列車渦流制動機理及制動力矩模型（簡體書）

《列車渦流制動機理及制動力矩模型》針對渦流制動電磁場特性、作用關系和渦流電磁場強度求解方法以及渦流制動力矩計算方法展開研究。在分析渦流制動器電磁場的形式和組成、論證周期變化的渦流感應電場對勵磁線圈電流影響因素的基礎上，建立渦流感應電場疊加的電磁場強度計算體系框架；研究渦流制動力生成機制及相關條件，建立渦流電磁場中的磁場分布及強度變化、渦流分布和變化的分析模型；推導磁場變化幅值的計算公式，反映了電磁機構各構成要素在制動過程中的變化特征；提出了渦流制動運動電磁場解析計算過程中采用不同坐標下的規范約束條件，建立了新型實用的渦流制動力矩解析計算方法。

《列車渦流制動機理及制動力矩模型》主要讀者對象是高等院校、科研院所電磁技術及其應用學科的教師和科技工作者，可作為電磁場研究和電磁應用技術相關專業研究生的專業課教材，也可供從事渦流制動、電磁阻尼減振、電磁渦流加熱及電磁彈射控制等其他應用研究的工程技術人員參考。

前言
符號說明
第1章 緒論
1.1 概述
1.2 渦流制動電磁機構的主要研究方法
1.2.1 研究渦流制動電磁機構的主要方法
1.2.2 渦流制動電磁場的主要計算方法
1.2.3 現有電磁機構研究方法的局限性
1.3 渦流制動電磁機理及制動力矩模型研究的主要內容
1.3.1 渦流制動機理研究
1.3.2 制動力矩模型研究
第2章 渦流感應電場疊加的電磁場計算體系框架
2.1 電磁場基本特性分析及研究方法確定
2.2 通過麥克斯韋（Maxwell）方程組分析電磁場基本關系
2.3 麥克斯韋（Maxwell）方程組中各個方程的實用性分析
2.4 渦流感應電場疊加的電磁場計算方法論證
2.5 表述渦流電磁場的控制方程
2.6 建立渦流電磁場求解體系框架和解算步驟
第3章 針對渦流電磁場特性的電磁場強度求解方法
3.1 電磁場計算方法研究基礎和現狀
3.1.1 基于磁路法設計磁場參數的基本特點
3.1.2 電磁場主要數值計算方法分析
3.2 渦流電磁場特性與解算方式的可行性分析
3.3 拉普拉斯方程求解方法的一般意義
3.4 基于亥姆霍茲（Helmholtz）方程求解的計算方法特點
3.5 采用基因遺傳算法結合Powell優化法確定待定系數
第4章 渦流電磁場的數值求解過程及相關因素的變化規律
4.1 渦流電磁場的數值求解過程
4.2 微分方程的定解條件
4.3 場域離散成有限單元
4.3.1 變分法的區域離散化
4.3.2 加權余量法的區域離散化
4.4 二維模型與三維模型仿真計算差異分析
4.4.1 結構模型的建立和算法
4.4.2 二維電磁場中磁感應強度垂直分量與圓周面磁場強度分析
4.4.2.1 定義物理尺寸
4.4.2.2 定義模型區域材料特性
4.4.2.3 劃分網格
4.4.2.4 加載邊界條件和載荷
4.4.2.5 計算求解和后處理
4.4.2.6 建立動態旋轉感應盤電磁場模型
4.4.3 二維電磁場直徑截面的磁場強度分析
4.4.4 二維與三維電磁場仿真計算結果比較分析
第5章 渦流制動力計算模型分析
5.1 渦流制動原理及電磁場洛侖茲（Lorentz）力分析
5.2 電磁場開爾文（Kelvin）力推導與磁導率論證
5.3 能量平衡公式計算制動力
5.4 典型的渦流制動力計算方法分析
第6章 基于庫侖規范和洛侖茲規范的電磁機構解析模型及計算方法
6.1 變化的渦流電磁場模型分析
6.2 渦流制動電磁機構解析計算模型
6.3 渦流制動感應盤電磁場強度計算
6.3.1 折線法推解電磁場強度
6.3.2 參數方程法推解電磁場強度
6.4 感應盤渦流分布分析
6.5 渦流的趨膚效應和透入深度
6.6 渦流電磁鐵線圈產生的阻抗分析
6.7 渦流制動力矩計算方法
第7章 渦流制動器電磁作用下的溫度影響分析
7.1 渦流制動轉盤傳熱方式
7.2 渦流制動器轉盤溫度場模型
7.3 熱源強度、邊界條件和初始條件的確定
7.3.1 內熱源強度
7.3.2 等效表面對流換熱系數
7.3.3 邊界條件和初始條件
7.3.4 網格劃分
7.4 模型求解
7.5 溫升對電磁材料的參數影響
第8章 渦流制動器制動力計算和試驗結果比較分析
8.1 渦流制動器的形式和結構
8.2 渦流制動力計算分析
8.3 電磁機構主要參數對制動力的影響
8.3.1 電磁鐵電流大小和磁極排列的影響
8.3.2 電磁機構氣隙與轉盤厚度的影響
8.3.3 電磁材料影響
8.4 溫升對制動力的影響
8.5 渦流制動器臺架試驗項目和試驗方法
第9章 總結與展望
9.1 渦流制動器電磁場研究工作總結
9.2 渦流制動器電磁場研究工作展望
附錄 電磁機構設計的基礎理論體系
1 電磁機構設計的基礎理論體系框架
2 電磁保守場及其數學描述
2.1 保守場與矢量函數的概念
2.2 矢量場的散度和旋度
2.3 標量電位和矢量磁位
3 電磁場常用的鐵磁介質及其特性
3.1 常用的鐵磁介質
3.2 鐵磁介質的磁化
3.3 磁滯回線
3.4 鐵磁材料和材料工作點
3.5 磁化曲線解析表示法
4 基于磁路法磁場參數設計方法
5 應用于渦流電磁場的主要數值計算方法
5.1 積分方程法
5.2 矩量法
5.3 邊界元法
5.4 有限差分法
5.5 有限元法
5.6 加權余量法
5.7 時域有限差分法
5.8 電磁場計算軟件簡介
6 電磁場計算方法的變化發展分析
6.1 有限元法技術發展分析
6.2 多場耦合問題探討
6.3 電磁機構瞬變過程的求解方法
6.4 解析和數值方法組合-半解析數值方法
6.5 非線性電磁場解決方法
6.6 工程材料電磁特性精細化模擬
6.7 吸收相關學科的成果改進計算方法
6.8 電磁場計算方法難以解決的問題

1．3渦流制動電磁機理及制動力矩模型研究的主要內容

1．3．1渦流制動機理研究

渦流制動機理的研究目的是掌握制動工況下渦流電磁場結構參數變化規律、電磁場組成要素對渦流制動特性的影響效果，為研制應用于高速列車的渦流制動裝置提供技術準備。渦流制動機理研究的具體目標是：

（1）通過電磁場理論和計算方法的研究，能清晰分析渦流電磁場中磁場與電場關系、傳導電流與位移電流在渦流感應盤中變化特征，建立的電磁場模型和計算方法體現旋轉電磁場的分布和變化規律，感生磁場和感應電流與原有勵磁的磁場和電流的作用關系，運動的電磁場的作用關系等。

（2）分析和建立綜合考慮各關鍵要素對渦流電磁場影響的計算體系和制動力矩計算方法，將變化復雜的渦流電磁場計算問題剖解為要素相對簡單的、作用關系明確的、不同形式界面的計算子模型，能分別反映電磁場幾何關系、運動關系、電動力學關系等特質又能分析渦流制動力綜合效果的計算方法，并以此計算為基礎、設計渦流制動裝置樣機，予以試驗數據驗證。利用該方法對渦流制動器的各主要參數如勵磁電流、制動氣隙、渦流盤尺寸、電磁鐵尺寸及排列方式、電磁材料參數等進行技術分析以期改進設計。

（3）研究在列車結構參數限制或規定運動條件下，動態電磁場中渦流制動力矩與勵磁電流相互關系和影響因素，以求得在實際工況下，在各個速度階段充分應用渦流制動效能，并能有效控制渦流制動特性。

（4）研究高速列車巨大制動能量形成的熱能量對制動特性影響、制動熱容量以及與制動結構設計的關系。在分析渦流制動溫度場的特性基礎上，從理論上預測渦流制動應用效果，達到或超出制動裝置結構穩定性所規定的極限溫度。

系統研究電磁結構設計中的電磁場分布規律和作用關系，結合電磁場解析計算步驟和有限元場量計算的觀點，把綜合的變化的渦流電磁場按規律分解開來，關注相互之間的內在關系，將現有分別考慮的設計內容盡可能聯系起來考慮，并給出分析和設計方法，克服現有設計方法缺陷，形成更為系統和精確的電磁結構設計方法體系框架。

1．3．2制動力矩模型研究

本書主導思想是將復雜的渦流電磁場計算問題剖解為要素相對清晰、作用關系明確的計算子模型。通過電磁場理論研究渦流電磁場的組成和作用關系，劃分電磁場基本幾何單元，以成熟的計算方法分析各單一電場和磁場的特征，并結合仿真計算結果，尋找磁勢、磁場強度變化規律和影響因子的強弱，確定電場磁場運動關系界面和電磁作用關系界面，形成一個以主導電磁場為計算主體，針對不同界面形式的子模型，分別進行分析計算，在計算各個階段考慮各個要素的相互影響作用，并將計算結果有機組合的計算過程。

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