110 GHz宽带同轴S参数标准装置设计

110 GHz宽带同轴S参数标准装置目前在国内尚无成熟产品,该文旨在实现对同轴S参数标准装置的设计。采用的设计方法为解析算法和有限元仿真的结合。解析方法由阻抗与反射系数的递推公式推导而来,并利用Matlab软件进行算法实现,其特点为运算快速但准确度欠佳;有限元仿真利用HFSS实现,其特点为消耗资源较多但建模和计算的准确度较高。通过解析方法对关键参数进行设计后在通过有限元仿真考虑产品细节带来的影响,二者的结合实现兼具快速且准确的设计。完成样品生产加工后使用网络分析仪对样品进行测试,测试结果与设计结果能较好吻合,验证设计方法的有效性。

扇型磁极直线游标电机多目标优化设计

针对扇型永磁直线游标(S-PMLV)电机优化目标多并且彼此之间相互制约的特点,运用田口法(TM)实现S-PMLV电机的多目标优化。选取推力、推力波动、铁耗与力能指标等特性作为优化目标,确定对目标影响大的优化参数与参数因子水平的取值范围。建立优化目标和参数影响因子的实验正交矩阵,并利用有限元法(FEM)进行求解,分析优化参数改变对S-PMLV电机性能指标影响的变化趋势与比重,得到最佳优化方案。通过比较优化前后的目标性能,结果表明,优化后S-PMLV电机的综合性能得到提升。

基于时步有限元分析的超高效电机定子槽形优化设计

在我国,中小型电机的定子槽形通常为梨形槽,且不同机座号的槽形尺寸已沿用了数十年。为研究有利于降低电机损耗的定子槽形尺寸,建立了基于时步有限元法的损耗计算模型,以一台5.5 kW异步电机为例,分析了槽口宽度、槽口高度、槽肩角、槽宽、槽高及槽半径等6个槽形尺寸对损耗的影响程度。结果表明,槽口宽度、槽宽和槽底半径对损耗影响较大。在槽满率基本不变,且确保电机原有起动性能的前提下,提出了基于时步有限元法的定子槽形优化设计方法,利用该方法对上述5.5 kW电机定子槽进行改进设计。经改进后,电机空载损耗降低了约7%,满载损耗降低了约2%。

自起动永磁同步电动机堵转饱和效应的时步有限元分析

电动机的堵转电流是反映其起动性能的一项重要指标,对自起动稀土永磁同步电动机的大量实测过程中发现,其三相堵转电流的幅值明显不相等,且随转子堵转位置不同发生变化。本文以现场55kW样机为例,利用时步有限元方法对不同情况下的堵转起动进行计算,通过研究磁通密度的变化与分布,分析转子磁路结构不对称及永磁体引起的饱和对堵转电流的影响,揭示了造成永磁电机三相堵转电流幅值不等的主要原因在于永磁体所引起的饱和对各相磁路作用不均衡,即"堵转饱和效应"所导致。结合现场实测数据,对比转子不同位置、永磁体不同型号下堵转电流的计算结果,说明结论的合理性。

裂纹间距及铺层角度对复合材料分层的影响

分层问题是复合材料层合板最常见问题,据统计约60%的层合板失效都与分层相关。通过基于虚裂纹闭合技术(VCCT)的重合网格法(S-FEM),分析了不同铺层角度及裂纹间距对应变能释放率的影响。由分析结果可看出,应变能释放率随铺层角度增加而减小;在裂纹尖端距离相对较小时,距离对能量释放率的影响要远大于铺层角度变化的影响。

钢球磨端盖有限元应力分析

采用高精度三维单元对修改设计后的磨煤机端盖进行了有限元应力分析。结果表明，修改设计后的端盖过渡圆角部位的最大相当应力远小于原端盖该部位的最大相当应力，且应力变化平缓，没有明显的应力集中现象。

汽轮发电机小扰动特性及静态稳定性的时步有限元分析

为了研究阻尼绕组和磁场饱和对汽轮发电机小扰动特性及静态稳定性的影响,分别采用经典派克(Park)方程模型与时步有限元(time-stepping finite element method,T-SFEM)模型,对发电机不同工况下发生的小扰动进行仿真计算。在此基础上,结合小信号分析法与普罗尼(Prony)方法,对比分析了不同模型下发电机小扰动过程的动态特性以及系统静态稳定性等相关问题。结果表明,在不考虑阻尼绕组与磁场饱和的情况下,2种模型所得的小扰动特性基本一致,而当计及阻尼绕组或磁场饱和作用时则差别显著;采用派克方程模型计算所得的静态稳定极限功角比时步有限元模型的计算结果偏大。研究结果为系统仿真分析提供了合理参考。

方盒形件拉深破裂预测的研究

根据盒形件拉深变形的特点 ,借助轴对称拉深件的变形规律与盒形件圆角区剪应力零线相同的假设 ,得到了方盒形件主要变形区法兰和侧壁的应力解析表达式 ,从而对方盒形件的拉深破裂进行了预测。

基于光滑有限单元法的土石坝无压渗流场数值模拟

获得自由面准确位置是无压渗流分析中最被关注的问题。采用光滑有限元法对土石坝无压渗流场进行数值模拟,对不同模型的自由面位置进行求解,研究了渗透异常体对自由面和渗流参数的影响。根据梯度光滑技术,建立了无压渗流问题的光滑有限元模型,该方法的优势在于将单元面积分优化为沿单元边界的线积分,简化了边界相交单元的内部积分过程,降低了单元畸形对计算结果的影响。通过将矩形均质坝和梯形均质坝的经典算例计算结果和其他数值方法的结果进行对比,说明了本文提出的方法的可行性。进一步研究了不同的渗透率异常体对水头分布、渗流速度和流体压力等渗流参数的具体影响,这些结果为利用渗流参数分布的变化反演渗透异常体位置,以及进行土石坝多场耦合提供了理论依据和可行策略。

有限元重合网格法在三维线弹性断裂力学中的应用研究

有限元重合网格法是一种发展中的简单、可行的多尺度的有限元分析方法,文中将该方法扩展应用到三维线弹性断裂力学问题中。详细介绍有限元重合网格法的基本原理,并以受远端均匀拉伸应力作用的含半椭圆表面裂纹的有限宽、有限厚板为例,详细讨论局部网格区域尺寸和重叠区细化单元的数目对三维有限元重合网格法计算精度的影响,同时用该方法计算分析三维表面裂纹应力强度因子,计算结果与已知解相比较,结果一致性很好,可用此方法分析复杂三维断裂问题。

基于nCode Design-Life的某车架疲劳可靠性分析

针对某型半挂牵引车车架局部出现裂纹或者断裂现象,通过有限元理论和疲劳分析理论相结合进行了车架的有限元分析和疲劳可靠性分析。首先对该车架进行了建模和有限元静态特性分析,然后定义了特定的时间载荷序列数据和材料参数,选用了S-N疲劳设计和静态疲劳分析方法,利用疲劳分析软件nCode Design-Life对该车架进行疲劳可靠性分析,得出该车架的疲劳结果云图和各节点的疲劳寿命,并从相关云图中确定出车架容易破坏的位置和其寿命之后再进行样车实验验证。

基于有限元重合网格法的等大共面的三维表面裂纹交互因子研究

有限元重合网格法是一种发展中的简单、可行的多尺度有限元分析方法,文中将该方法扩展应用于分析三维线弹性断裂力学多裂纹问题。详细地介绍了有限元重合网格法在多裂纹问题中的基本原理,并以受远端均匀拉伸应力作用的含2个等大共面的半椭圆表面裂纹的有限宽有限厚板为例,用该方法计算分析三维多裂纹交互因子,同时详细讨论了结构几何参数、裂纹形状参数、相对裂纹位置和裂纹前沿位置对裂纹交互因子的影响。

汽轮发电机转子阻尼系统对小扰动特性的影响

电力系统中的各种小扰动通常会导致系统发生低频振荡,而汽轮发电机转子阻尼系统对于抑制低频振荡具有重要作用。为了研究转子大齿导条、转子导电槽楔构成阻尼绕组和转子铁心对系统小扰动特性的影响,建立了能够反映实际转子阻尼结构影响的时步有限元模型。首先研究了忽略转子阻尼作用对小扰动仿真结果的影响;然后对比研究了阻尼绕组和转子铁心分别对小扰动特性的影响,分析了不同阻尼结构中阻尼电流的大小及其所产生的阻尼作用强弱;最后对比了转子槽楔采用铝合金和不锈钢时,材料电导率的大小对小扰动特性的影响。结果表明:小扰动过程中阻尼绕组中的阻尼电流大于转子铁心中的电流,因此其对小扰动特性的影响较大;转子槽楔采用铝合金时的阻尼作用要强于不锈钢槽楔的阻尼作用。研究结果可为电力系统仿真中如何合理准确地分析系统小扰动特性提供必要的理论基础。

有限大体复合型表面裂纹断裂特性研究

应用有限元重合网格法对三维有限大体倾斜表面裂纹复合型应力强度因子进行研究,详细讨论了裂纹倾斜角和裂纹形状变化对复合型应力强度因子的影响。研究发现随着裂纹倾斜角的增大,裂纹前缘Ⅰ型应力强度因子KⅠ减小,而Ⅱ型和Ⅲ型应力强度因子KⅡ和KⅢ先增大后减小;随着裂纹形状的变化,复合型表面裂纹前沿应力强度因子的最大值出现在裂纹最深处或随裂纹形状变化出现在裂纹前缘某处。

二维有限元重合网格法网格特性研究

有限元重合网格法作为一种自适应有限元法和多尺度计算方法,目前受到了研究者们的广泛关注。文中首先简介了二维线弹性断裂力学中有限元重合网格法的原理;其次为获得最少网格数量下最精确的数值结果,研究了重合网格法中全局模型和局部模型网格大小和网格数量的关系以及对计算精度的影响;最后就影响重合网格法精度的局部模型的选择进行了讨论。

不同模型的同步发电机失磁异步运行分析

建立了可以考虑磁场饱和、磁场畸变、谐波磁场以及集肤效应导致的实心转子涡流分布不均匀等因素的场路耦合时步有限元(T-S FEM)模型,并进行了试验验证。采用该模型对300 MW发电机稳态运行、励磁绕组开路及短路等失磁异步运行时的角速度、电磁转矩以及定子电流动态变化特征进行仿真,并与电力系统仿真软件PSD-BPA的仿真结果进行对比,结果表明:稳定运行时,2种模型计算的电磁转矩相差13.8%;失磁异步运行时,2种模型仿真得到的结果存在明显差别且有限元模型计算结果更接近实际情况,这主要是由于时步有限元模型能有效计及发电机内部多种非线性因素,故计算结果更为精确。本文研究成果为发电机设计及运行分析提供了理论支撑。

磁流变减振器磁路磁场特性分析

磁路设计是磁流变减振器设计的核心内容,它的好坏直接关系到减振器的减振效果。利用有限元分析软件ANSYS对磁流变减振器磁路结构进行了数值模拟,对影响其性能的励磁材料磁导率、间隙大小、磁路级数以及在多级磁路中相邻两级线圈中电流方向的异同对阻尼通道磁感应强度的影响进行了分析。研究表明这些因素对减振器的特性都有很大的影响,特别是多级磁路的使用相对于单级磁路来说具有较多的优点。设计过程中应综合考虑各参数对减振器特性的影响,合理选择其数值以使设计的结构的性能得到最大发挥。

焊缝疲劳寿命预测新方法及其在焊接构架上的应用

铁路客车209T型转向架焊接构架横梁腹板与侧梁下盖板的焊缝出现的疲劳裂纹直接影响行车安全.采用美国ASME标准中的《网格不敏感的结构应力法及主S-N曲线法》,对该处焊缝进行了有限元分析,分析计算了该处焊缝焊趾与焊根上的应力集中,也计算了该处焊缝焊趾与焊根上的疲劳寿命与损伤.疲劳损伤计算结果与实际开裂情况相当吻合.基于这一方法,对改进设计的疲劳寿命及损伤再次进行了计算,结果表明:改进方案显著地提高了该处的抗疲劳破坏能力.上述研究与验证表明:《网格不敏感的结构应力法及主S-N曲线法》突破了传统名义应力法的局限性,在机车车辆焊接结构抗疲劳设计过程中,具有重要工程推广价值.

裂纹分析有限元重合网格法及基于MSC.Patran的二次开发

充分利用MSC.Patran的可视化及分网功能,结合有限元重合网格法(S-FEM)在裂纹问题分析中的优势,以MSC.Patran为平台,使用PCL语言开发了求解裂纹问题的二维有限元重合网格法分析模块,应用此模块计算单边直裂纹和斜裂纹矩形板应力强度因子,并模拟了斜裂纹的裂纹扩展路径,验证了程序模块及方法的正确性。

深水S型铺设托管架参数分析

为讨论托管架几何参数对深水管道S型铺设的影响,本文利用有限元方法,考虑了托管架结构刚度影响,分析了铺设过程中管道与托管架的接触、管道大变形等非线性问题,讨论了托管架长度、曲率半径及托辊间距和高度等参数对S-lay的影响.计算结果表明,有限元法可有效解决深水铺设的强非线性问题;托管架几何形状是提高整体铺设能力的主要参数,托辊布局影响管道局部安全,托辊高度对管道上弯段的影响更显著.