Direction Change of the Force Action upon Conductor under Frequency Variation of the Acting Magnetic Field

The present work is dedicated to the description of the thin-walled conductor attraction effect by the pulse magnetic field. This phenomenon was displayed experimentally. The effect pointed out relates to the direction of the pulse magnetic fields energy practical usage for the different technologies in manufacture. In the scientific literature this direction is known as the magnetic pulse metal forming. A hypothesis about the physical essence of the displayed phenomenon is suggested

Numerical Simulation of Multicomponent Ion Beam from Ion Sources

A program library for numerical simulation of a multicomponent charged particle beam from ion sources is presented. The library is aimed for simulation of high current, low energy multicomponent ion beam from ion source through beamline and realized under the Windows user interface for the IBM PC. It is used for simulation and optimization of beam dynamics and based on successive and consistent application of two methods: the momentum method of distribution function (RMS technique) and particle in cell method. The library has been used to simulate and optimize the transportation of tantalum ion beam from the laser ion source (CERN) and calcium ion beam from the ECR ion source (JINR, Dubna)

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКА НА ПОВЕРХНОСТИ ЛИСТОВОЙ ЗАГОТОВКИ В ЛИНЕЙНЫХ ИНСТРУМЕНТАХ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОГО ПРИТЯЖЕНИЯ

Purpose. The purpose of the present work consists in the characteristics experimental determination of the pulsed current transverse distribution on the surface of a sheet non-magnetic metal between the point contacts of the power source with different geometry of their connection under operating frequencies variation. Methodology. The measurements were carried out using methods based on the known positions of electromagnetism. The simulating low-voltage equipment was used, as well as high-voltage power sources with a high level of the stored energy. Numerical processing of the measurement results was carried out using standard programs from the «Wolfram Mathematica» package. Results. The space-temporal shapes of the pulsed current density transverse distribution on the surface of the sheet blank were obtained and analyzed. It is established that the degree of transverse current concentration in sheet metal relative to the center of the system in the operating frequency range of ~ 1.8…22 kHz depends very little on its temporal characteristics. It was found that the level of the transverse current concentration in the conditionally allocated band connecting the contacts of connection depends significantly on the ratio of the width of this band and the transverse dimensions of the contact connection. Moreover, the smallest current is concentrated in a strip whose width is much less than the distance between the contacts (£ 11…16 %). Originality. For the first time, the numerical estimates degree of the current transverse concentration are obtained and the dependence of this parameter on the temporal characteristics of the current, as well as on the method of connecting the power source contacts, is established. Practical value. The research results will allow creating the new more efficient linear tools of magnetic-pulsed attraction of sheet metals, based on the force interaction of conductors with unidirectional currents. Целью работы является экспериментальное определение характеристик поперечного распределения плотности импульсных токов разной частоты на поверхности листового немагнитного металла между точечными контактами источника мощности при различной геометрии их подключения. Методика. Измерения проводились с помощью методов, основанных на известных положениях электромагнетизма. Использовалось модельное низковольтное оборудование, а также высоковольтные источники мощности с высоким уровнем запасаемой энергии. Численная обработка результатов измерений проводилась с помощью стандартных программ из пакета «Wolfram Mathematica». Результаты. Получены и проанализированы пространственно-временные формы поперечного распределения плотности импульсного тока на поверхности листовой заготовки. Научная новизна. Впервые получены численные оценки степени поперечной концентрации тока и установлена зависимость данного параметра от временных характеристик тока, а также от способа подключения контактов источника мощности. Практическое значение. Результаты исследований позволяют создавать новые более эффективные линейные инструменты магнитно-импульсного притяжения листовых металлов, основанные на силовом взаимодействии проводников с однонаправленными токами

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКА НА ПОВЕРХНОСТИ ЛИСТОВОЙ ЗАГОТОВКИ В ЛИНЕЙНЫХ ИНСТРУМЕНТАХ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОГО ПРИТЯЖЕНИЯ

Purpose. The purpose of the present work consists in the characteristics experimental determination of the pulsed current transverse distribution on the surface of a sheet non-magnetic metal between the point contacts of the power source with different geometry of their connection under operating frequencies variation. Methodology. The measurements were carried out using methods based on the known positions of electromagnetism. The simulating low-voltage equipment was used, as well as high-voltage power sources with a high level of the stored energy. Numerical processing of the measurement results was carried out using standard programs from the «Wolfram Mathematica» package. Results. The space-temporal shapes of the pulsed current density transverse distribution on the surface of the sheet blank were obtained and analyzed. It is established that the degree of transverse current concentration in sheet metal relative to the center of the system in the operating frequency range of ~ 1.8…22 kHz depends very little on its temporal characteristics. It was found that the level of the transverse current concentration in the conditionally allocated band connecting the contacts of connection depends significantly on the ratio of the width of this band and the transverse dimensions of the contact connection. Moreover, the smallest current is concentrated in a strip whose width is much less than the distance between the contacts (£ 11…16 %). Originality. For the first time, the numerical estimates degree of the current transverse concentration are obtained and the dependence of this parameter on the temporal characteristics of the current, as well as on the method of connecting the power source contacts, is established. Practical value. The research results will allow creating the new more efficient linear tools of magnetic-pulsed attraction of sheet metals, based on the force interaction of conductors with unidirectional currents. Целью работы является экспериментальное определение характеристик поперечного распределения плотности импульсных токов разной частоты на поверхности листового немагнитного металла между точечными контактами источника мощности при различной геометрии их подключения. Методика. Измерения проводились с помощью методов, основанных на известных положениях электромагнетизма. Использовалось модельное низковольтное оборудование, а также высоковольтные источники мощности с высоким уровнем запасаемой энергии. Численная обработка результатов измерений проводилась с помощью стандартных программ из пакета «Wolfram Mathematica». Результаты. Получены и проанализированы пространственно-временные формы поперечного распределения плотности импульсного тока на поверхности листовой заготовки. Научная новизна. Впервые получены численные оценки степени поперечной концентрации тока и установлена зависимость данного параметра от временных характеристик тока, а также от способа подключения контактов источника мощности. Практическое значение. Результаты исследований позволяют создавать новые более эффективные линейные инструменты магнитно-импульсного притяжения листовых металлов, основанные на силовом взаимодействии проводников с однонаправленными токами

РАСЧЁТ ПОЛЕЙ И ТОКОВ В ИНДУКТОРНОЙ СИСТЕМЕ С ПРИТЯГИВАЮЩИМ ЭКРАНОМ И ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ ВИТКОМ КАК ИНСТРУМЕНТА РИХТОВКИ

In the idealization of the "limiting low" frequencies of acting fields the calculated dependences for the density of the induced currents and distributed force of the attractive in the induction system with attractive screen and the external additional coil which allow to evaluate the characteristics of flowing electrodynamics processes and make recommendations for the design of the real tools for magnetic-pulse attractive of nonmagnetic thin-walled sheet metals are obtained.В идеализации "предельно низких" частот действующих полей получены расчётные зависимости для плотности индуцированных токов и распределенной силы притяжения в индукторной системе с притягивающим экраном и внешним дополнительным витком, позволяющие провести оценки характеристик протекающих электродинамических процессов и дать рекомендации по проектированию реальных инструментов для магнитно-импульсного притяжения немагнитных тонкостенных листовых металлов.В ідеалізації "гранично низьких" частот діючих полів отримані розрахункові залежності для щільності індукованих струмів і розподіленої сили тяжіння в індукторній системі з притягуючим екраном і зовнішнім додатковим витком, що дозволяють провести оцінки характеристик протікаючих електродинамічних процесів і дати рекомендації з проектування реальних інструментів для магнітно-імпульсного притягування немагнітних тонкостінних листових металів

MAGNETIC-PULSE CAR BODY PANELS FLATTENING. THEORETICAL ASPECTS AND PRACTICAL RESULTS

The aim of the article is to provide theoretical and experimental studying of the «induction system with an attractive screen» practical effectiveness with the excited magnetic pulse attractive forces numerical estimation. Originality. For the first time, the theoretical analysis of the electrodynamics process for the «inductor system with attractive screen» at the low frequent assumption were conducted. Methodology of the analysis applied is based on the classic electrodynamics circuits theory. All of the resulted carried out, were obtained as the Maxwell’s differential equation solutions and its behavior was analyzed analytically. Results. The electrodynamics process was analyzed and the principle efficiency of the «induction system with an attractive screen» as an effective tool for magnetic pulse forming of the thin sheet metals was substantiated. The axis distributions of the attractive forces based on the relations been obtained were illuminated graphically. The results of experimental testing of the system in the engineering operation of the external non-contact dents removing on the car body panels samples were presented. Practical value. According to the results of the calculation analyses the fundamental workability of the «inductor system with attractive shield» as an effective magnetic pulse sheet metal part attraction tool was proved. It was shown that the not deep metal surface damages could be worked up by magnetic pulses technologies with a high performance in a short time.Проведен анализ электродинамических процессов и обоснована принципиальная работоспособность «индукторной системы с притягивающим экраном», как эффективного инструмента магнитно-импульсной рихтовки тонкостенных листовых металлов. Представлены результаты экспериментальной апробации системы в производственной операции по внешнему бесконтактному удалению вмятин в образцах кузовных панелей автомобилей.Проведен анализ электродинамических процессов и обоснована принципиальная работоспособность «индукторной системы с притягивающим экраном», как эффективного инструмента магнитно-импульсной рихтовки тонкостенных листовых металлов. Представлены результаты экспериментальной апробации системы в производственной операции по внешнему бесконтактному удалению вмятин в образцах кузовных панелей автомобилей

ЧИСЛЕННЫЕ ОЦЕНКИ ТОКОВ И СИЛ В ЛИНЕЙНЫХ ИНСТРУМЕНТАХ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОГО ПРИТЯЖЕНИЯ МЕТАЛЛОВ. ЧАСТЬ 2: МЕТАЛЛЫ С ВЫСОКОЙ УДЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬЮ

Purpose. The purpose of the present work is substantiating workability of the linear tools of the magnetic-pulse attraction of thin-walled sheet metals with high electrical conductance, the principle of which is based on the force interaction of two conductors with unidirectional currents during intensive penetration of the acting electromagnetic fields. Constructively, one of these conductors in the linear tools is the so-called main current lead (an analog of the inductor in EMF) and the second one is the part of the sheet metal which has to be deformed. Methodology. For numerical estimates the analytical dependences are obtained with help of the methods of electromagnetic field theory as well the standard programs from the Wolfram Mathematica package used. Results. The fulfilled calculations illustrate the amplitude-temporal dependences for the excited currents and forces under the demanded decrease of the operating frequencies of the acting electromagnetic fields. The efficiency of the linear magnetic-pulse tools is based on the excitation of the mutual attraction forces of conductors with low-frequency unidirectional currents. Originality. By the example of aluminum, which is the main raw material in modern aviation and automotive industry, it has been found that for processing the metals with high electrical conductance demand a significant decreasing operating frequencies, what is necessary for intensifying the penetration processes of acting fields and, accordingly, for exciting the real attractive forces. Practical value. The results of the work allow formulating the based recommendations for the creation and practical application of the linear magnetic-pulse attraction tools for the progressive technologies of restoring the damaged areas of bodies coatings from the thin-walled sheet metals with the high specific electrical conductivity.Цель. Целью работы является обоснование дееспособности линейных инструментов магнитно-импульсного притяжения тонкостенных листовых металлов с высокой удельной электропроводностью, принцип действия которых основан на силовом взаимодействии проводников с однонаправленными токами при интенсивном проникновении возбуждаемых полей. Методика. Для численных оценок использовались аналитические зависимости, полученные с помощью методов теории электромагнитного поля, и стандартные программы из пакета «Wolfram Mathematica». Результаты. Проведенные вычисления иллюстрируют амплитудно-временные зависимости для возбуждаемых токов и сил при требуемом понижении рабочих частот действующих электромагнитных полей. Обоснована действенность линейных магнитно-импульсных инструментов, основанных на возбуждении сил взаимного притяжения проводников с низкочастотными однонаправленными токами. Научная новизна. На примере с алюминием, который является основным сырьевым материалом в современном авиа- и автомобилестроении, установлено, что для металлов с высокой удельной электропроводностью требуется значительное понижение рабочих частот, что необходимо для интенсификации процессов проникновения действующих полей и, соответственно, для возбуждения реальных сил притяжения. Практическое значение. Результаты работы позволяют сформулировать обоснованные рекомендации по созданию и практическому применению линейных инструментов магнитно-импульсного притяжения в прогрессивных технологиях восстановления повреждённых участков корпусных покрытий из тонкостенных листовых металлов с высокой удельной электропроводностью

Analysis of electromagnetic processes in the system "cylindrical solenoid - massive conductor"

Defining the key parameters of the inductor geometry, as a long multi-turn solenoid, that influence on the current amplitude induced excited in a massive conductor with a flat boundary surface. Performing a mathematical analysis of the electrodynamic problem solution for an area with variable structure by integrating Maxwell's equation within the given boundary and initial conditions and also physical assumptions simplifying the process of solving but not distorting the result and carrying out an experiment that confirms not only the correctly construction considered but also the acceptability of the chosen assumption the opacity applying of the metal blank for these operating fields frequencies. Functional dependencies of the current induced parameters on the metal surface of the heating object have been obtained, along which numerical estimates of the electrodynamic process have been performed, and key parameters influencing the heating efficiency have been determined. The correctness of the solutions obtained was confirmed experimentally. The final form of the solution function of the physical-mathematical problem was shown to be acceptable for performing further engineering and research calculations. The functional connection of the measured values of the induced surface current and the parameters of the measuring system is determined, the experimental confirmation of which indicates the satisfactory calculation model of the induction heating system and the entire solution as a whole. Based on the calculations performed, working samples of inductive systems for induction heating that meet the specified heating rate and area requirements can be constructed. The obtained analytical expressions were transformed and simplified for their further using for engineering calculations with a minimum error value.Определение ключевых параметров геометрии индуктора, как длинного многовиткового соленоида, влияющих на амплитуду индуцированного тока возбуждаемого в массивном проводнике с плоской граничной поверхностью. Выполнение математического анализа решения электродинамической задачи для среды с переменной структурой путем интегрирования уравнений Максвелла в рамках заданных граничных и начальных условий, а также физических допущений, которые упрощают процесс решения, но не искажают его результат; а также проведение эксперимента подтверждающего не только правильно выполненное построение, но и допустимость применения выбранного допущения о непрозрачности металлической заготовки для данных частот действующих полей. Получены функциональные зависимости искомых параметров индуцированного тока на поверхности металла объекта нагрева, по которым были выполнены численные оценки электродинамического процесса, определены ключевые параметры, влияющие на эффективность нагрева. Правильность полученных решений была подтверждена экспериментально. Окончательный вид функции решения физико-математической задачи был приведен к приемлемому для выполнения дальнейших инженерных и исследовательских расчётов. Определена функциональная связь измеряемых величин индуцированного поверхностного тока и параметров измерительной системы, экспериментальное подтверждение которой свидетельствует об удовлетворительности расчетной модели системы индукционного нагрева и всего решения в целом. На основании проведенных расчетов могут быть сконструированы рабочие образцы индуктивных систем для индукционного нагрева, отвечающие заданным требованиям скорости нагрева и его площади. Полученные аналитические выражения были преобразованы и упрощены с целью их дальнейшего использования для инженерных расчётов с минимальной величиной погрешност

ЧИСЛЕННЫЕ ОЦЕНКИ ТОКОВ И СИЛ В ЛИНЕЙНЫХ ИНСТРУМЕНТАХ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОГО ПРИТЯЖЕНИЯ МЕТАЛЛОВ. ЧАСТЬ 1: МЕТАЛЛЫ С НИЗКОЙ УДЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬЮ

Purpose. The electrodynamics processes study in the linear tools of magnetic-pulsed attraction, the final result of which should be the physics-mathematical dependencies for the characteristics of the flowing processes, under the conditions of intensive penetration in metal of acting electromagnetic fields, as well as numerical estimates of these processes main characteristics. Methodology. To carry out research, we used the fundamental statements of the electromagnetic field theory and the mathematical simulation with help of the standard codes from the Wolfram Mathematica package. Results. The functional dependencies for the space-temporal distributions of the currents and forces excited in the linear tools of magnetic-pulsed attraction under intensive penetration of the acting electromagnetic fields through the tool's conducting construction elements are used for the numerical estimates. From the calculation results it follows that from a physical point of view, the cause of the increase in attractive forces while decreasing the operating frequencies can be considered the intensification of penetration processes of the excited fields, which leads to increasing the magnetic pressure from the outside. Thus, the transition to low operating frequencies of the exciting currents can significantly increase the efficiency of the magnetic-pulsed attraction of the sheet metals with the linear tools. Originality. It was firstly determined that from the physical point of view, the reason for the increase in attractive forces with a decrease in operating frequencies can be considered the intensification of penetration processes of the excited fields, which leads to increasing the forces of magnetic pressure on the conductors from side of their external surfaces. Practical value. A usage of the obtained results will allow creating new, more efficient linear tools of magnetic-pulsed attraction of the low-electrical conduction sheet metals operating under conditions of intensive penetration of the electromagnetic fields being excited.Целью статьи является проведение численных оценок основных характеристик электродинамических процессов в линейных инструментах магнитно-импульсного притяжения проводников с однонаправленными токами в условиях интенсивного проникновения действующих электромагнитных полей в металлы с низкой удельной электропроводностью. Методика. Для проведения вычислений использовались положения теории электромагнитного поля, вытекающие из уравнений Максвелла, и стандартные математические программы из пакета «Wolfram Mathematica». Результаты. С помощью аналитических выражений рассчитаны амплитудно-временные зависимости токов и электродинамических усилий в линейных магнитно-импульсных инструментах, действенность которых основана на возбуждении сил взаимного притяжения проводников с однонаправленными токами. Впервые установлено, что увеличение сил притяжения, в первую очередь, возможно за счет интенсификации процессов проникновения полей, что обеспечивается переходом к достаточно низким рабочим частотам возбуждающих токов. Практическая значимость. Использование полученных результатов позволит создавать новые более эффективные линейные инструменты магнитно-импульсного притяжения заданных участков листовых металлов, работающие в условиях интенсивного проникновения возбуждаемых электромагнитных полей

A Dipole Vortex Model of Obscuring Tori in Active Galaxy Nuclei

The torus concept as an essential structural component of active galactic nuclei (AGN) is generally accepted. Here, the situation is discussed when the torus "twisting" by the radiation or wind transforms it into a dipole toroidal vortex which in turn can be a source of matter replenishing the accretion disk. Thus emerging instability which can be responsible for quasar radiation flares accompanied by matter outbursts is also discussed. The "Matreshka" scheme for an obscuring vortex torus structure capable of explaining the AGN variability and evolution is proposed. The model parameters estimated numerically for the luminosity close to the Eddington limit agree well with the observations.Comment: 17 pages, 11 figures, version of this paper is published in Astronomy Report