《列车涡流制动机理及制动力矩模型》针对涡流制动电磁场特性、作用关系和涡流电磁场强度求解方法以及涡流制动力矩计算方法展开研究。在分析涡流制动器电磁场的形式和组成、论证周期变化的涡流感应电场对励磁线圈电流影响因素的基础上，建立涡流感应电场叠加的电磁场强度计算体系框架；研究涡流制动力生成机制及相关条件，建立涡流电磁场中的磁场分布及强度变化、涡流分布和变化的分析模型；推导磁场变化幅值的计算公式，反映了电磁机构各构成要素在制动过程中的变化特征；提出了涡流制动运动电磁场解析计算过程中采用不同坐标下的规范约束条件，建立了新型实用的涡流制动力矩解析计算方法。

　　《列车涡流制动机理及制动力矩模型》主要读者对象是高等院校、科研院所电磁技术及其应用学科的教师和科技工作者，可作为电磁场研究和电磁应用技术相关专业研究生的专业课教材，也可供从事涡流制动、电磁阻尼减振、电磁涡流加热及电磁弹射控制等其他应用研究的工程技术人员参考。

　　1．3涡流制动电磁机理及制动力矩模型研究的主要内容

　　1．3．1涡流制动机理研究

　　涡流制动机理的研究目的是掌握制动工况下涡流电磁场结构参数变化规律、电磁场组成要素对涡流制动特性的影响效果，为研制应用于高速列车的涡流制动装置提供技术准备。涡流制动机理研究的具体目标是：

　　（1）通过电磁场理论和计算方法的研究，能清晰分析涡流电磁场中磁场与电场关系、传导电流与位移电流在涡流感应盘中变化特征，建立的电磁场模型和计算方法体现旋转电磁场的分布和变化规律，感生磁场和感应电流与原有励磁的磁场和电流的作用关系，运动的电磁场的作用关系等。

　　（2）分析和建立综合考虑各关键要素对涡流电磁场影响的计算体系和制动力矩计算方法，将变化复杂的涡流电磁场计算问题剖解为要素相对简单的、作用关系明确的、不同形式界面的计算子模型，能分别反映电磁场几何关系、运动关系、电动力学关系等特质又能分析涡流制动力综合效果的计算方法，并以此计算为基础、设计涡流制动装置样机，予以试验数据验证。利用该方法对涡流制动器的各主要参数如励磁电流、制动气隙、涡流盘尺寸、电磁铁尺寸及排列方式、电磁材料参数等进行技术分析以期改进设计。

　　（3）研究在列车结构参数限制或规定运动条件下，动态电磁场中涡流制动力矩与励磁电流相互关系和影响因素，以求得在实际工况下，在各个速度阶段充分应用涡流制动效能，并能有效控制涡流制动特性。

　　（4）研究高速列车巨大制动能量形成的热能量对制动特性影响、制动热容量以及与制动结构设计的关系。在分析涡流制动温度场的特性基础上，从理论上预测涡流制动应用效果，达到或超出制动装置结构稳定性所规定的极限温度。

　　系统研究电磁结构设计中的电磁场分布规律和作用关系，结合电磁场解析计算步骤和有限元场量计算的观点，把综合的变化的涡流电磁场按规律分解开来，关注相互之间的内在关系，将现有分别考虑的设计内容尽可能联系起来考虑，并给出分析和设计方法，克服现有设计方法缺陷，形成更为系统和精确的电磁结构设计方法体系框架。

　　1．3．2制动力矩模型研究

　　本书主导思想是将复杂的涡流电磁场计算问题剖解为要素相对清晰、作用关系明确的计算子模型。通过电磁场理论研究涡流电磁场的组成和作用关系，划分电磁场基本几何单元，以成熟的计算方法分析各单一电场和磁场的特征，并结合仿真计算结果，寻找磁势、磁场强度变化规律和影响因子的强弱，确定电场磁场运动关系界面和电磁作用关系界面，形成一个以主导电磁场为计算主体，针对不同界面形式的子模型，分别进行分析计算，在计算各个阶段考虑各个要素的相互影响作用，并将计算结果有机组合的计算过程。

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前言

符号说明

第1章  绪论

1.1 概述

1.2 涡流制动电磁机构的主要研究方法

1.2.1 研究涡流制动电磁机构的主要方法

1.2.2 涡流制动电磁场的主要计算方法

1.2.3 现有电磁机构研究方法的局限性

1.3 涡流制动电磁机理及制动力矩模型研究的主要内容

1.3.1 涡流制动机理研究

1.3.2 制动力矩模型研究

第2章  涡流感应电场叠加的电磁场计算体系框架

2.1 电磁场基本特性分析及研究方法确定

2.2 通过麦克斯韦（Maxwell）方程组分析电磁场基本关系

2.3 麦克斯韦（Maxwell）方程组中各个方程的实用性分析

2.4 涡流感应电场叠加的电磁场计算方法论证

2.5 表述涡流电磁场的控制方程

2.6 建立涡流电磁场求解体系框架和解算步骤

第3章  针对涡流电磁场特性的电磁场强度求解方法

3.1 电磁场计算方法研究基础和现状

3.1.1 基于磁路法设计磁场参数的基本特点

3.1.2 电磁场主要数值计算方法分析

3.2 涡流电磁场特性与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义

3.4 基于亥姆霍兹（Helmholtz）方程求解的计算方法特点

3.5 采用基因遗传算法结合Powell优化法确定待定系数

第4章  涡流电磁场的数值求解过程及相关因素的变化规律

4.1 涡流电磁场的数值求解过程

4.2 微分方程的定解条件

4.3 场域离散成有限单元

4.3.1 变分法的区域离散化

4.3.2 加权余量法的区域离散化

4.4 二维模型与三维模型仿真计算差异分析

4.4.1 结构模型的建立和算法

4.4.2 二维电磁场中磁感应强度垂直分量与圆周面磁场强度分析

4.4.2.1 定义物理尺寸

4.4.2.2 定义模型区域材料特性

4.4.2.3 划分网格

4.4.2.4 加载边界条件和载荷

4.4.2.5 计算求解和后处理

4.4.2.6 建立动态旋转感应盘电磁场模型

4.4.3 二维电磁场直径截面的磁场强度分析

4.4.4 二维与三维电磁场仿真计算结果比较分析

第5章  涡流制动力计算模型分析

5.1 涡流制动原理及电磁场洛仑兹（Lorentz）力分析

5.2 电磁场开尔文（Kelvin）力推导与磁导率论证

5.3 能量平衡公式计算制动力

5.4 典型的涡流制动力计算方法分析

第6章  基于库仑规范和洛仑兹规范的电磁机构解析模型及计算方法

6.1 变化的涡流电磁场模型分析

6.2 涡流制动电磁机构解析计算模型

6.3 涡流制动感应盘电磁场强度计算

6.3.1 折线法推解电磁场强度

6.3.2 参数方程法推解电磁场强度

6.4 感应盘涡流分布分析

6.5 涡流的趋肤效应和透入深度

6.6 涡流电磁铁线圈产生的阻抗分析

6.7 涡流制动力矩计算方法

第7章  涡流制动器电磁作用下的温度影响分析

7.1 涡流制动转盘传热方式

7.2 涡流制动器转盘温度场模型

7.3 热源强度、边界条件和初始条件的确定

7.3.1 内热源强度

7.3.2 等效表面对流换热系数

7.3.3 边界条件和初始条件

7.3.4 网格划分

7.4 模型求解

7.5 温升对电磁材料的参数影响

第8章  涡流制动器制动力计算和试验结果比较分析

8.1 涡流制动器的形式和结构

8.2 涡流制动力计算分析

8.3 电磁机构主要参数对制动力的影响

8.3.1 电磁铁电流大小和磁极排列的影响

8.3.2 电磁机构气隙与转盘厚度的影响

8.3.3 电磁材料影响

8.4 温升对制动力的影响

8.5 涡流制动器台架试验项目和试验方法

第9章  总结与展望

9.1 涡流制动器电磁场研究工作总结

9.2 涡流制动器电磁场研究工作展望

附录  电磁机构设计的基础理论体系

1 电磁机构设计的基础理论体系框架

2 电磁保守场及其数学描述

2.1 保守场与矢量函数的概念

2.2 矢量场的散度和旋度

2.3 标量电位和矢量磁位

3 电磁场常用的铁磁介质及其特性

3.1 常用的铁磁介质

3.2 铁磁介质的磁化

3.3 磁滞回线

3.4 铁磁材料和材料工作点

3.5 磁化曲线解析表示法

4 基于磁路法磁场参数设计方法

5 应用于涡流电磁场的主要数值计算方法

5.1 积分方程法

5.2 矩量法

5.3 边界元法

5.4 有限差分法

5.5 有限元法

5.6 加权余量法

5.7 时域有限差分法

5.8 电磁场计算软件简介

6 电磁场计算方法的变化发展分析

6.1 有限元法技术发展分析

6.2 多场耦合问题探讨

6.3 电磁机构瞬变过程的求解方法

6.4 解析和数值方法组合-半解析数值方法

6.5 非线性电磁场解决方法

6.6 工程材料电磁特性精细化模拟

6.7 吸收相关学科的成果改进计算方法

6.8 电磁场计算方法难以解决的问题