基于数字孪生的掘锚一体机实时状态映射

数字孪生是一种实现复杂装备在物理世界与信息世界互联融合的新兴技术,在复杂装备模拟仿真、监控分析、诊断预测、优化控制等方面有着广阔的应用前景.本文以掘锚一体机为对象,对复杂装备数字孪生运动与建模分析、数据传递及双向映射开展了研究.在数字孪生行为一致性方面,基于历史物理仿真数据库与实时驱动数据,实现了掘锚一体机运动学快速仿真分析.同时,提出了掘锚一体机数字孪生几何模型库构建技术,通过有限状态机、快速布尔运算等方法实现了掘锚一体机状态镜像映射,以及运动过程中服役环境实时仿真.此外,在实时状态映射方面,提出了掘锚一体机数字孪生虚实映射技术,通过在线采集与传递孪生数据,实现了基于异步传输的信息实时传递.对于掘锚一体机整机抬升、进给、挖掘、煤渣拢料等运动过程,数据处理平均延迟时间小于10-2ms,运动学插值处理数据误差小于3%,开发的掘锚一体机数字孪生仿真帧率达到74.3帧/s,实现了融合服役环境的掘锚一体机实时状态映射与作业流程实时在线监测.

考虑雨滴侵蚀的风力发电机叶片涂层疲劳寿命优化设计方法

雨滴侵蚀是造成大型风力发电机叶片涂层疲劳损坏的重要因素之一,近年来受到工业界和学术界的广泛关注。针对该问题,提出了一种通过调整风机转速,实现考虑雨滴侵蚀的风机叶片涂层疲劳寿命优化设计方法。首先运用风机叶片涂层疲劳寿命计算框架构建疲劳寿命Kriging代理模型,实现了特定状态下的叶片涂层疲劳寿命的快速计算;然后对于复杂的风力发电机实际服役环境,通过构建降雨强度与风速概率模型表征其各自的时长信息;其次根据不同降雨强度下疲劳寿命变化特性,构建约束条件,缩小搜寻空间,并结合风力发电机风能利用系数特性,构建初始转速设计点,最后采用序列二次规划法获得不同降雨强度与风速下的风力发电机最优转速。针对5 MW风力发电机机组进行转速优化设计,结果表明该优化设计方法可以将风力发电机叶片涂层设计疲劳寿命由7.84年提升至20年,而风机服役周期内总发电量减少量忽略不计。因此,该方法在保证风机总发电量降低最小的情况下,能够有效提升风力发电机叶片涂层疲劳寿命。