聚合物应力松弛过程的分数Zener模型

分析了分数Zener模型的应力松弛特征,讨论了Mittag-Leffler函数的收敛性及其数值计算问题.基于遗传算法和共轭梯度法进行最优化参数拟合,用分数Zener模型对两种聚合物的应力松弛过程进行了拟合,结果表明:分数Zener模型可以对具有双拐点的应力松弛过程给出很好的描述.

基于分数Zener模型的植物油纸绝缘状态评估

介电响应理论的频域介电谱法可以有效地判断变压器的绝缘状况,因此为了量化研究植物油纸绝缘老化与频域介电谱的关系,本文引入分数元和分数微积分概念,提出了采用分数Zener模型提取植物油纸绝缘频域介电谱特征量的辨识方法。该方法能直接反映出油纸绝缘频域介电谱携带的信息,利用实验获取的复介电常数值求取分数Zener模型参数,即采用最小二乘法建立优化目标函数,并运用遗传算法求解模型参数,同时利用粒子群算法对其进行验证,得到特征量:形状参数β、参数εb、松弛时间τ,最后对计算结果重构。研究结果表明仿真结果与测量数据具有一致性,且低频段拟合度更高,建立的模型是可行的;得到的形状参数β、松弛时间τ与油中酸值呈指数函数关系,参数εb与油中酸值呈线性关系,因此,为评估植物油纸绝缘系统绝缘状态提供了一种新思路。

基于分数阶Zener模型的VTI黏弹性介质频变Q效应数值模拟

黏弹性是地球介质的基本属性.地震波在黏弹性介质中传播会发生振幅衰减和速度频散,导致能量和走时出现变化,影响地震资料的准确成像及解释.因此,研究地震波在黏弹性介质中的传播规律具有重要意义.当前,主要利用常Q(不随频率变化)模型(CQM)表征地震波在地球介质中的传播规律,与高温、高压或含流体介质中观测到的Q随频率变化规律不符.基于分数阶Zener模型(FZM),通过改变分数阶大小,本文研究了Q的频变特性随分数阶的变化规律.考虑速度和Q各向异性,推导了VTI介质的FZM黏弹性波方程,提出了VTI介质的频变Q效应数值模拟方法.数值算例表明:当Q随频率变化较小时,FZM与CQM方法的结果相似;当Q随频率变化剧烈时,FZM与CQM方法的模拟结果差异较大.

采用混沌灰狼算法的植物油纸绝缘参数辨识

频域介电谱含有丰富的变压器绝缘老化信息,因此为了量化研究植物油纸绝缘老化与频域介电特征量的关系,提出了基于混沌灰狼算法的植物油纸绝缘分数Zener模型参数辨识的方法.建立以复介电常数实部、虚部误差平方和最小为目标函数,利用引入混沌序列的灰狼优化算法辨识分数Zener模型参数,并以老化28 d样品为例分别计算复介电常数实部、虚部与实测值的重合度,与原始灰狼算法和遗传算法相比,具有初始位置准确、收敛速度快等优点.实部重合度高达95%、虚部重合度高达99%,表明分数Zener模型能表征植物油纸老化过程.

钢轨扣件弹性垫板的宽频动力性能及其理论表征

以我国高速铁路无砟轨道Vossloh300扣件弹性垫板为研究对象,针对轮轨宽频激励特点,利用万能试验机和温度箱,测试定频(0.3Hz)低温(-60～20℃)条件下弹性垫板在不同平衡预压与不同动载振幅组合下的动力性能;应用温频等效原理、WLF方程与分数阶Zener模型,预测与表征弹性垫板的宽频动力性能。研究结果表明:Vossloh300扣件弹性垫板的储能刚度与损耗因子随着平衡预压的增加而增大;20℃时,分数阶Zener模型可有效表征Vossloh300扣件弹性垫板在1～10 000Hz范围内的储能刚度与损耗因子,温度较低时,建议使用五参数模型;从更宽频域的分数阶Zener模型结果来看,随着平衡预压的增加,Vossloh300扣件弹性垫板损耗因子的频域峰值将升高,其峰值宽度也将变窄。

聚氯乙烯动态黏弹性能的时间-温度等效性研究

利用动态力学分析方法对聚氯乙烯的动态黏弹性能展开了研究,根据时间-温度等效原理建立了以55℃为参考温度的聚氯乙烯动态模量主曲线,利用分数阶Zener模型对动态模量主曲线进行了拟合分析。研究结果表明,时间-温度等效原理适用于描述一定温度范围内小应变情况下聚氯乙烯的动态黏弹性力学行为,且分数阶Zener模型能够较好地描述宽频域范围内聚氯乙烯动态模量随频率的变化规律。给出了WLF方程和Arrhenius方程的适用温度范围。

一种自制环氧树脂结构胶粘剂的动态黏弹性能研究

环氧树脂胶粘剂具有许多修补或加固结构物所需的独特性能。由于其具有极为典型的黏弹性力学性能,研究环氧树脂胶粘剂在老化过程中的动态力学行为不仅具有理论意义,而且具有广阔的工程应用前景。实验采用复配胺类固化剂,自制了一种环氧树脂基修补胶,研究了其动态黏弹性。根据时间-温度等效原理建立了50℃下胶粘剂的频率-模量主曲线,分别使用整数阶和不同阶数的分数阶Zener流变模型对主曲线进行拟合分析。研究表明,分数阶Zener模型在较宽频率范围内对主曲线有较好的拟合效果,且分数阶数越低,拟合效果越好。