For electromagnetic forming(EMF) the most important feature is a forming coil which creates the electromagnetic force(Lorentz force), using current density and a magnetic field. Most previous papers have concentrated on the final configuration of the blank or the efficiency of EMF process. Studies focused on the design parameters affected by the forming coil performance have not been conducted. In order to design a suitable forming coil for an object, the current study uses LS-DYNA EM-Module to not only optimize the coil but also to examine the effect of coil performance. By this method a suitable forming coil was made and tested to determine whether or not good formability was achieved in a free bulge test Numerical analysis was also used. The workpiece was Al 1100-O with a thickness of 1.27mm and the coil was made from copper CW004A, which has good electrical conductivity and is suitable for electrical components.
A sequential coupled field analysis of electromagnetic free bulging was performed by using FEM. A 2D axi-symmetric electromagnetic model based on the magnetic vector potential is proposed for the calculation of magnetic field and Lorentz's forces. The Newmark integration method is used to calculate the transient dynamic plastic deformation of sheet during free bulging. In the finite element model, the effect of sheet deformation on the electromagnetic field analysis is taken into consideration. In order to confirm the sequential electromagnetic-mechanical coupling analysis, an experiment with an electromagnetic forming apparatus was conducted. The results showed that the final bulge height of the sheet predicted from the proposed method is in good agreement with experimentally measured height.
In this paper, an analytical solution of displacement, strain and stress field for rotating thick-walled cylinder made of functionally graded material subjected to the uniform external magnetic field and thermal field in plane strain state has been studied. Stress, strain and displacement field as a function of radial coordinates considering magneto-thermo-elasticity are derived analytically. According to the Maxwell electro-dynamic equations, Lorentz force in term of displacement is obtained in cylindrical coordinates. Also, symmetric temperature distribution along the thickness of hollow cylinder is obtained by solving Fourier heat transfer equation in cylindrical coordinates. Using equation of equilibrium and thermo-mechanical constitutive equations associated with Lorentz force, a second-order inhomogeneous differential equation in term of displacement is obtained and will be solved analytically. Except Poisson's ratio, other mechanical properties such as elasticity modulus, density, magnetic permeability coefficient, heat conduction coefficient and thermal expansion coefficient are assumed to vary through the thickness according to a power law. In results analysis, non-homogeneity parameter has been chosen arbitrary and inner and outer surface of cylinder are assumed to be rich metal and rich ceramic, respectively. The effect of rotation, thermal, magnetic field and non-homogeneity parameter of functionally graded material which indicates percentages of cylinder's constituents are studied on displacement, Von Mises equivalent stress and Von Mises equivalent strain fields.
Superconducting field coils using a high-temperature superconducting (HTS) wires with high current density generate high magnetic field of 2 to 5 [T] and electromagnetic force (Lorentz force) acting on the superconducting field coils also become a very strong from the point of view of a mechanical characteristics. Because mechanical stress caused by these powerful electromagnetic force is one of the factors which worsens the critical current performance and structural characteristics of HTS wire, the mechanical stress analysis should be performed when designing the superconducting field coils. In this paper, as part of structural design of superconducting field coils for 17 MW class superconducting ship propulsion motor, mechanical stress acting on the superconducting field coils was analyzed and structural safety was also determined by the coupling analysis system that is consists of commercial electromagnetic field analysis program and structural analysis program.
During the last ten years the new interruption techniques, which use the arc energy itself to increase the pressure inside a chamber by the PTFE nozzle ablation, have displaced the puffer circuit breakers due to reduced driving forces and better maintainability. In this paper, we have investigated the thermal flow characteristics inside a thermal puffer type gas circuit breaker by solving the Wavier-Stokes equations coupled with Maxwell's equations for considering all instabilities effects such as turbulence and Lorentz forces by transient arc plasmas. These relative inexpensive computer simulations might help the engineer research and design the new interrupter in order to downscale and uprating the GIS integral.
The pumping of coolant in a liquid metal fast reactor may be performed with an annular linear induction electro-magnetic (EM) pump. Linear induction pumps use a traveling magnetic field wave created by poly-phase currents, and the induced currents and their associated magnetic field generate a Lorentz force, whose effect can be the pumping of the liquid metal. The flow behaviors in the pump are very complex, including a time-varying Lorentz force and pressure pulsation, because an induction EM pump has time-varying magnetic fields and the induced convective currents that originate from the flow of the liquid metal. These phenomena lead to an instability problem in the pump arising from the changes of the generated Lorentz forces along the pump's geometry. Therefore, a magneto-hydro-dynamics (MHD) analysis is required for the design and operation of a linear induction EM pump. We have developed a time-harmonic 2-dimensional axisymmetry MHD analysis method based on the Maxwell equations. This paper describes the analysis and numerical method for obtaining solutions for some MHD parameters in an induction EM pump. Experimental test results obtained from an induction EM pump of CLIP-150 at the STC "Sintez," D.V. Efremov Institute of Electro-physical Apparatus in St. Petersburg were used to validate the method. In addition, we investigated some characteristics of a linear induction EM pump, such as the effect of the convective current and the double supply frequency (DSF) pressure pulsation. This simple model overestimated the convective eddy current generated from the sodium flow in the pump channel; however, it had a similar tendency for the measured data of the pump performance through a comparison with the experimental data. Considering its simplicity, it could be a base model for designing an EM pump and for evaluating the MHD flow in an EM pump.
Magnetohydrostatic equilibria, in which the Lorentz force, the plasma pressure force and the gravitational force balance out to zero, are widely adopted as the zeroth order states of many astrophysical plasma structures. A magnetic flux-current surface is a surface, in which both magnetic field lines and current lines lie. We for the first time derive the necessary and sufficient condition for existence of magnetic flux-current surfaces in magnetohydrostatic equilibria. It is also shown that the existence of flux-current surfaces is a necessary (but not sufficient) condition for the ratio of gravity-aligned components of current density and magnetic field to be constant along each field line. However, its necessary and sufficient condition is found to be very restrictive. This finding gives a significant constraint in modeling solar coronal magnetic fields as force-free fields using photospheric magnetic field observations.
For a given brushless DC linear motor, we suggest the numerical prediction methods to analyze it's thrust characteristics. First, we calculate the magnetic flux density by the finite element method, and we then compute the maximum thrust with three computational methods - a Lorentz equation, a Maxwell stress method and a virtual work method. To confirm the accuracy of the computational methods, we measure the thrust of the linear motor made by our laboratory with a force-torque sensor. Also, we calculate the thrust by the measured back electromotive force. To choose the appropriate method for a specified application, we compare the maximum thrusts of the computational method and the calculation by the back electromotive force with the measured one. We conclude that the Maxwell stress method is turned out the best because it has the most accurate results among three computational methods and it is more convenient than the calculation method by the back electromotive force.
An air circuit breaker (ACB) with novel double-breaker contact and permanent magnet actuator (PMA) is presented. Three-dimensional (3-D) finite element method (FEM) is employed to compute the electro-dynamic repulsion forces, including the Holm force and Lorentz force, which are acting on the static and movable contacts. The electro-dynamic repulsion forces of different contact pieces are computed, illustrating there is an optimal number of contact pieces for the ACB being studied. The electro-dynamic repulsion force of each contact, which varies from the outer position to the inner position, is also computed. Finally, the contacts of the double-breaker are manufactured according to the analyzed results to validate the simulations.
한국초전도저온공학회 1999년도 제1회 학술대회논문집(KIASC 1st conference 99)
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pp.134-137
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1999
This paper describes the design, code of a $\mu$SMES device that we developed. The 0.7MJ $\mu$SMES coil was wound with high winding tension of about 14kbf/$mm^{2}$ in order to prevent wire motion from Lorentz force. This coil was charged up to a current of 1820A with a ramping rate of about 10A/s, where a quench occurred. This quench current is sbout 82% fo the coil critical current.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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