一种线圈结构优化方法及其装置

本发明涉及电磁脉冲焊接，具体涉及一种线圈结构优化方法及其装置。

背景技术：

1、电磁脉冲焊接技术是伴随着电磁脉冲成形技术的发展和进步应运而生的一项特种焊接技术。该技术适合于异种材料连接，特别是管件和薄板材料连接。一般意义上的磁脉冲焊接（mpw）过程通常被认为是电磁场、应力场和热场的共同作用。然而，由于焊接放电过程极短，同时线圈的电阻也很小。因此，电流产生的热能相对较小，对于整个焊接过程的影响可以忽略不计。请参考图1，其原理是利用高压电容 c存贮电能，经过真空开关的闭合，实现对电磁线圈的瞬间放电，形成脉冲电流，应用电磁感应在导电工件中产生涡流，并产生瞬时强磁场和形成强磁脉冲力，将电能转化为导电工件的动能，导致两种工件（如导电工件和基板）的相对高速运动和碰撞，最终实现两种工件（如导电工件和基板）之间的冶金结合。其突出特点表现为，异种金属材料焊接性较好、适用性广泛，生产效率高，具有良好的精确可控性和重复性，焊接过程易于实现自动化。由于该技术所得的焊接接头的质量高，环保无污染，其已经在核能工程、汽车制造、航空制造等领域得到了应用。

2、在电磁脉冲焊接技术中线圈作为传输电流的导体，起着形成磁场和驱动导电工件的作用。它的结构决定了焊接性能，是磁脉冲设备的关键部件之一。因此，优化线圈的结构不仅符合数字化工业的发展，而且符合磁脉冲焊接技术的研究，具有重要的意义。而现有的线圈基本都是传统的工字形线圈，且不能根据不同的材料或者工况对线圈的结构参数进行改变，而不同的材料之间的焊接窗口存在差异，这使得不同材料的焊接接头的强度参差不齐。而在焊接接头效果较差时通常只能不断地提高磁脉冲输出的能级，这使得使用传统线圈焊接时存在能量消耗大、效率低等问题。

3、因此，针对上述现有技术的不足有必要进行改进。

技术实现思路

1、本发明主要解决的技术问题是如何对电磁脉冲焊接中的平板线圈进行系统地优化。

2、根据第一方面，一种实施例中提供一种线圈结构优化方法，包括：

3、获取待优化区域以及用于对该待优化区域进行优化的目标函数；其中，该待优化区域包括平板线圈的主工作区域，主工作区域为单位面积或单位体积内导体的占比超过预设占比阈值的区域，该待优化区域能够对导电工件的预设区域进行驱动而使得该预设区域具有冲向基板的速度，该预设区域包括该导电工件中通过该速度与基板结合在一起的目标区域，该目标函数为该速度的最大化；

4、将该目标函数的数值作为粒子群算法中粒子的适应度值，将该待优化区域的结构参数作为上述粒子的位置，该粒子群算法进行迭代优化，直至达到停止迭代优化条件；

5、将达到停止迭代优化条件后的结构参数作为最终优化得到的结构参数。

6、一实施例中，所述将该目标函数的数值作为粒子群算法中粒子的适应度值，将该待优化区域的结构参数作为上述粒子的位置，该粒子群算法进行迭代优化，直至达到停止迭代优化条件，包括：

7、步骤s210：对该待优化区域进行网格划分而得到 d个网格单元；其中，上述网格单元的属性为导体或绝缘体；在 d维的目标搜索空间中由 n个粒子组成一个粒子群，每个粒子表示该结构参数的一种可行解，第 i个粒子的位置表示为： xi=（ x i1， x i2，…， x id）， i=1，2，…， n；第 i个粒子的速度表示为： v i=（ v i1， v i2，…， v id）； x i1， x i2，…， x id分别表示第1至第 d个网格单元的属性为导体的概率；

8、步骤s220：当迭代次数 k等于0时，根据初始的待优化区域初始化 x i，而 v 0 i， η=0；其中，该初始的待优化区域