Cushioning Performance of Hilbert Fractal Sandwich Packaging Structures under Quasi-Static Compressions

The sandwich structure of cushioning packaging has an important influence on the cushioning performance.Mathematical fractal theory is an important graphic expression.Based on Hilbert fractal theory,a new sandwich structure was designed.The generation mechanism and recurrence formula of theHilbert fractal were expressed by Lin’s language,and the second-orderHilbert sandwich structure was constructed fromthermoplastic polyurethane.The constitutive model of the hyperelastic body was established by using the finite element method.With the unit mass energy absorption as the optimization goal,the fractal sandwich structure was optimized,and the best result was obtained when the order was 2.5 and the unit layer thickness was 0.75 mm.TheHilbert sandwich structure was compared with the rice-shaped sandwich structure commonly used in industry,and the Hilbert fractal structure had better energy absorption.This has practical significance for the development and application of newcushioning packaging structures.

用于光伏串联电弧辐射检测的五阶Hilbert分形天线设计

串联电弧是光伏系统的主要故障类型之一,掌握光伏电弧的辐射特性是解决光伏电弧检测的重要前提.为实现对故障电弧的检测,需要设计针对电弧特征频带的天线.为此,对Hilbert分形天线进行研究,设计了五阶Hilbert分形天线实现电弧故障检测.通过提高分形天线阶数,减小谐振频率,扩大天线带宽.设计结果表明:五阶Hilbert天线在0~500 MHz电磁辐射能量较大的频段内驻波比小于3(在10~140 MHz和170~500 MHz频段内VSWR<3),增益为-38 dB,方向性良好.通过搭建光伏串联电弧实验平台和设计的五阶Hilbert分形天线,分析电弧电磁辐射信号时频特性.研究可为光伏系统电弧故障的检测提供参考.

检测GIS局放的Hilbert分形天线及便携式监测系统

根据超高频分形天线设计的原理,采用平行传输线的电感等效方法分析了Hilbert分形天线阻抗特性,设计出了应用于检测气体绝缘组合电器(gas insulated substation,GIS)局部放电的3阶Hilbert分形天线;采用Hilbert分形天线和微带天线,对金属突出物缺陷产生的局部放电进行了测量,实测结果表明,该天线特性良好,可用于GIS局部放电在线监测;应用Hilbert分形天线和LabVIEW建立了便携式GIS局部放电在线检测及定位系统,进行的局部放电源定位精度满足现场定位要求。

基于Hilbert分形结构的RFID标签天线

提出了一种基于H ilbert分形结构的射频识别(RFID)标签天线的尺寸缩减设计.通过矩量法仿真,给出了H ilbert标签天线的谐振频率、方向图以及天线效率,并制作了一维H ilbert标签天线实物进行测试.仿真和实测结果表明,H ilbert分形结构天线的空间填充特性可有效转化为标签天线的尺寸缩减特性,而且一维H ilbert标签天线具有更高的天线效率.

基于Hilbert分形天线的弓网电弧电磁辐射研究

弓网(PC)电弧带来的电磁干扰会影响到车载数字设备的正常工作。因此,有必要研究弓网电弧的电磁辐射特性。首先,基于ANSOFTHFSS仿真软件建立仿真工程,设计了一种用于监测电弧电磁辐射的4阶Hilbert分形天线。其次,搭建了弓网电磁辐射信号测量实验装置,以铜合金接触导线-纯碳滑板为研究对象,在不同试验电流及不同电极间距下,分别开展多组弓网电弧辐射电磁实验。对采集到的电磁辐射时域脉冲信号进行快速傅立叶变换,提取频谱分布范围及典型频率值。研究结果表明:弓网电弧电磁辐射频段主要分布在0～160 MHz,特别是在0～40、60～100 MHz频段内强度较大。改变试验电流和电极间隙,电弧电磁辐射频谱分布整体相似,且频域峰值都出现在18MHz。通过对电磁辐射的实时监测,可获得电弧发生时刻和持续时间等信息,提供了一种有效的弓网电弧监测方法,有助于对弓网系统受流水平进行评价。

图象扫描波动性度量及Hilbert扫描矩阵的快速生成

在图象扫描技术中 ,首要的问题是如何尽量减小生成数据的波动性 .为此在深入研究各种扫描技术的基础上 ,定义了一种描述扫描方式产生数据波动性的度量指标 ,基于图象存在局部连续性 ,证明了Hilbert分形曲线扫描优于其他传统扫描 ,表明其生成数据的最佳连续特性 ,并通过实验分析了图象扫描方式对DCT变换编码效果的影响 .最后 ,给出了一个构造Hilbert扫描矩阵的快速算法 ,以方便该方法的进一步研究及应用 .

基于Hilbert分形结构的电子标签天线设计研究

基于分形理论思路,设计了一款Hilbert分形结构的无源电子标签天线,分析研究了天线基板材料和封装材料的相对介电常数大小与介质厚度对天线性能的影响。仿真结果表明:随着介质厚度和材料相对介电常数的增加,谐振频率下降,但是对第一谐振频率点的方向图影响不大。这在电子标签的设计、仿真和制作中具有重要的参考意义。

Hilbert分形天线及其全波分析

该文采用全波 FDTD分析方法对 Hilbert分形天线进行分析。输入阻抗的计算结果验证了分形天线结构自相似性导致电特性的频率周期性变化这一规律。所得结果与有关实验数据吻合较好。研究结果还表明 Hilbert分形天线具有缩小天线结构尺寸的优点,相对于一般振子天线来说结构尺寸大大缩小,文中分形天线长度缩小为相应偶极天线的 1/7。对 Hilbert分形天线而言其维数越高,天线尺寸缩小越大,但相邻分形阶数缩小幅度越来越小,同时对其方向图的全波分析说明 Hilbert分形天线同振子天线的性能基本相似,方向图在谐振频段内基本保持不变。

Hilbert曲线的快速生成算法设计与实现

研究了Hilbert曲线的特征和现有经典算法,依据二分技术提出了一种全新的空间填充曲线生成算法．算法按照复制 的思想将具有“形”特征的曲线问题转化为具有“数”特征的矩阵问题．因此对由线的操作就转化为对矩阵的运算,而短阵运算不 用考虑绘制曲线方向问题,也不用考虑曲线始点和终点．实验结果表明,该算法比经典的L系统算法提高了将近1倍的速度．有 意义的是,该算法为并行计算大型空间填充曲线提出了一种方案．

采用遗传算法优化局部放电超高频Hilbert分形天线

为了获得性能最优的局部放电(PD)超高频(UHF)检测Hilbert分形天线,提出将遗传算法用于PD UHF Hilbert分形天线的优化设计。通过分析影响天线性能的结构参数,确定了其用于遗传算法的编码解码方式,设计了适应度函数,建立了UHF分形天线优化工程,并获得一组性能最优的天线参数;根据优化结果加工制作了原型天线。搭建PD试验平台,分别采用现有的分形天线及优化设计的4阶Hilbert分形天线检测PD信号。实测结果表明:当频率在300 MHz^1 GHz范围内时,天线的驻波比都<2,即在0~1 GHz的频率范围内天线具有700 MHz的检测带宽,达到了宽频带超高频天线的基本性能要求。与现有天线相比,优化后的天线具有更高的检测灵敏度和更宽的检测带宽,可有效应用于PD UHF信号的现场检测,获取更全面的PD信息。

基于Hilbert曲线磁粒研磨轨迹均匀性实验研究

目的改善传统平面磁粒研磨中轨迹均匀性较差、材料去除不均匀等问题。方法首先,基于Hilbert分形曲线加工平面,对Hilbert分形曲线进行几何特征的修改,进一步改善研磨轨迹的均匀分布;其次,传统磁粒研磨平面时采用圆柱磁极,其半径方向线速度的差异会导致材料出现去除量不一致等问题,使用环形磁极进行研磨,对不同长径比环形磁极进行三维静磁场模拟仿真,对比不同长径比的磁感应强度和1 mm处的磁场强度曲线,选取最佳的长径比进行研磨,在一定程度上保证材料的均匀去除;最后,利用ADAMS软件进行单个磨粒运动轨迹的仿真,建立笛卡尔坐标网格划分,利用离散系数C_(v)进行轨迹密度的数值分析,对研磨轨迹均匀性进行评价。结果长径比为3∶4的环形磁极的磁感应强度最大,可达300 mT左右。在相同条件下,分别沿传统直线往复式路径、Hilbert曲线和改进的Hilbert曲线进行仿真,经离散系数C_(v)的评定,沿改进Hilbert曲线的研磨轨迹均匀性显著提高,离散系数C_(v)为0.407,较传统往复式的离散系数提高了约43.2%,较Hilbert曲线路径的离散系数提高了约10.7%。沿改进的Hilbert曲线的9个检测点的表面粗糙度降幅基本一致,降幅曲线平缓。原始表面的加工纹理、缺陷被完全去除,研磨后表面形貌均匀平坦。结论沿改进的Hilbert加工路径进行研磨,研磨轨迹复杂多样,且分布相对均匀,确保了表面材料去除量的均一性,表面质量较好。

一种新型的Hilbert分形RFID标签天线

随着射频识别技术研究的迅速发展,寻求具有尺寸缩减特性的天线结构成为RFID设计的实际需要,Hilbert分形结构是天线小型化设计的一种有效解决方案。本文论述了Hil-bert分形天线的基本原理,对弯折偶极子天线采用Hilbert分形结构进行小型化设计,并对实物进行仿真。经测试与仿真后结果表明:标签天线尺寸约为25.6mm*16.2mm,工作在中心频率915MHz处,增益达到2.19dB,相对阻抗带宽为90MHz。天线能保持较好的工作性能,可应用于酒瓶盖防伪RFID标签中。

基于HFSS的Hilbert分形天线分导线段设计

对采集变压器局部放电超高频信号的四阶Hilbert分形天线进行重新建模和设计,以达到更好的效果。首先分析天线的三种导线段在采集信号过程中的作用,并以导线段为单元,基于HFSS对天线重新建立模型,将三种导线段长度、介质厚度、介电常数和导线宽度六个变量应用SNLP算法优化。优化结果显示,0.3 GHz^3 GHz超高频范围内,谐振频率点达到四个,并将0.3 GHz^1 GHz范围内的通频带拓宽整合为超过500 MHz宽带,1 GHz以上的三个通频带也均超过450 MHz,且方向性良好,增益参数也有了很大程度的改善。所述特性经过试验验证。天线尺寸较小,可以置于变压器箱体内,能很好地应用于油浸式变压器局部放电超高频信号的采集。

用于弓网电弧电磁辐射检测的层叠式五阶变形Hilbert天线设计

对弓网电弧电磁辐射信号进行检测是判断弓网接触状态的一种新型方法。为实现对电磁辐射信号的高性能检测,需要设计小型化、宽频带和高增益的天线传感器。以Hilbert分形天线作为研究对象,设计了一种具有叠层结构的五阶变形Hilbert分形天线传感器,其整体尺寸为150 mm×150 mm×5.2 mm。通过提高分形天线阶数,提出五阶Hilbert天线,减小谐振频率,实现天线小型化;通过引入叠层耦合结构,扩大天线带宽;通过将层叠式五阶Hilbert分形天线辐射贴片进行变形设计,进一步提高其在各频点处的增益。设计结果表明:层叠式五阶变形Hilbert天线在0~500 MHz电磁辐射能量较大的频段内驻波比小于3.5(在16~53 MHz和407~500 MHz频段内VSWR<2),增益值为-38.1 dB,方向性良好。该天线的研究为用于弓网电弧电磁辐射信号检测的天线传感器设计提供了参考。

Hilbert分形结构TPU夹芯板动态缓冲特性研究

基于Hilbert分形理论设计了一种新型夹芯结构,研究其用于热塑性聚氨酯(TPU)夹芯板的动态缓冲特性。首先建立Hilbert分形结构TPU夹芯板的有限元模型并进行动态冲击试验验证,采用ANSYS Workbench进行数值模拟,以单位质量能量吸收(SEA_(M))为优化目标,进行响应面优化,并与“米”字型夹芯结构进行对比分析。结果表明在阶数为2、层厚为1 mm时,Hilbert分形结构单位质量能量吸收最佳,与“米”字型结构对比,Hilbert分形结构总能量吸收提升98%,单位质量能量吸收提升26%。可为新型塑料夹芯板结构设计提供一定思路和指导。

针对特高频局部放电检测中Hilbert分形天线的研究

针对分形天线近年来在局部放电领域广泛的应用其设计方式费时、费力,该文利用粒子群算法优化算法的设置参数少、搜索效率高等优点,进行快速设计天线。通过分析四阶Hilbert分形天线的结构参数,来设置粒子群算法内部的种群参数并选择恰切的天线性能参数作为粒子群算法的适应度值。根据优化结果制作Hilbert分形天线,仿真分析天线驻波比和回波损耗等性能参数并在一定放电条件下检测放电参数进行分析验证。

架空输电线路放电的Hilbert分形天线设计与优化

在电力系统中,电能质量问题将会直接影响发、供、用三方面的根本利益。而架空输电线路的运维质量与电力系统水平有密切关系,若能通过在线监测装置对放电现象做出判断,那么整个系统的安全稳定性能将会大大提高,由此架空输电线路放电现象的监查就显得格外重要。架空线路的放电以电晕放电为主,电晕放电通常表现为一种电磁脉冲信号,因此具有很宽的频带范围,它往往伴随着功率损耗、无线干扰或噪声污染等问题。由于检测电晕放电情况可反映线路运行状态并提供维护的参考信息,因此探究了射频电磁波检测天线的设计,选择200~300 MHz的放电检测频段,利用Hilbert分形天线原理和软件仿真研究了基层材料、阶数、馈电点位置、导线长度及导线宽度五种影响因素并进行了仿真,选取最优结果以得到最终的模型参数。

用于输电线路电晕放电检测的Hilbert分形天线设计

输电线路电晕放电是电力系统中的一种常见现象。若输电线路出现长时间连续的电晕放电,会造成严重的电网事故,因此有效地检测电晕放电并定位发生位置具有重要意义。Hilbert分形天线是一种宽频带小型天线,可探测到电晕放电产生的电磁波信号。针对5阶Hilbert分形天线的不同馈电方式,设计了一种5阶Hilbert分形天线。该天线是一种小型化天线,能实现电晕放电检测。

超短波多频点电磁能量采集微型传感器天线

提出了一种用于收集战场超短波射频(Radio Frequency,RF)能量的多频点、小型化天线。天线采用共面波导馈电,以Hilbert分形结构为基础,加载交指结构线有效增大天线阻抗带宽,同时实现天线的小型化(0.12λ×0.07λ),便于微型传感器使用。天线在超短波波段内存在4个S(1,1)<-10 dB的工作频点,其中225~300 MHz内频点有两个,能够较为高效地采集战场内超短波干扰机、电台,尤其是常用特高频(Ultra High Frequency,UHF)电台的射频能量。天线垂直方向增益在-2 dBi左右,垂直面全向辐射特性良好。天线仿真结果与制作实物测试结果吻合良好。