基于火箭简化模型的多状态模型修正研究

火箭发射过程中燃料的不断减少导致火箭结构不断变化,结构的固有频率和模态振型也会随之变化。针对有限元模型的不准确性,以截面惯性矩为修正参数,不同状态下数值仿真结果与试验测试结果的误差最小为目标函数,建立多状态模型修正的优化模型。通过灵敏度分析和一阶泰勒展开对目标函数进行显式化处理,并利用序列线性规划求解得到设计变量的最优解。同时对于多状态结构,以多截面简支梁模型为例,利用锤击法对简支梁进行试验,设计磁吸重物方案模拟多状态模型,以单截面简支梁试验的前4阶频率为目标函数建立优化模型,经过修正将多截面简支梁模型修正为单截面简支梁模型,并且符合截面惯性矩与面积的比例,验证了多状态模型修正方法的准确性。

SMA碟簧群的循环受压性能及简化模型

该研究提出将多个形状记忆合金(SMA)碟簧片并联排列形成碟簧组,然后在碟簧组间加入垫片分隔、串联排列形成碟簧群,以提供更高的承载力及变形能力。采用有限元软件ABAQUS建立了一系列SMA碟簧群的三维精细化有限元模型,并进行非线性循环受压分析。结果表明:与钢碟簧的“三角形”荷载-位移曲线相比,SMA碟簧群的荷载-位移曲线呈现鲜明的“旗帜形”特性,具有明显的正向及反向转变平台。随着碟簧片数的增加,碟簧组的总可恢复变形量基本不变,极限承载力及割线刚度近似成比例增加,而随着碟簧组数的增加,碟簧群的总可恢复变形量增加,极限承载力不变,割线刚度近似成比例降低。因此,可根据碟簧群总极限承载力及变形能力的需要,灵活调整碟簧片及碟簧组的数量及布置方式。碟簧组的各层碟簧片由于边界条件不同,应力分布存在明显差异,而变形量亦呈现两端大中间小的哑铃形分布模式,其中加载端碟簧片变形量最大,若超过极限变形量可能发生翻转失效,值得注意。提出了SMA碟簧群的简化模型,通过简化及精细模型的非线性循环受压分析,发现该简化模型的循环受压荷载-位移曲线与精细模型吻合良好,而计算效率提高约38倍。将SMA碟簧群应用于自复位NZ梁柱节点中,并对自复位钢框架进行了验证性的滞回分析。结果表明:采用SMA碟簧群的自复位钢框架最大侧移为4%时可完全复位,且二次刚度相比采用预应力钢绞线的传统自复位钢框架提高近100%,极限承载力提高70%。

厚板转换全框支剪力墙结构振动台试验抽层简化模型设计与分析

为研究厚板转换全框支剪力墙结构的整体抗震性能,并检验该结构转换厚板的有效性,在重庆大学土木工程学院振动台实验室开展了缩尺模型结构的模拟地震振动台试验,试验对象为某36层车辆段上盖建筑。本文阐述了厚板转换全框支剪力墙结构振动台试验中模型的设计过程;介绍了测点布置与加载方案;对比分析了不同抽层简化方案对结构的影响。研究结果表明,对于厚板转换全框支剪力墙结构,抽层后依据刚度与强度等效原则调整构件截面能有效降低简化模型与原型的误差;抽层起始位置应被保证距离试验重点研究楼层不低于3层;连续抽层层数为1层时误差最小,建议选择连续抽层层数为1层。

基于高阶剪切变形理论的功能梯度板自由振动分析简化模型

基于高阶剪切变形理论提出了一种功能梯度板自由振动分析的简化模型,该简化模型最显著的特点是适用于功能梯度板的振动分析,且不需要剪切修正。相比于其他具有更多未知变量的剪切变形理论,本文提出的简化模型只包含一个控制方程,极大地减少了计算量。基于该简化模型研究了功能梯度矩形板在简支边界条件下的自由振动,并与其他已有文献进行了比较。结果表明,本文提出的简化模型在分析功能梯度板的自由振动行为时简单且精确。此外,文中还通过多个数值算例分析讨论了不同的梯度指数、长宽比和边厚比对功能梯度板自由振动行为的影响。

基于构网型控制策略的直驱型风力发电机简化模型研究

直驱式风力发电作为当前风力发电的普遍形式,随着其容量的增加,将导致受端电网有效惯量不断减少,呈现弱阻尼特性,增加电力系统运行风险。直驱风电场柔直并网过程中采用具有主动支撑能力的构网型控制逐渐成为研究主流,但因其控制技术、工程应用尚处于研究阶段,需要先在仿真软件中进行测试。构网型直驱风电场并网系统需要考虑大量风机的运行特性,多台机组的接入导致仿真运行环境复杂,硬件在环系统的算力不足以达到多台机组的详细仿真要求。为减小计算压力,寻找更适合风电场并网研究的仿真模型,针对构网型控制下的直驱风机机组详细模型进行简化,采用受控电流源替代风机机侧模型的方法,进一步节省计算机算力,从输入功率/直流电压/交流电压波动3个方面进行模型对比,从模型响应曲线误差和仿真耗时2个角度对详细模型及简化模型进行评价。仿真结果表明,简化模型可以反映风电机组网侧的功率输出特性,在节省仿真耗时上具有明显优势。

一种快速X射线脉冲星光子到达时间转换的简化模型

高精度X射线光子到达时间转换模型对脉冲星导航的精度至关重要,针对目前完整模型复杂而简化模型精度有限的问题,本文提出了一种精度不低于已有简化模型的快速简化模型.通过对现有完整模型的推导,从理论上分析了各延迟项对模型精度的影响,指出罗曼延迟仍是影响简化模型精度的关键.通过改变罗曼延迟的表达式及其二阶展开方式并考虑物理量的易获取度,得到一种快速简化模型.利用完整模型及所提简化模型对中子星内部组成探测器(Neutron star Interior Composition Explorer,NICER)和慧眼硬X射线调制望远镜(Hard X-ray Modulation Telescope,HXMT)的实测光子数据进行时间转换,分析了所提模型的精度和计算效率;利用数值仿真分析了轨道高度、脉冲星角位置测量误差对简化模型精度的影响,讨论了不同高度地球轨道应用中该简化模型的精度及计算效率.结果表明本文所提简化模型相比Sheikh简化模型和fei模型计算效率分别提高50%和10%,且未造成精度降低.

除冰气囊以及简化模型对气动特性影响研究

除冰气囊作为涡桨类飞机常用的除冰系统,评估其对全机气动特性的影响对飞行性能与安全有重要意义。基于某飞机上安装的气囊除冰系统,采用CFD方法模拟其工作时的全机气动特性,研究气囊简化模型对计算结果的影响。结果表明:随气囊膨胀高度增加,对全机气动特性影响显著,失速迎角提前约10°,最大升力系数损失近60%,最大升阻比降低约2.9;受膨胀气囊外形影响,机翼前缘呈展向流动特征,后缘流动分离区域长度与除冰气囊的安装长度相当;机翼前缘压力分布受膨胀气囊外形的影响出现震荡,从而影响整个翼面的压力分布;随简化气囊膨胀高度增加,失速迎角最大提前约1°,最大升力系数损失约21%,最大升阻比降低约2.2。

基于ABAQUS对自复位防屈曲支撑简化模型的验证与参数分析

防屈曲支撑在大震下不易屈曲且耗能能力优秀,现广泛用于高烈度地区结构。但其耗能机制导致支撑震后残余变形过大,不利于震后修复工作的开展。故对防屈曲支撑增设自复位系统,以大幅度降低其残余变形。但是,自复位防屈曲支撑独特的“旗形”滞回模型导致其模型复杂且计算量过大,不便应用于实际工程中。针对以上问题,首先通过杆单元和非线性弹簧叠加建立了自复位防屈曲支撑简化模型并验证了该简化模型的可行性。在此基础上,通过参数分析得到了各类实际参数取值对自复位防屈曲支撑承载力、自复位能力的影响效果。

基于引导滤波的车载视频图像去雾简化模型

为解决现有视频去雾模型计算量大、运算速度慢且只能处理单幅图像的问题,提出了基于引导滤波的车载视频图像去雾简化模型。对光能的大气衰减指数定律和雾霾退化的物理模型进行修正得到去雾简化模型,利用灰度图法和引导滤波法确定了模型中的雾气浓度系数和环境大气光强度,最后利用计算机仿真对去雾简化模型进行验证,结果显示,模型对连续的视频帧去雾效果显著。

输电塔纵向地震作用下抗震简化模型研究

纵向地震作用下,将输电塔简化为了广义单自由度模型。采用Newmark法的增量形式进行杆塔地震响应分析,并与实际输电塔结构的有限元模型在相同纵向地震作用下计算得到的响应进行比较。计算结果表明,简化模型通过逐步积分计算出的塔顶位移,略大于精细化模型在通用有限元软件中计算出的塔顶位移,差别较小;说明在纵向地震作用下,采用输电塔广义单自由度简化模型可以很好地替代原模型。

基于遗传算法的气体爆炸化学反应简化模型及其应用

针对火焰加速和爆燃转爆轰数值模拟中由于总包反应机理的化学反应刚性导致的时间步长小、计算效率低等问题,提出了一种通用的气体燃料爆炸化学反应模型简化方法.建立了基于遗传算法的简化反应模型Arrhenius参数寻优设计方法,使简化反应能够得出与详细反应机理量值相近的火焰特征参数,最大误差不超过5%;在此基础上,将构建的简化反应模型与多组分反应流体Navier-Stokes方程进行耦合,采用大涡模拟方法实现气体燃料爆炸化学反应过程的高效精确模拟.以开敞空间的氢气爆炸过程模拟对提出方法进行验证,仿真及实验对比结果表明,提出的方法能够以较高的效率和精度对实际物理过程进行近似,弥补详细反应机理仿真效率过低的不足,对各类气体爆炸化学反应过程具有较好的适应性.

基于遗传算法的CRTSⅡ型无砟轨道简支梁桥纵向抗震简化模型

高速铁路桥梁-轨道系统结构复杂,对轨道结构进行精细化建模会导致研究效率低,有必要对其进行合理简化。为此,以高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道-桥梁系统为研究对象,基于约束效应等效的设计原理,提出以等效弹簧模拟轨道约束效应的方法,建立考虑轨道约束效应的轨道结构简化模型,构建简化模型结构参数优化框架,利用遗传算法来获得等效弹簧最优刚度,最后从PEER地震数据库中随机筛选出10条地震波,对标准5跨高速铁路梁桥模型和简化模型进行地震分析。研究结果表明:简化模型的简化率高达90%,高速铁路梁桥模型地震响应计算时间为简化模型计算时间的8~10倍;简化模型与高速铁路梁桥模型的地震响应计算结果吻合良好,平均相对误差为3%,最大相对误差不超过5%。

基于简化模型的铁路简支梁桥横向振动分析方法

为解决铁路简支梁桥横向车桥耦合仿真分析方法效率低下的问题,提出考虑桥墩影响的铁路简支梁桥横向振动简化模型和分析方法。首先将列车横向激励简化为移动蛇形力,将桥梁横向简化为弹性支承梁;其次推导弹性支承梁在移动蛇形力作用下的振动解析解并分析共振消振条件;最后将简化分析方法与既有车桥耦合仿真分析方法得到的结果进行对比,以验证该方法的正确性并对其适用性进行探究。结果表明:该方法得到的桥梁横向振动随相关参数的变化规律与既有车桥耦合仿真分析方法一致,同时大大提高了分析效率,具有一定实用价值。

基于简化模型的电动汽车充电站布局非线性规划

为寻求充电站建设布局最优规划问题,以交通流量、充电距离、充电时间、渗透率等为约束条件,引入充电站建设的固定成本、变动成本、充电站的运营成本以及消费者的时间成本等数据,构建成本之和最小为目标函数。以某一规划区域充电站数量为变量,假设小区域为正方形,推导出充电需求距离与充电站数量的简化模型,得到充电站成本与充电站数量之间的非线性多项式数学方程。再次,根据南昌高新区地理环境实际情况,采用专家访谈法,以车辆密度、人口密度和经济活跃度三维度确定分区权重,可规划出四种不同的充电站建设方案,通过计算机模拟充电车辆随机分布在规划区域内,利用构建的模型,可测算出不同固定成本投入时的充电站建设社会成本最小方案,即当充电站建设为6个时为最优方案。研究的结果有利于改善交通环境,提升城市交通运营效率。

刀具非对称刃口简化模型对切削力影响的研究

目前针对刀具非对称刃口的切削力理论模型甚少,其主要原因在于以往的复杂刃口形貌表征方法无法采用现有的理论进行切削力分析。对此,这里首先在形状因子对刀具刃口对称性描述的基础上对非对称刃口形貌进行表征,其次针对由刀具刃口作用产生的犁耕力,提出刃口简化模型,以简化犁耕力的分析,最后采用有限元仿真与铣削实验对所提出的刃口表征与简化模型进行铣削力验证,结果显示切削力误差较小,从而验证了所提方法的合理性。研究成果对于切削力理论模型的发展具有重要意义。

多层RC框架结构倒塌阶段的简化模型分析

针对多层RC框架常因底层薄弱而倒塌,提出了两种适用于结构倒塌阶段模拟分析和振动台试验的结构简化模型.采用基于位移的等效单自由度体系计算方法,验证了刚体模型的适用性.应用OpenSees有限元分析,分析了21个RC框架在8个影响因素下简化模型与原结构震害侧移的差别.结果表明在结构严重破坏至倒塌阶段,两种简化模型的侧移与原结构差别较小.对比两种简化模型,刚体模型的底层侧移更接近原结构,可用于结构的快速倒塌分析;单层简化模型可为振动台倒塌模拟试验在成本控制上提供参考.

螺栓连接装配式墙板乡村住宅简化模型与验证

为了提高螺栓连接装配式混凝土剪力墙力学性能的模拟分析效率,基于OpenSees提出了一种由非线性梁柱单元、刚性单元、Truss单元、缝隙单元以及两节点单元组成的简化模型,该简化模型不仅解决了结构基础被压溃导致的模型不收敛问题,同时考虑了基础宽度对接缝区域的影响。该简化模型的仿真结果与拟静力试验结果吻合较好,简化模型可以较好地预测结构的峰值承载力以及承载力与刚度的退化,从而验证了其有效性。在此基础上,建立了一足尺螺栓连接装配式墙板乡村住宅模型的简化模型,并对结构进行了弹塑性时程分析,计算结果与试验结果进一步验证了简化模型的有效性,计算结果表明螺栓连接装配式墙板乡村住宅模型在9度罕遇地震作用下,结构最大层间位移角小于钢筋混凝土抗震墙的弹性层间位移角限值1/1000,说明结构具有良好的抗震性能。

基于简化模型的天线罩寄生回路稳定性分析

针对由天线罩误差引起的寄生回路影响制导系统稳定性的问题,提出了基于状态空间简化模型的天线罩寄生回路稳定性分析方法。为了准确分析天线罩误差特性对制导系统稳定性的影响,首先建立包含天线罩误差特性的导引头部件级模型,并采用低阶等效系统拟配方法建立导引头简化模型。该简化模型能够准确表征导引头的工作特性,并有效降低了制导回路状态空间简化模型的阶数;在此基础上,采用小扰动线性化方法建立制导/控制/弹体多回路线性时不变(linear time invariant, LTI)简化模型,并与导引头低阶等效模型结合,建立了包含天线罩误差斜率参数的制导回路,以简化模型状态空间描述形式。基于以上引入天线罩误差特性的制导回路状态空间模型,采用根轨迹方法分析确定了天线罩误差斜率的稳定域,分析了不同的天线罩误差斜率对制导系统稳定性的影响规律。最后,基于制导回路非线性模型进行仿真验证,仿真结果验证了基于简化模型的天线罩寄生回路稳定性分析方法的正确性。

基于简化模型马尔可夫法的核电厂仪控系统可靠性评估方法

核电厂数字化仪控系统作为核电厂“中枢神经”,其可靠性决定了核电厂是否能安全稳定运行。在使用马尔可夫法针对核电厂数字化仪控系统进行可靠性建模分析时,往往由于系统过于复杂、状态交互关系较多,出现组合爆炸的情况,使得模型难以构建。本文提出了一种应用于复杂系统的马尔可夫模型简化方法,通过对马尔可夫模型中的状态进行检测,筛选出具有相同转移率的状态后组成简化状态组,将简化状态组中的成员进行合并简化。进一步地,通过选取1oo2(1 out of 2)架构作为实施案例,对提出的简化方法进行验证,利用本研究提出的简化方法,将原有的1oo2架构8阶模型简化到6阶,有效降低了马尔可夫模型状态数量,提升建模及计算分析效率,一定程度上解决了组合爆炸问题。本研究提出的马尔可夫简化方法可应用于复杂系统建模分析,为核电厂数字化仪控系统可靠性评价提供参考。

太阳电池工程简化模型参数确定及模型应用

针对现有文献中太阳电池工程简化模型的模型系数值不适用于当今光伏组件的问题,提出简单的仅需利用光伏组件出厂数据的模型系数确定方法.系数b通过拟合25℃下不同辐照度对应的开路电压数据得到,系数a和c分别取短路电流和开路电压的温度系数.不同厂家生产的光伏组件系数b不同,同一厂家生产的不同型号的光伏组件系数b可以取相同值.综合改进后的太阳电池工程简化模型、分段函数形式的太阳电池温度模型和考虑安装条件的入射光强度模型,开展光伏组件电气输出特性的动态仿真.当组件倾角小于最佳倾角时,角度变化对最大输出功率的影响很小;当倾角大于最佳倾角时,角度变化对最大输出功率的影响较大,影响程度随着角度的增大而增大.