基于PFC3D的粉质黏土三轴压缩破坏过程分析

为从细观角度探究粉质黏土在三轴试验加载过程中变形破坏演变过程,文中通过PFC(Particle Flow Code)3D软件模拟三轴剪切试验过程,从颗粒位移场、强接触组构变化、强接触力分布规律、配位数、黏结断裂等方面对粉质黏土变形破坏的细观演变过程进行分析研究。研究结果表明,试样剪切带随轴向应变增大而变窄,10%轴向应变时试样中部颗粒位移值最大;试验后期配位数相较于前期逐渐均匀化;黏结断裂随轴向应变的增大而呈线性增大,不完美黏结也随之增大,且试验初期没有发生黏结断裂;强接触力分布函数在试验中期显著增大而后期逐渐减小,且服从对数正态分布。研究成果以期为土体研究提供方法与参考。

一类三电平伪图腾柱无桥PFC变换器

针对传统二极管钳位型三电平整流器在单相电源前级功率校正(power factor correction,PFC)电路应用场景下全控开关器件数量多的问题,该文基于3种传统无桥PFC电路进行三电平电路拓扑设计,提出一类三电平伪图腾柱PFC电路(single-phase three-level pseudo totem-pole PFC circuit,STPT-PFC),该类三电平PFC具有双电感支路桥臂,两者相互配合工作为输入电流提供路径,在正负半周两电感支路桥臂工作于不同模态可有效降低分别流过两电感的电流;基于该类PFC的一个代表性电路,从工作电流路径过程、关键波形和调制脉冲分配等方面对其进行工作原理分析,并对其它电路进行电路特性总结,推导桥臂对地电压电平特性与开关脉冲分配的数学关系式。另外,该类STPT-PFC共有5种结构,结合该类STPT-PFC结构特点,提出统一区间判断条件的双层载波调制技术,该类STPT-PFC具有相同开关器件不同拓扑结构可采用同一调制方案的特点,便于该类调制技术移植。最后,基于STPT-PFC-I电路设计1台额定功率1 kW、直流输出电压400 V的实验样机,从稳态及动态两方面进行实验分析,实验结果验证所提出一类三电平伪图腾柱PFC电路的可行性和三电平统一双层调制方法的有效性。

混合工作模态的高功率因数无桥Buck PFC变换器

AC-DC降压型功率因数校正PFC(power factor correction)变换器广泛应用于低压场合,为解决该类拓扑因输入电流死区导致功率因数PF(power factor)低、输入电流总谐波THDi(total harmonic distortions of input current)高的问题,首先引入Buck-Boost单元以构建1种高PF的混合工作模态降压型无桥PFC变换器,其在正、负半个工频周期分别工作在Buck和Buck-Boost模式。虽然Buck-Boost单元效率低于Buck单元,但所提变换器在负半工频周期运行于Buck-Boost模式,可以避免输入电流死区以提高PF并降低THDi。在正半工频周期运行于Buck模式,变换器仍保留Buck单元的高效率优势。其次,通过分析所提无桥变换器工作模态与PF值来证明变换器的高PF特性。最后,通过仿真实验,验证所提变换器的可行性和理论分析的正确性,并比较所提变换器与传统Buck PFC变换器的性能。

PFC3D颗粒流模拟纳米黏土改良黄土三轴试验

基于PFC3D软件研究不同纳米材料、掺量、围压、干密度对改良黄土力学性能的影响,确定改良黄土宏细观之间的参数关系,通过建立改良黄土数值模型、三轴试验,获得了改良黄土的应力–应变曲线。将数值模拟的结果与室内试验的结果相比较,通过数值模拟和室内三轴试验,得出的改良黄土抗剪强度指标基本吻合。试验结果表明:(1)围压一定时,改良黄土试样偏应力随纳米黏土掺量的增加而增大;改良黄土的应力与应变正相关,不同围压时,表现为软化型和强硬化型;(2)当凹凸棒土掺量小于2%时,数值模拟得到的抗剪强度总体小于室内试验得到的抗剪强度,材料大于2%时则相反;(3)纳米蒙脱土改良黄土数值试样材料掺量小于等于4%时,数值模拟得到的抗剪强度大于室内试验的抗剪强度,大于4%则相反。

基于PFC^(3D)的花岗岩剪切破裂细观裂隙与能量演化规律探究

为了探究法向应力对岩石剪切过程中细观损伤演化的影响,开展了不同法向应力作用下的花岗岩直剪试验与PFC^(3D)数值模拟试验,结合声发射信号监测及声发射信息特征值RA(上升时间与振幅的比值)与AF(声发射振铃计数与持续时间的比值)的分析,对花岗岩在不同法向应力作用下剪切变形过程中细观微裂纹及能量演化特征进行了研究,研究结果表明:基于平行黏结接触模型建立的PFC^(3D)模型,不仅在宏观力学参数与破坏模式上与岩石物理试验相近,而且在岩石细观裂纹与能量演化规律上也与岩石物理试验基本一致;花岗岩剪切破坏过程中主要产生张拉裂纹,峰值应力点前产生的微裂纹只占裂纹总数的10%~30%,且法向应力越大,峰值应力点前岩石内部产生的微裂纹数量越少;花岗岩剪切变形过程中,声发射信号可以分为平静期、稳定期和加速期,法向应力越大,平静期越明显,即法向应力对岩石内部微裂纹的生成起抑制作用;随着法向应力的增大,花岗岩剪切破坏过程中,声发射累计振铃计数与岩石内部微裂纹总数均逐渐增大;随着法向应力的增大,花岗岩剪切破坏过程中产生的剪切裂纹数量及其占微裂纹总数的比例均逐渐增加;花岗岩剪切变形过程中外力做功转化为弹性能与耗散能,随着法向应力增大,岩石剪切破坏所需总能量逐渐增大,弹性能与耗散能近似线性增大,且其中耗散能所占的比例逐渐增大。

核级石墨PFC^(2D)模型的宏细观参数分析

颗粒流软件PFC能够很好地处理非连续介质力学的问题,模拟核级石墨的损伤和断裂过程具有独特的优势。在采用PFC^(2D)模拟核级石墨时,为了增加模拟的便捷性,实现了PFC^(2D)细观参数的快速标定。本文首先设计了四因素四水平的正交试验,分析了核级石墨的宏观参数与PFC^(2D)的细观参数关系;然后基于建立的核级石墨宏细观参数的关系,采用PFC^(2D)模拟石墨IG11的三点弯曲试验,并从位移场变形、荷载-位移曲线和断裂参数三个方面验证其宏细观参数关系的正确性。结果表明,弹性模量E随平节理模量E_(c)的增加线性增加;抗拉强度σ_(t)随平节理抗拉强度σ_(b)的增加线性增加;泊松比ν随平节理刚度比k_(n)/k_(s)的增加先增大后减小;数值模拟的位移场变化和荷载-裂缝口张开位移P-CMOD曲线与试验结果较吻合,此外,断裂参数的最大误差不超过3.57%。

一种低谐波高效率CRM BOOST PFC变换器

为了在解决临界导通模式(CRM)中Boost功率因数校正变换器半负载时输入电流总谐波失真率(THD)与变换器运行效率之间的性能矛盾问题,在传统谐振时间控制的基础上提出了一种部分谐振时间控制方法,分析了部分谐振时间控制法对输入电流THD及变换器运行效率的改进效果;通过适当调整反向谐振时间,并由数字信号处理器DSP28032发出控制信号,决定开关管的开通时刻。最后搭建了一台400 W单相CRM Boost PFC变换器实验样机,实验结果表明,所提控制方法能在有效降低THD值的同时保证变换器的工作效率。

美的三代直流变频空调PFC及保护电路应用分析与故障检修

本文主要介绍PFC电路的介入对空调电源质量的改善,以减少对电网的干扰,提高设备功率因数,同时对PFC和过流保护电路进行分析,并通过多个案例探索其检修思路、方法,为空调维保、从业者等提供维修参考,提高检修效率。

基于PFC控制的船舶充电装置设计

根据某船舶充电需求,本文提出一种基于PFC控制的高功率因数、隔离性的充电装置设计方案。详细介绍了Pfc-boost拓扑结构电路、隔离斩波拓扑电路及DSP芯片的外围硬件电路。通过实验仿真验证,该方案能够满足设计目标,实现稳定输出。

基于PFC砂柱的三轴压缩破坏模拟

文章介绍了PFC软件及离散单元法的基本概念以及核心思想。利用PFC三轴压缩实验分析模拟了不同颗粒级配、不同弹性模量下砂柱的三轴压缩破坏过程,得到了砂柱的破坏特征、强度与影响因素的相关性,为砂土的压缩特性研究提供了参考依据。

水厂臭氧-生物活性炭工艺对短链PFCs及DOM去除特性的中试

全氟化合物(PFCs)在水环境中广泛分布并存在潜在毒性,活性炭吸附是目前被认为从饮用水中去除PFCs的有效技术之一。然而,关于臭氧-生物活性炭(O3-BAC)在实际水体中对短链PFCs去除特性的研究较少,因此在目前地表水环境中短链PFCs的污染水平不断升高的背景下,亟需评估该工艺的应用效果。文中以水厂砂滤产水为水源,研究了3种短链PFCs(PFBA、PFPeA、PFHxA)和溶解性有机物(DOM)在连续运行90 d的O3-BAC中试装置中的去除效果,同时探讨了关停臭氧和臭氧的投加量对短链PFCs和DOM去除效果的影响。结果表明,随着运行时间的延长,3种短链PFCs在O3-BAC中试中的去除率显著下降并且出现了PFCs穿透和解吸附现象,去除率下降程度为:PFBA>PFPeA>PFHxA,而DOM相关的DOC、UV_(254)和Φ_((T,n))指标的去除率下降程度则相对缓慢。臭氧的投加能够氧化DOM从而改善短链PFCs在炭滤中的吸附去除,关停臭氧后流入炭滤的DOM会抢占已吸附短链PFCs的吸附位点,使PFCs解吸附提前发生。过高的臭氧投加量又会使更具竞争性的低分子量有机物增多,从而削弱炭滤对短链PFCs的去除能力。

一种Boost PFC电路改进VOT控制策略研究

为了解决恒定导通时间(COT)控制策略下负向谐振电流和输入滤波电容引起功率因数(PF)和总谐波失真(THD)性能变差的问题,提出一种改进变导通时间(VOT)的控制策略。通过自适应增加导通时间以抵消负向谐振电流,减小相位差,使电感平均电流在工频周期内接近正弦波,并分析其工作原理与控制过程。结合主电路设计关键参数,研制1台额定功率320 W的样机,进行COT控制策略和改进VOT控制策略的对比实验。计算机仿真和实验结果表明,改进VOT控制策略在265 V高电压输入20%负载工作时,PF值由0.726提升至0.801,THD由27.92%降低至18.4%;在40%~100%负载时满足PF>0.9、THD<15%的要求,验证所提控制策略的有效性。

一种BCM Boost PFC电路的VCFF控制策略

临界导通模式Boost功率因素校正(PFC)电路通常采用恒定导通时间(COT)控制策略,导致开关频率的变化与输入电压、输出功率以及电感有关,轻载下过高的开关频率将影响电路的转换效率,故提出一种谷底计数频率反走(VCFF)控制策略。通过检测MOS管两端电压谷底计数,使电路轻载时工作在断续模式,从而降低开关频率以提升轻载效率。实验结果表明,相比于COT控制策略,所提控制策略能够有效提高轻载效率。输入电压为220 Vrms下,10%~50%负载时效率在0.96以上。

基于模糊PI控制的三相六开关PFC的研究

提出了一种基于模糊PI控制器的三相六开关PFC控制策略,该方法保证在负载突变的情况下动态响应快速,电流波形过渡平稳。根据三相六开关PFC在两相旋转坐标上的数学模型、SVPWM的调制策略和电流环前馈解耦策略,采用模糊规则表调整PI控制器参数。在MATLAB/Simulink中建立了仿真模型进行试验。结果显示三相六开关PFC的功率因数保持0.99,抗干扰能力强,提高了输入电网电能质量。

PFC软件在建材矿山溜井落矿方面的模拟应用探讨

利用Itasca PFC(Particle Flow Code)软件对建材矿山的矿石溜井放矿过程进行模拟,通过对溜井内矿石运动模拟具体过程的详细分析,总结了矿石在溜井内的运动规律及其对井壁的冲击位置。通过模拟,优化溜井设计,提高溜井使用的安全性,减少对井壁的冲击损伤。并对利用PFC软件进行此类模拟的优势进行了探讨。

落石冲击力评定模拟试验及PFC^(2D)数值模拟

落石冲击力的大小对山体防护结构的设计和落石灾害预防至关重要。基于不同规范冲击力计算公式的模拟试验研究,发现单体落石的冲击力大小随着落石质量、下落速度的增大呈非线性增加,且落石质量比下落速度对落石冲击力的影响更为显著。通过PFC^(2D)数值模拟及国内不同规范冲击力计算公式运算结果对比分析发现,物理试验中实测的最大冲击力与PFC^(2D)数值模拟结果同《危岩落石柔性防护网工程技术规范(试行)》(T∕CAGHP 066—2019)和《油气输送管道工程地质灾害防治设计规范》(SY/T 7040—2021)中公式的计算结果较为接近。对于质量超过2.4 kg的小尺度单体落石,计算的冲击力值建议增加30%。

CRM Boost-PFC电路的改进COT控制

针对临界导通模式(CRM)Boost-PFC电路开关管开通电压大导致开通损耗高、开通时d u/d t大导致电磁干扰(EMI)的问题,提出一种改进的软开关恒定导通时间(COT)控制方法。电路的开关管自适应地在低输入电压瞬时值时实现零电压开通(ZVS),在高输入电压瞬时值时实现谷底导通,降低开关管的导通电压,减小了导通损耗;降低导通时开关管的d u/d t,改善了电路的EMI性能。分析CRM Boost-PFC电路及所提控制方法的原理和工作过程,并探讨所提控制方法对电路EMI特性的影响,开展关键参数设计。最后,通过仿真和实验给出了样机的输入输出特性曲线、效率曲线和EMI特性曲线,验证所提控制方法的有效性。

碳化硅助力实现PFC技术的变革

碳化硅(SiC)功率器件已经被广泛应用于服务器电源、储能系统和光伏逆变器等领域。近些年来,汽车行业向电力驱动的转变推动了碳化硅(SiC)应用的增长,也使设计工程师更加关注该技术的优势,并拓宽其应用领域。选择器件技术无论应用领域如何,每个电源设计都是以回答一些相同的基本问题着手进行的:输入电压、输出电压和输出电流分别是多少?接下来,设计人员要考虑他们力图在最终产品中实现的性能标准。目前,电源设计人员可以利用多种器件来满足这些标准,包括氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)和各种基于硅(Si)的技术.

基于PFC2D的水泥土单轴压缩试验及细观数值模拟

对不同水泥掺量下的软土稳定土试样分别开展单轴压缩试验,基于测试结果对土样的变形过程进行PFC2D离散元颗粒流细观数值模拟,分析破坏后水泥土的力学行为和位移场分布。结果发现:随着水泥掺量增加,固化软土试样的单轴抗剪强度与弹性模量表现出指数函数上升的规律,破坏应变随水泥掺量增加呈二次函数的变化特征;由PFC2D离散元颗粒流模拟得到的水泥土试样的力学参数及应力-应变关系曲线与试验实测结果较为接近,离散元模拟结果也显示水泥掺量对土体力学性能有明显影响;随着水泥掺量的增加,固化软土的破坏形式逐渐由压碎破坏向剪切破坏模式过渡;由离散元模拟得到的位移矢量场准确地反映了水泥固化软土在单轴压缩荷载作用下的破坏模式特点。

基于PFC2D的缓倾顺层滑移-溃曲型岩质滑坡破坏机制分析

川东红层地区岩层倾角通常较缓,在缓倾顺向斜坡上出现了一种较为特殊的滑移-溃屈变形破坏形式。相对于缓倾岩层的顺层滑移,其破坏、受力和变形显得较为复杂。本文在分析兴浪坡滑坡变形模式的基础上,基于PFC2D软件对其进行破坏过程及微观力学分析。结果显示:受川东宽缓褶皱影响滑坡所处地形呈上陡下缓的特点,岩层变缓和老滑坡堆积造成的应力集中是斜坡发生滑移-溃曲的原因。变形破坏模式解析其分为滑移-弯曲鼓胀、强烈弯曲-隆起和滑移-溃屈破坏3个阶段。模型破坏云图位移显示滑坡中部监测点2位置存在应力集中导致的岩体错断和剪断特征,与实际调查相符合。滑坡中部溃曲处在滑动前主要表现为压应力集中,当应力集中到一定程度,岩体沿着层面或破碎带剪切贯通,形成滑移-弯曲-溃曲变形模式。研究结果对于其他类似边坡的稳定性评价和识别具有参考意义。