10 kV交流XLPE电缆改为直流运行的热电耦合仿真

为了研究电缆在不同敷设方式和直流拓扑结构时的直流运行参数,以10?kV交流配电网中广泛使用的三芯交联聚乙烯(cross-linked?polyethylene,XLPE)电缆为例,通过有限元仿真软件建立电缆温度场、流场和电场耦合仿真模型,对直埋敷设、排管敷设和沟槽敷设下电缆分别以双极式、单极式、三线双极式(three-...     

EXTREMELY LOW FREQUENCY MAGNETIC FIELD SUSCEPTIBILITY OF VISUAL DISPLAY UNITS

IntroductionCathode ray tube (CRT) based visual displayunit(VDU) is one of the basic components of per-sonal computers.Extremely low frequency(ELF,3～ 3 0 0 Hz) magnetic field interference to VDUs isexperienced in some critical environments such asin power plants,substations,and offices nearheavy current carrying conductors.In such envi-ronments,5 0 Hz power frequency and harmonic(especially3 rd harmonic) fiequency magnetic fieldsare dominative and can be significant.VDUs dis-turbed by …     

基于数值模型和解析模型的钢轨波导特性分析

钢轨振动由沿钢轨传递的各类导波构成,是铁路滚动噪声的主要贡献者. 为了研究铁路轨道的动力特性,分别基于铁木辛柯梁理论和波导有限元法建立了两种分析模型,推导自由波响应和受迫响应的求解过程,以波数、群速度、速度导纳和衰减率为指标,分析了两种模型条件下钢轨的波导特性. 研究结果表明:波导有限元模型包含了钢轨横截面所有的变形特征,可表征6 kHz内钢轨中的8种导波及其特性,反映导波波型交换、群速度互换的现象,以及高阶导波激发引起的导纳峰值;铁木辛柯梁模型可识别包括弯曲波、扭转波和纵波在内的5种钢轨导波,无法揭示截止频率在1.5 kHz以上与钢轨截面变形相关的导波;铁木辛柯梁模型可给出2 kHz内合理的钢轨垂向原点速度导纳计算结果.      

独柱双层高架桥墩柱振动台试验研究-Ⅰ:结构动力特性

对独柱双层高架桥墩模型进行了振动台试验,测试和分析了结构水平向动力特性,结果表明:独柱双层高架桥在纵向和横向的对应阶振型形状相似、振型顺序相同;仅取基本振型不足以表征结构主要动力特性;结构高阶振型频率对墩身中上部集中质量的变化较为敏感;墩柱截面开裂会明显降低结构自振频率、增大振型阻尼比,但对结构振型形状和振型顺序影响不大;在偏低的激励强度和振型幅值条件下进行动力特性测试,结构经历强震后的真实损伤状况无法得到准确反映。     

桥上列车高速运行引起的地面振动试验研究

为了研究高速铁路高架段车致地面振动的传播和衰减规律,以津秦客专线32m简支梁桥区段为工程背景,实测高速列车以速度250~385km/h通过时的三向地面振动响应,并对实测数据进行时域和频域分析。研究结果表明:近场测点的加速度时程呈现出明显的列车周期性加载现象,轴距及前后车相邻转向架间距的激励频率起主要作用;地面各测点在顺桥向、横桥向和垂向3个方向上的振动优势频率范围为25~80Hz;随着距离的增加,垂向地面振动在优势频段显著衰减,而顺桥向和横桥向地面振动在1~80Hz频段内均明显衰减;各测点在各测试车速下,垂向地面振动比顺桥向和横桥向大,而同一测点在顺桥向和横桥向的地面振动加速度级最多相差2dB;顺桥向和横桥向地面振动在距振源约30m处出现放大现象;车速为250~320km/h时,近场总体振动加速度级随车速增加而增大约6dB,但车速为330~385km/h时的各测点总体振动加速度级相差不超过2dB。      

航空发动机多级叶盘-轴系统扭转耦合振动特性

针对多级叶盘转子结构, 考虑多级叶片弯曲变形和轴扭转变形耦合作用, 引入叶片离心刚化作用, 建立了包含多叶片、2级叶盘和轴的耦合振动模型; 应用哈密顿原理推导了多级叶盘-轴耦合振动微分方程组, 通过数值积分方法得到了系统质量矩阵与刚度矩阵, 进而求解出系统耦合模态; 研究了叶盘固有频率、叶片长度、叶盘间距、叶片扭转角对振动特征的影响。研究结果表明: 2级叶盘-轴系耦合振动包含3类耦合模态, 各阶模态频率以叶盘固有频率为边界相互分离; 叶片长度小于1 m时, 耦合第1、2阶频率受轴半径的影响较大, 叶片长度超过1 m后, 耦合第1、2阶频率受叶片长度的影响较大; 在系统转速为2 000 rad·s-1时, 在不同叶盘间距下, 耦合的3阶模态频率变化幅度分别降低5、3、7 Hz; 转速-频率曲线存在明显的频率转向特征, 叶片扭转角增加60°, 转向区域提高500 rad·s-1; 2级叶盘系统会产生不同于单级叶盘的耦合模态, 短叶片与长叶片均会对耦合频率产生显著影响; 叶片扭转角与叶盘间距的变化会使耦合区域移动, 从而降低可能发生的危险共振。      

多物理域耦合求解的轮毂电机温度场

为研究温度变化对电动汽车用轮毂电机的工作性能和使用寿命的影响,采用场路耦合法将轮毂电机有限元模型与外电路联合求解,建立了包含轮毂电机本体、外部驱动控制电路的联合仿真模型,充分考虑了外部激励中时间谐波电流对磁场的影响. 然后,将计算得到的绕组铜耗、定子铁芯损耗、永磁体涡流损耗以及杂散损耗等作为热源,采用磁热耦合法将其耦合到各部件进行瞬态温度场研究,综合考虑了电机工作过程中其损耗分布在时间和空间位置上的瞬态变化特性,热源损耗与温度场实时精确耦合. 详细研究了负载运行时轮毂电机各部件温度随时间的变化情况,以及温度的空间分布特性. 多物理域耦合法实现了电磁场与外电路的直接耦合,电磁场与温度场的顺序耦合. 最后,对轮毂电机进行台架试验. 研究结果表明:仿真计算结果与试验结果在额定工况下温度的最大误差为4.96%,峰值工况下最大误差为10.55%.      

基于变分模态分解和奇异值分解的结构模态参数识别方法

为了准确获得结构的固有频率、阻尼比与振型, 将变分模态分解与奇异值分解相结合, 提出一种新的结构模态参数识别方法; 基于已有时频参数识别方法, 根据测量的脉冲激励与加速度响应估计系统的频响函数, 对系统的频响函数进行反傅里叶变换得到脉冲响应函数; 对各测点的脉冲响应函数进行变分模态分解, 得到与结构固有频率对应的本征模态分量; 提取本征模态分量的固有频率, 利用与固有频率相近的本征模态分量作为行向量构造奇异值分解矩阵, 对所构矩阵做奇异值分解, 利用最大奇异值重构左、右奇异值向量, 识别结构的振型、固有频率和阻尼比; 通过四自由度质量-弹簧-阻尼模态仿真试验和车体横梁锤击模态试验, 验证了所提出的模态参数识别方法的有效性。研究结果表明: 在四自由度理论模型参数识别中, 系统固有频率和阻尼比的识别结果与理论计算结果的最大相对误差分别不超过0.025%和1.490%, 理论计算与识别的1~4阶振型的模态置信度分别为0.999、1.000、0.999和0.999;在车体横梁锤击模态试验中, 提出方法识别的固有频率和阻尼比与理论计算结果的最大相对误差分别不超过1.57%和1.47%, 且车体横梁的理论振型与识别振型趋势相同。可见, 提出的方法能有效识别结构的模态参数。      

高墩大跨简支梁桥的特殊梁轨纵向力及其影响

为探讨主梁收缩与徐变和桥墩梯度温度荷载在高墩大跨简支梁桥中产生的特殊梁轨纵向力,以10跨64 m简支梁桥为工程背景,基于有限元法和梁轨相互作用原理,建立了轨道-梁-墩-基础一体化计算模型,研究收缩与徐变效应、梯度温度模式、墩高等对纵向力的影响规律,并与常规纵向力进行了对比分析.研究结果表明:主梁收缩与徐变引起的梁轨纵向力由纵向缩短效应控制,与竖向挠曲效应关系较小,且该项纵向力大于伸缩力或挠曲力,使得桥台产生较大的水平力;指数分布和线性分布梯度温度模式计算得到的纵向力分别约为制动工况下的20%~30%和50%~100%,指数分布梯度温度模式相对合理,温度曲线参数对纵向力的影响有限,建议尽快制定合理、统一的桥墩梯度温度荷载.      

风力发电塔系统整体建模与模态分析研究

为了判断风力发电塔系统是否能避开共振,需对其进行模态分析。提出了考虑“桨叶-轮毂-机舱-塔筒”耦合的整体建模的方法,可用于风力发电塔系统模态的计算。分别进行了停机阶段、运行阶段和切出阶段的模态分析,对比其频率和固有振型。对比结果表明：三个阶段的频率基本相同,只须验算停机状态下的频率满足规范即可;塔筒的振动形式主要为侧向弯曲振动、前后弯曲振动和扭转振动;桨叶在前十阶的振动形式主要为挥舞振动和摆振,且三桨叶振动存在一定的规律;相对于停机阶段,运行阶段时振型基本相同,切出阶段时振型有较大差异。     

FRP格栅加筋混凝土梁试验研究

对纤维增强聚合物(FRP)格栅加筋混凝土梁的弯曲行为和破坏模式进行了试验研究。采用复合材料制备了3条纵向肋和4条纵向肋2种不同构造的平面正交格栅,埋入混凝土梁,并对加筋混凝土梁进行四点弯曲试验。结果显示,在本研究采用的混凝土梁尺寸条件下,3根纵向肋的复合材料格栅加筋梁以弯曲破坏模式为主,而4根纵向肋的格栅加筋梁则以局部剪切破坏模式为主。试验结果表明,3根纵向肋的格栅充分发挥了复合材料的抗拉特性,具有更高的加筋效率。     

地震作用下盾构隧道纵向接头的受力特征

实际工程中,盾构隧道纵向接头是结构受力和变形的薄弱部位,针对盾构隧道纵向接头细部构造在地震作用下的受力特征,提出了一套由整体到局部的数值分析流程.首先建立基于纵向等效刚度梁的三维地层-结构时程分析模型,然后以该模型计算得到的纵向内力极值作为盾构隧道整环三维分析模型的外荷载,获取隧道最不利区域边界力,最后将边界力施加在盾构隧道纵向接头局部精细化分析模型之上,分析纵向接头细部构造受力特征;并以某综合管廊工程为背景对该方法进行具体阐述和讨论. 研究结果表明:地震波横向激励时,盾构隧道纵向以往复的水平弯曲为主,而纵向激励时,则以往复的竖向弯曲和纵向拉压为主;在纵向张开量最大的局部区域,不论是轴向拉力工况还是纵向水平弯矩工况,该局部区域都处于受拉状态,两种工况对该局部区域受力模式不产生本质影响;当盾构隧道纵向最大张开量的局部区域受拉时,最大拉应力区均位于管片内侧手孔部位,最大压应力区则围绕螺栓孔成环形分布.      

Damage Detection for Long-Span Cable-Stayed Bridge

Introduction Withthetendencyoflightnessandflexibilityin thedesignoflarge spanbridges,moreandmore cable stayedbridgeshavebeenconstructedallover theworld.TheRunyangYangtseRiverBridge,whichhasjustcomeintoserviceandlinksthetwocit iesofZhenjiangandYangzhouinChina,isasuper hugecable supportedbridgecomposedofasuspen sionbridgeandacable stayedbridge.Thecable stayedbridgeonthenorthbranch,withamainspanof40600cmandtwosidespansof17540cmonboth sides,consistsoftwovase shapedconcretetowers,double planefan…     

DKQ弯曲单元的构造及应用

为了研究复杂载荷作用下薄板结构的受力,基于离散Kirchhoff原理,推导了三角形弯曲薄板单元的应变矩阵、刚度矩阵中的显式面积坐标积分方法,根据变分原理构造了任意四边形弯曲单元DKQ,引入对称及反对称畸变模式进行网格畸变敏感性分析,将DKQ弯曲单元与平面应力单元组合,得到了用于薄板分析的四边形平板单元,并编制了有限元分析程序。计算结果表明:相对偏移量从-0.18变化至0.18,反对称畸变模式下挠度最大误差为1.83%,而对称畸变模式下挠度最大误差为0.99%;对某地铁车体结构,计算结果与ANSYS结果误差在3.5%之内,这说明构造的DKQ弯曲单元对网格畸变不敏感,具备良好的位移解收敛性和计算精度。     

Ca含量对AMCa镁合金超高周疲劳断裂行为的影响

为了阐明Ca含量对镁合金疲劳性能的影响,采用旋转弯曲疲劳试验机对两种AMCa镁合金进行超高周疲劳实验,并利用扫描电子显微镜SEM （scanning electron microscope）和X射线能谱仪EDS （X-ray energy dispersive spectroscopy）观察疲劳试样的断口形貌,分析了两种镁合金疲劳S-N（疲劳应力-疲劳寿命）曲线特性和疲劳断裂行为,讨论了Ca元素含量增加对镁合金疲劳寿命和疲劳裂纹萌生机制的影响. 结果表明,AM1.77 Ca镁合金S-N曲线没有传统的疲劳极限,呈现曲线连续下降趋势;AM1.85 Ca镁合金具有双S-N曲线特性,在130 MPa左右出现转折点;Ca元素含量增加导致镁合金产生微观结构缺陷,使材料的疲劳裂纹萌生模式从AM1.77 Ca镁合金的表面萌生模式转变为AM1.85 Ca镁合金的两种疲劳裂纹萌生模式,即表面萌生和次表面萌生模式,这种转变对材料抗疲劳性能的提升不利.      

Mode Tracking Scheme Among Remeshed Models for Structural Optimization

Mode tracking is required in the structural optimization when the frequencies of certain specified modes must be maintained within a suitable range. A simple tracking method employing the mode number is invalid or misleading when local modes appear or disappear during mesh updating. In this work, a mode tracking scheme combining the nearest neighbor method(NNM) with the modal assurance criterion(MAC) is proposed. Several NNM algorithms are compared, and the k-dimensional tree(kd-tree) NNM is used to transform eigenvectors(mode shapes) from different scales to identical one. A threshold determination method is implemented for the MAC to assess the similarities in all the calculated modes. On the basis of the mode tracking scheme, specified modes can be tracked between different finite element method(FEM) models which have different meshes and optimized shapes. The effectiveness is verified through an example of shape optimization using an electric motor structure.     

城市轨道交通列车车外噪声特性

基于统计能量分析(SEA)和半无限流体方法,建立6节编组的B型列车车外噪声预测仿真模型;通过试验提取车体SEA模型的振动激励和轮轨噪声激励,施加给车体并计算分析了车外噪声特性;以中国某城市轨道交通列车通过噪声试验对模型进行验证,并探讨了列车各板单元和轮轨噪声声源对车外场点声压的贡献量。研究结果表明:统计能量分析和半无限流体方法能够准确预测车外噪声,计算效率为常规方法的14.1倍;车速为60 km·h-1时,车外7.5和30.0 m处噪声显著频段为400~1 600 Hz,声压级随频率升高先增大后缓慢下降,其变化趋势和轮轨噪声变化趋势一致,最大幅值频率集中在800 Hz处,最大值分别为64.88、61.75 dB(A);车外噪声贡献量由大到小依次为轮轨噪声、车窗、侧墙、车门、底板、顶板、端墙;车体振动辐射噪声在低频段的贡献较大,在中心频率为20~100 Hz时,车外噪声主要来源为车窗、侧墙,其贡献率分别达到21.2%和19.2%;在中心频率为100~500 Hz时,车体各板及轮轨噪声贡献率差异较小;在中心频率为500~5 000 Hz时,车体各板块的贡献率呈缓慢下降趋势,轮轨噪声的贡献率随频率升高逐渐增加,在2 000~5 000 Hz的1/3倍频带内达到60%以上。      

Resonance Characteristics of Piezoelectric Resonator Based on Digital Driving Circuit of Field-Programmable Gate Array

Piezoelectric resonators are widely used in frequency reference devices, mass sensors, resonant sensors(such as gyros and accelerometers), etc. Piezoelectric resonators usually work in a special resonant mode. Obtaining working resonant mode with high quality is key to improve the performance of piezoelectric resonators. In this paper, the resonance characteristics of a rectangular lead zirconium titanate(PZT) piezoelectric resonator are studied. On the basis of the field-programmable gate array(FPGA) embedded system, direct digital synthesizer(DDS) and automatic gain controller(AGC) are used to generate the driving signals with precisely adjustable frequency and amplitude. The driving signals are used to excite the piezoelectric resonator to the working vibration mode. The influence of the connection of driving electrodes and voltage amplitude on the vibration of the resonator is studied. The quality factor and vibration linearity of the resonator are studied with various driving methods mentioned in this paper. The resonator reaches resonant mode at 330 kHz by different driving methods.The relationship between resonant amplitude and driving signal amplitude is linear. The quality factor reaches over 150 by different driving methods. The results provide a theoretical reference for the efficient excitation of the piezoelectric resonator.     

Mode Mixity for Orthotropic Interface Delamination in Laminated Composites

The mode mixity is defined based on nonoscillatory strain energy release rate components of delamination between two different orthotropic materials to evaluate the delamination behavior of laminated composites.The result showes that the relative location of the delamination through the thickness influences the mode mixity in a relatively well-regulated way,and that the reinforcement directions of the adjacent plies along the delamination front have a more complicated impact on the mode mixity.This is caused by the bending/twist coupling and bending/bending coupling in the stress field at the crack tip for delamination between multidirectional plies,which completely modifies the stress and strain fields ahead of the crack tip.These kinds of couplings account for the non-uniform distribution of mode mixity values along the delamination front.Application of appropriate mode mixity values is necessary for accurate prediction of delamination growth.     

膨胀土地基路基填方失稳破坏模式分析

南宁—百色高速公路路堤病害中以在膨胀土斜坡地基上填筑的路堤发生滑移和坍塌最为严重。当路堤沿公路路线方向和垂直路线方向有一定坡度时,填筑路堤都有发生滑移的危险。通过对南百高速公路K169+500m~K 189+400 m段路堤失稳破坏调查,总结出膨胀土地基路堤填方的3种破坏模式,即以横向为主的滑移、以纵向为主的滑移以及存在纵横向的空间滑移模式。采用有限元强度折减法对路堤的破坏模式进行模拟,探讨了路堤破坏的原因。对《公路路基设计规范》(JTG D 30—2004)有关膨胀土地基路堤填方规定有了新的思考,为在膨胀土地基上进行填方施工研究提供了新的思路。