cè)到這一變化，隨后被轉(zhuǎn)化為圖像。
核磁共振儀產(chǎn)生的圖像能讓醫(yī)生看到人體內(nèi)部的情況，使他們能夠準(zhǔn)確地為病人診斷。然而，如果鳥籠線圈內(nèi)的磁場(chǎng)分布由于其設(shè)計(jì)而發(fā)生波動(dòng)，圖像質(zhì)量就會(huì)很差，這對(duì)醫(yī)生診斷病人的能力產(chǎn)生負(fù)面影響。為了幫助醫(yī)生避免這個(gè)問題，工程師可以通過仿真來優(yōu)化 MRI 鳥籠線圈的設(shè)計(jì)。
展開 核磁共振檢查過程中的溫度監(jiān)控的光纖溫度傳感器
精確分析證明，自旋并不完全與磁場(chǎng)趨向一致，而是傾斜一個(gè)角度θ。這樣，雙極磁體開始環(huán)繞磁場(chǎng)進(jìn)動(dòng)。進(jìn)動(dòng)的頻率取決于磁場(chǎng)強(qiáng)度。也與原子核類型有關(guān)。它們之間的關(guān)系滿足拉莫爾關(guān)系：ω0=γB0，即進(jìn)動(dòng)角頻率ω0是磁場(chǎng)強(qiáng)度B0與磁旋比γ的積。γ是每種核素的一個(gè)基本物理常數(shù)。氫的主要同位素，質(zhì)子，在人體中豐度大，而且它的磁矩便于檢測(cè)，因此最適合從它得到核磁共振圖像。
從宏觀上看，作進(jìn)動(dòng)的磁矩集合中，相位是隨機(jī)的。它們的合成取向就形成宏觀磁化，以磁矩M表示。就是這個(gè)宏觀磁矩在接收線圈中產(chǎn)生核磁共振信號(hào)。在大量氫核中，約有一半略多一點(diǎn)處于低等狀態(tài)。可以證明，處于兩種基本能量狀態(tài)核子之間存在動(dòng)態(tài)平衡，平衡狀態(tài)由磁場(chǎng)和溫度決定。當(dāng)從較低能量狀態(tài)向較高能量狀態(tài)躍遷的核子數(shù)等于從較高能量狀態(tài)到較低能量狀態(tài)的核子數(shù)時(shí)，就達(dá)到“熱平衡”。如果向磁矩施加符合拉莫爾頻率的射頻能量，而這個(gè)能量等于較高和較低兩種基本能量狀態(tài)間磁場(chǎng)能量的差值，就能使磁矩從能量較低的“平行”狀態(tài)跳到能量較高“反向平行”狀態(tài)，就發(fā)生共振。
最后推薦一款應(yīng)用在核磁共振檢查中溫度監(jiān)控的光纖傳感器，由工采網(wǎng)從國外引進(jìn)的光纖溫度傳感器 - THR-NS-1084A，基于產(chǎn)品設(shè)計(jì)，該款溫度探針能夠滿足全世界范圍內(nèi)在過熱和熱療領(lǐng)域活躍的科學(xué)家及研發(fā)者所需的可操作性和可靠性。具有溫度分辨率、探針尺寸小、重復(fù)性優(yōu)異、易于插入、長(zhǎng)期穩(wěn)定等等優(yōu)點(diǎn)。
展開 《Nature》子刊：核磁共振測(cè)量全固態(tài)電池界面涂層鋰離子擴(kuò)散！
全固態(tài)鋰離子電池是下一代高能量密度和安全儲(chǔ)能技術(shù)的有力候選者。作為一種無電解液體系，它不存在傳統(tǒng)使用有機(jī)溶劑電解液的鋰離子電池的泄漏和產(chǎn)氣所產(chǎn)生的熱失控風(fēng)險(xiǎn)。因此，電池安全性的研究偏向使用固體電解質(zhì)。目前固態(tài)電解質(zhì)顯示出的電導(dǎo)率已經(jīng)接近并超過液態(tài)電解質(zhì)。如鋰超離子導(dǎo)體（LISICON），硫銀鍺礦型，石榴石型和鈉超離子導(dǎo)體（NASICON）型結(jié)構(gòu)。但是，以上固態(tài)電解質(zhì)的發(fā)展仍然面臨一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)就是在
核磁共振設(shè)備工作過程人體溫度監(jiān)控中應(yīng)用的光纖溫度傳感器
核磁共振成像（簡(jiǎn)稱NMRI），又稱自旋成像，也稱磁共振成像（簡(jiǎn)稱MRI），臺(tái)灣又稱磁振造影，香港又稱磁力共振成像，是利用核磁共振（簡(jiǎn)稱NMR）原理，依據(jù)所釋放的能量在物質(zhì)內(nèi)部不同結(jié)構(gòu)環(huán)境中不同的衰減，通過外加梯度磁場(chǎng)檢測(cè)所發(fā)射出的電磁波，即可得知構(gòu)成這一物體原子核的位置和種類，據(jù)此可以繪制成物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖像。
磁共振成像是一種較新的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，國際上從一九八二年才正式用于臨床。它采用靜磁場(chǎng)和射頻磁場(chǎng)使人體組織成像，在成像過程中，既不用電子離輻射、也不用造影劑就可獲得高對(duì)比度的清晰圖像。它能夠從人體分子內(nèi)部反映出人體器官失常和早期病變。它在很多地方優(yōu)于X線CT。雖然X-CT解決了人體影像重疊問題，但由于提供的圖像仍是組織對(duì)X射線吸收的空間分布圖像，不能夠提供人體器官的生理狀態(tài)信息。當(dāng)病變組織與周圍正常組織的吸收系數(shù)相同時(shí)，就無法提供有價(jià)值的信息。只有當(dāng)病變發(fā)展到改變了器官形態(tài)、位置和自身增大到給人以異常感覺時(shí)才能被發(fā)現(xiàn)。磁共振成像裝置除了具備X線CT的解剖類型特點(diǎn)即獲得無重疊的質(zhì)子密度體層圖像之外，還可借助核磁共振原理精確地測(cè)出原子核弛豫時(shí)間T1和T2，能將人體組織中有關(guān)化學(xué)結(jié)構(gòu)的信息反映出來。這些信息通過計(jì)算機(jī)重建的圖像是成分圖像（化學(xué)結(jié)構(gòu)像），它有能力將同樣密度的不同組織和同一組織的不同化學(xué)結(jié)構(gòu)通過影像顯示表征出來。這就便于區(qū)分腦中的灰質(zhì)與白質(zhì)，對(duì)組織壞死、惡性疾患和退化性疾病的早期診斷效果有極大的優(yōu)越性，其軟組織的對(duì)比度也更為精確。
原子核自旋，有角動(dòng)量。由于核帶電荷，它們的自旋就產(chǎn)生磁矩。當(dāng)原子核置于靜磁場(chǎng)中，本來是隨機(jī)取向的雙極磁體受磁場(chǎng)力的作用，與磁場(chǎng)作同一取向。以質(zhì)子即氫的主要同位素為例，它只能有兩種基本狀態(tài)：取向“平行”和“反向平行”，他們分別對(duì)應(yīng)于低能和高能狀態(tài)。精確分析證明，自旋并不完全與磁場(chǎng)趨向一致，而是傾斜一個(gè)角度θ。
展開 什么是核磁共振屏蔽室、電磁屏蔽室、電鏡屏蔽室、電波暗室屏蔽室？
什么是核磁共振屏蔽室？
核磁共振屏蔽室適用于永磁和超導(dǎo)核磁共振設(shè)備的磁場(chǎng)屏蔽，防止外界電磁場(chǎng)干擾核磁共振掃描成像儀（MRI）的正常工作，抑制MRI產(chǎn)生的磁場(chǎng)泄露影響外界設(shè)備的工作。
核磁共振屏蔽機(jī)房施工工藝：
（1）結(jié)構(gòu)：MRI型屏蔽室設(shè)計(jì)有拼裝式和焊接式兩種結(jié)構(gòu)。
（2）焊接工藝：0.5mm紫銅板作射頻屏蔽層，焊接采用氬弧焊或銅焊，高導(dǎo)磁率鋼板作磁屏蔽層
（3）龍骨架支撐采用鋁合金，并與墻體間作絕緣處理。手動(dòng)鎖緊屏蔽門屏蔽門，可拆卸式鈹青傳指型銅簧片。
（4）高性能屏蔽觀察窗雙層銅網(wǎng)經(jīng)特殊工藝制作，透光率好。
（5）其它：電源濾波器、 信號(hào)轉(zhuǎn)接板，空氣供應(yīng)及通風(fēng)系統(tǒng)的屏蔽接口處理、同軸連接器、光纖轉(zhuǎn)接盒、醫(yī)療氣體波導(dǎo)接口、氣體滅火截止波導(dǎo)管、心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)接口或其它醫(yī)療設(shè)備接口以及室內(nèi)照明等。
核磁共振屏蔽室設(shè)計(jì)
屏蔽體的使用壽命是20-30年，屏蔽殼體的抗震等級(jí)按照８級(jí)計(jì)算。考慮到磁場(chǎng)影響和拆裝方便，采用銅板拼裝式設(shè)計(jì)。
（1）核磁屏蔽室底面設(shè)計(jì)：
屏蔽室在核磁儀放置位置地溝要求：2.8ｍ×2.8ｍ×0.9ｍ，室內(nèi)其他地方挖深為：55公分，水平以下30公分用C25混凝土澆筑。對(duì)澆注地基水泥沙漿磨平，進(jìn)行雙層SBS防水處理，鋪設(shè)高強(qiáng)度的絕緣地坪，然后進(jìn)行屏蔽體地面制作。
（2）屏蔽室殼體設(shè)計(jì)：
屏蔽體是用0.35ｍｍ紫銅板及優(yōu)質(zhì)松木框架（刷防火涂料）拼裝結(jié)構(gòu)。拼裝模塊之間夾多層銅網(wǎng)襯墊，采用M6*100不銹鋼螺栓緊固。
（3）屏蔽門設(shè)計(jì)：
手動(dòng)單開屏蔽門，尺寸：1.2m寬×2.1m高（外平開式）；根據(jù)屏蔽室現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)，采用單外開屏蔽門。屏蔽室門是影響整個(gè)屏蔽室屏蔽效果的最重要部位，是保持屏蔽系統(tǒng)總性能免于退化的最薄弱部件，也是系統(tǒng)中唯一可動(dòng)部分，因此保持屏蔽門屏蔽效能的穩(wěn)定性尤為重要。
展開 南開大學(xué)孫平川研究員課題組綜述：固體核磁共振技術(shù)在高分子表征研究中的應(yīng)用
核磁共振(NuclearMagnetic Resonance，NMR)技術(shù)從發(fā)現(xiàn)到應(yīng)用的半個(gè)多世紀(jì)中已經(jīng)五次獲得諾貝爾獎(jiǎng)，在應(yīng)用上覆蓋了化學(xué)、物理、生物、醫(yī)學(xué)與材料科學(xué)等眾多學(xué)科領(lǐng)域。由于核自旋具有與空間和時(shí)間相關(guān)的多種不同各向異性相互作用，因此核自旋探針天然具有獨(dú)特的多尺度特性，可以原位檢測(cè)從原子至100 nm的空間尺度以及10-9-102 s的時(shí)間尺度上豐富的微觀結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)信息(圖1)。固體NMR(solid-state NMR)實(shí)驗(yàn)技術(shù)主要是建立在消除、利用或部分選擇重聚特定核自旋各向異性相互作用的基礎(chǔ)上發(fā)展而來。高分子材料的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)極其復(fù)雜，對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的表征既具有挑戰(zhàn)性又不可或缺。隨著NMR理論和譜儀技術(shù)的不斷發(fā)展，固體NMR在高分子科學(xué)研究領(lǐng)域正發(fā)揮著越來越重要的作用，在精準(zhǔn)獲取高分子多尺度微觀結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)信息上展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，已成為高分子多級(jí)結(jié)構(gòu)表征和復(fù)雜動(dòng)力學(xué)過程分析，以及闡明材料微觀結(jié)構(gòu)與宏觀物理化學(xué)性質(zhì)關(guān)系的有力工具，幾乎涵蓋了高分子研究的各個(gè)領(lǐng)域(圖2)，適用于包括聚合物溶液、熔體、凝膠、液晶、晶態(tài)及非晶態(tài)固體等不同的物質(zhì)狀態(tài)。固體NMR不但可以研究化學(xué)鍵和微觀相互作用對(duì)聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的影響，還可以揭示高分子中復(fù)雜的鏈運(yùn)動(dòng)模式、結(jié)晶機(jī)理、玻璃化轉(zhuǎn)變以及微相分離演化規(guī)律等，因此對(duì)高分子物理理論的發(fā)展也具有重要的意義, 對(duì)高分子科學(xué)的發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。
展開 模態(tài)分析：無處不在的共振
當(dāng)物體所受激勵(lì)的頻率與該物體的固有頻率相同或接近時(shí)，物體振幅會(huì)顯著增大，這種現(xiàn)象叫做“共振”。秋千越蕩越高便是因?yàn)橥饬︱?qū)動(dòng)頻率與秋千振動(dòng)的固有頻率接近產(chǎn)生了共振。
產(chǎn)生共振的重要條件之一是物質(zhì)要有彈性，而宇宙中大到行星小到原子，大多數(shù)物質(zhì)都是有彈性的。共振現(xiàn)象可以說是宇宙間最普遍和最頻繁的自然現(xiàn)象之一，我們領(lǐng)略世界的絢麗多彩，享受音樂的美妙動(dòng)人，欣賞大自然的如詩如畫與蟲鳴鳥語……這些都得益于共振的“魔法”。共振，猶如一位看不見的藝術(shù)家，用無形的力量，將世界裝點(diǎn)得多姿多彩。
共振的應(yīng)用
共振在生活中的應(yīng)用非常普遍。早在幾千年前，我們的先輩就利用共振的原理制作出共鳴器來監(jiān)測(cè)敵情：將幾十個(gè)陶罐蒙上皮革，每隔一段距離就埋下幾個(gè)，敵人來犯時(shí)，耳力敏銳的人就能聽到共鳴器發(fā)出的聲音示警。在當(dāng)代生活中，電視機(jī)、網(wǎng)絡(luò)工作中的信號(hào)產(chǎn)生、接收、放大、處理都離不開共振；醫(yī)療方面利用“核磁共振”技術(shù)診斷病情；微波爐加熱食物則是通過發(fā)射出的微波與食物中的水分子發(fā)生共振，將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能……
共振的危害
對(duì)于工程結(jié)構(gòu)而言，共振大多都是有害的，如共振會(huì)導(dǎo)致大橋坍塌、建筑物裂紋等。眾所周知的一個(gè)很有名的例子：1906年一隊(duì)士兵邁著整齊地步伐通過一座大橋時(shí)，士兵踏步的頻率引起橋體共振而導(dǎo)致坍塌事故。所以在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、安裝中，為使系統(tǒng)能夠安全、正常地運(yùn)轉(zhuǎn)，就需要了解系統(tǒng)的共振特性以優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免發(fā)生共振。
模態(tài)分析案例
了解系統(tǒng)的共振特性，需要用到模態(tài)分析。共振時(shí)，結(jié)構(gòu)振動(dòng)的形態(tài)被稱為模態(tài)。模態(tài)分析是對(duì)結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性分析，得到結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)，如固有頻率、振型、阻尼等，其分析結(jié)果可作為瞬態(tài)分析、諧響應(yīng)分析和譜分析等其他動(dòng)力分析的基礎(chǔ)。
CAE仿真軟件可以通過科學(xué)計(jì)算對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析。
展開 模態(tài)分析|無處不在的共振
當(dāng)物體所受激勵(lì)的頻率與該物體的固有頻率相同或接近時(shí)，物體振幅會(huì)顯著增大，這種現(xiàn)象叫做“共振”。秋千越蕩越高便是因?yàn)橥饬︱?qū)動(dòng)頻率與秋千振動(dòng)的固有頻率接近產(chǎn)生了共振。
產(chǎn)生共振的重要條件之一是物質(zhì)要有彈性，而宇宙中大到行星小到原子，大多數(shù)物質(zhì)都是有彈性的。共振現(xiàn)象可以說是宇宙間最普遍和最頻繁的自然現(xiàn)象之一，我們領(lǐng)略世界的絢麗多彩，享受音樂的美妙動(dòng)人，欣賞大自然的如詩如畫與蟲鳴鳥語……這些都得益于共振的“魔法”。共振，猶如一位看不見的藝術(shù)家，用無形的力量，將世界裝點(diǎn)得多姿多彩。
共振的應(yīng)用
共振在生活中的應(yīng)用非常普遍。早在幾千年前，我們的先輩就利用共振的原理制作出共鳴器來監(jiān)測(cè)敵情：將幾十個(gè)陶罐蒙上皮革，每隔一段距離就埋下幾個(gè)，敵人來犯時(shí)，耳力敏銳的人就能聽到共鳴器發(fā)出的聲音示警。在當(dāng)代生活中，電視機(jī)、網(wǎng)絡(luò)工作中的信號(hào)產(chǎn)生、接收、放大、處理都離不開共振；醫(yī)療方面利用“核磁共振”技術(shù)診斷病情；微波爐加熱食物則是通過發(fā)射出的微波與食物中的水分子發(fā)生共振，將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能……
共振的危害
對(duì)于工程結(jié)構(gòu)而言，共振大多都是有害的，如共振會(huì)導(dǎo)致大橋坍塌、建筑物裂紋等。眾所周知的一個(gè)很有名的例子：1906年一隊(duì)士兵邁著整齊地步伐通過一座大橋時(shí)，士兵踏步的頻率引起橋體共振而導(dǎo)致坍塌事故。所以在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、安裝中，為使系統(tǒng)能夠安全、正常地運(yùn)轉(zhuǎn)，就需要了解系統(tǒng)的共振特性以優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免發(fā)生共振。
了解系統(tǒng)的共振特性，需要用到模態(tài)分析。共振時(shí)，結(jié)構(gòu)振動(dòng)的形態(tài)被稱為模態(tài)。模態(tài)分析是對(duì)結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性分析，得到結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)，如固有頻率、振型、阻尼等，其分析結(jié)果可作為瞬態(tài)分析、諧響應(yīng)分析和譜分析等其他動(dòng)力分析的基礎(chǔ)。
CAE仿真軟件可以通過科學(xué)計(jì)算對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析。
展開 ansys瞬態(tài)分析模擬共振
ansys瞬態(tài)分析模擬共振
大電機(jī)共振問題診斷及仿真分析
轉(zhuǎn)子和定子上有許多硅鋼片，硅鋼片既不能直接簡(jiǎn)化成實(shí)心金屬，又不能忽略其剛度影響；機(jī)座是一個(gè)裝配體，端蓋與機(jī)座是螺栓連接，顯然只通過簡(jiǎn)單的螺栓連接其剛度是嚴(yán)重不足的；軸承更是一個(gè)關(guān)節(jié)環(huán)節(jié)，因?yàn)檎麄€(gè)轉(zhuǎn)子質(zhì)量都通過軸承落在機(jī)座上，軸承不能做成強(qiáng)度分析那樣的實(shí)體結(jié)構(gòu)并通過接觸來傳遞載荷，因?yàn)槟B(tài)分析是線性問題；地腳的固定方式更是讓人摸不著頭腦，因?yàn)橐坏┱麢C(jī)豎向振動(dòng)，向上的剛度和向下的剛度是不一樣的。
落實(shí)了上述幾個(gè)關(guān)鍵問題后，且其余結(jié)構(gòu)處理合理，我們基本可以進(jìn)行整機(jī)的模態(tài)分析了。
通過模態(tài)分析結(jié)果，我們可以得出一系列模態(tài)對(duì)應(yīng)的振動(dòng)頻率和振型，然后根據(jù)電機(jī)出問題時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流激振頻率，找出哪一階模態(tài)是引起共振的模態(tài)，找出變形較大的區(qū)域，也就是找到了“病根”，此時(shí)你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)不止一處結(jié)構(gòu)需要改進(jìn)，因?yàn)閯偠葐栴}往往不是一個(gè)結(jié)構(gòu)的問題，說白了就是一群弱者組成的群體仍然是一個(gè)弱勢(shì)群體的問題，你需要一個(gè)個(gè)改進(jìn)。
結(jié)構(gòu)的改進(jìn)必須是有依據(jù)的，是由振頻率對(duì)應(yīng)的振型來決定的，每一臺(tái)電機(jī)的改進(jìn)方式都是不一樣的，否則就是徒勞，這個(gè)電機(jī)改進(jìn)的部位有：
殼體修改：
① 添加環(huán)筋；
② 添加斜支撐；
③ 縱向方鋼更換為8條縱筋；
④ 移動(dòng)軸承跨距；
⑤ 增加端蓋厚度
⑥ 增加底部墊板厚度
轉(zhuǎn)子修改：
① 修改輻板寬度；
② 延長(zhǎng)輻板；
③ 增加轉(zhuǎn)子光軸部分直徑；
④ 移動(dòng)軸承臺(tái)階；
軸承修改：
① 修改軸承型號(hào)及類型
經(jīng)過一系列修改后，整機(jī)低階共振頻率提高了25%以上，共振點(diǎn)已經(jīng)遠(yuǎn)離工作轉(zhuǎn)速，不會(huì)再產(chǎn)生共振問題。
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基于comsol進(jìn)行共振薄膜聲學(xué)超材料的模態(tài)分析
研究背景：
從聲學(xué)超材料出現(xiàn)到薄膜型和薄板型聲學(xué)超材料局域共振隔聲機(jī)理的廣泛研究，其負(fù)等效質(zhì)量和負(fù)等效密度特性打破了傳統(tǒng)吸隔聲材料質(zhì)量定律的限制，為低頻吸隔聲提供了新途徑。由吸聲系數(shù)理論模型可知，薄膜型結(jié)構(gòu)的吸聲性能與振型模態(tài)、相對(duì)聲阻抗率有關(guān)。對(duì)有無附加質(zhì)量塊的薄膜型結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析，探討振型模態(tài)與吸聲系數(shù)曲線的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
研究?jī)?nèi)容：
由吸聲系數(shù)理論模型可知，薄膜型結(jié)構(gòu)的吸聲性能與振型模態(tài)、相對(duì)聲阻抗率有關(guān)，對(duì)有無附加質(zhì)量塊的薄膜型結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析，探討振型模態(tài)與吸聲系數(shù)曲線的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
圖1.薄膜型結(jié)構(gòu)
圖2.無中心質(zhì)量塊薄膜型結(jié)構(gòu)的固有模態(tài)分析
圖3. 含中心質(zhì)量塊薄膜型結(jié)構(gòu)的固有模態(tài)分析
數(shù)值模擬：
分別對(duì)有無附加質(zhì)量塊的薄膜型結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析，預(yù)應(yīng)力模態(tài)仿真選取的聚酰亞胺薄膜彈性模量為 2.35GPa，泊松比為 0.38，選取的結(jié)構(gòu)鋼質(zhì)量塊彈性模量為 200GPa，泊松比為 0.30。進(jìn)行COMSOL 預(yù)應(yīng)力模態(tài)仿真時(shí)，圓形薄膜結(jié)構(gòu)采用膜單元(Membrane)，薄膜中心質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行添加質(zhì)量處理，除邊界條件的設(shè)置外，還需在薄膜表面施加初始面應(yīng)力 200N/m。仿真分析的步驟如下所示。
（1）建立幾何模型
圖4.幾何模型的構(gòu)建
（2）設(shè)置物理場(chǎng)
圖5.物理場(chǎng)的設(shè)置
（3）模態(tài)分析
無附加質(zhì)量塊張緊圓膜結(jié)構(gòu)和附加圓形質(zhì)量塊薄膜型結(jié)構(gòu)的前6階固有頻率和模態(tài)振型仿真結(jié)果如圖。可以看出在comsol中利用膜單元對(duì)薄膜型結(jié)構(gòu)的固有模態(tài)分析結(jié)果與原文中對(duì)應(yīng)的十分準(zhǔn)確。
圖6. 復(fù)現(xiàn)無中心質(zhì)量塊薄膜型結(jié)構(gòu)的固有模態(tài)
圖7.
展開 Abaqus線性動(dòng)力學(xué) – 模態(tài)分析(提取結(jié)構(gòu)共振頻率)
進(jìn)行線性動(dòng)力分析前，檢核結(jié)構(gòu)的共振頻率可以幫助我們快速掌握結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。常見的線性動(dòng)力分析(Linear Dynamics)項(xiàng)目包含頻率響應(yīng)、模態(tài)動(dòng)力、反應(yīng)譜及隨機(jī)震動(dòng)等，若執(zhí)行上述項(xiàng)目是基於結(jié)構(gòu)模態(tài)，必須先提取結(jié)構(gòu)的共振頻率，才能進(jìn)一步求解。 本文將說明如何利用Abaqus 軟體進(jìn)行自然頻率提取。
模型說明：
考慮一兩層三跨樓房結(jié)構(gòu)，骨架為鋼骨樑柱，斷面採用W16 X 50 型號(hào)之 I 型樑，採用B31元素，樓板為鋼筋混凝土 ， 板厚5 in，採用S4R元素；樓板尺寸為240in X 240in、樓高120in，示意圖如下。
斷面尺寸：
採用W16X50 型號(hào)之I型樑，尺寸設(shè)定如下所示。
拘束關(guān)係：
骨架為鋼骨樑柱，在Assembly模組將梁柱分別定位，利用Merge/Cut Instances功能內(nèi)的布林運(yùn)算組成一體成形之骨架。接著使用 Interaction 模組內(nèi)的Tie綁定功能，將梁元素骨架及殼元素鋼筋混凝土樓板相交之節(jié)點(diǎn)進(jìn)行拘束，如下圖所示。
分析步設(shè)定：
將分析步類別切換為線性擾動(dòng)，選擇Frequency。選擇提取頻率之範(fàn)圍有兩種方式，第一種是給定數(shù)目，如下設(shè)定 Value 等於 50，系統(tǒng)會(huì)找出前 50個(gè)自然頻率，第二種是設(shè)置提取的範(fàn)圍，例如在 Maximum frequency of interest 內(nèi)設(shè)定感興趣之最大範(fàn)圍。此外，Abaqus 提供三種頻率提取之求解器，預(yù)設(shè)是 Lanczos，其餘兩種之詳細(xì)內(nèi)容可以查閱官方文檔。
邊界條件：
如下圖所示，結(jié)構(gòu)底部設(shè)置完全固定之邊界條件，避免提取頻率時(shí)將剛體運(yùn)動(dòng)之模態(tài)一併考慮進(jìn)去。
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