两种直动式高速电磁阀数值模拟与动态响应对比分析

针对直动式高速电磁阀动铁芯与阀芯加工、装配工艺要求高,一致性较差的问题,提出了一种动铁芯与阀芯可分离的结构,基于AMESim平台建立此款电磁阀电–磁–机–气多物理场耦合模型,考虑了动铁芯与阀芯撞击与分离的情况,并在试验台上进行了验证。然后与另一种动铁芯与阀芯“绑定”的结构形式进行比较分析。结果表明:两种电磁阀在动态响应与影响动态响应的关键参数存在差别。在同等条件下,第一种结构形式的电磁阀动态响应整体略差,但是其对动铁芯–阀芯加工、装配工艺的要求较低。

抢险车对92m跨度复合材料桁架桥动态响应的影响

为研究大跨径桁架式纤维增强复合材料(FRP)应急抢修桥梁成桥后的动力性能,基于导梁推送施工92 m跨度的FRP桁架桥模型,编制FRP桁架桥的车桥耦合算法,研究抢险车辆的车速、质量及路面不平顺对FRP桁架桥的跨中竖向位移、竖向加速度和关键杆件轴向应力等指标的影响.结果表明:路面越不平顺,车辆对桥梁结构的冲击作用越大,且路面等级对竖向位移的影响大于对关键杆件轴向应力的影响;车速为20~50 km/h时,车速变化对冲击系数影响较小,但车速超过50 km/h时,车速的影响逐渐增大;车辆质量对桥梁各项指标动力响应的峰值曲线呈线性增大趋势.当车辆质量为2.80×10^(4)kg,车速30 km/h时,最大跨中竖向位移为167 mm,未超过抢修桥梁位移限值(L/120),表明该桥梁的设计可以满足抢险的通行要求.

基于抵御⁃吸收⁃更新的乡村韧性系统协调发展特征与动态响应机制——以黑龙江省为例

乡村韧性是乡村巨系统的基本属性,构建基于韧性发生学的“抵御⁃吸收⁃更新”研究框架,可以为乡村韧性系统持续协调发展研究提供新的研究视角。科学测度与审视黑龙江省乡村韧性“抵御⁃吸收⁃更新”三个子系统之间的耦合协调特征及其动态响应过程,对于提升乡村系统应对外界复杂多重扰动的能力具有重要意义。基于黑龙江省2005—2020年的县域数据,运用熵值法、耦合协调度模型、PVAR模型等方法刻画了黑龙江省乡村韧性系统“抵御⁃吸收⁃更新能力”协调发展的时空格局与动态响应机制。结果表明:(1)黑龙江省乡村韧性子系统“抵御⁃吸收⁃更新”的耦合协调水平整体较低,大部分处于轻度失调、濒临失调与勉强协调的阶段。(2)耦合协调度高值区主要集中在地形平坦的松嫩平原及三江平原地区或靠近主城区经济较为发达的县域。(3)乡村韧性系统耦合协调度的提升是“抵御⁃吸收⁃更新”三个子系统共同作用的结果,且贡献程度差异较大,更新能力>抵御能力>吸收能力。(4)更新能力子系统的提升对乡村韧性系统耦合协调水平的响应最为显著,是实现乡村韧性系统均衡发展的首要目标;抵御能力与吸收能力子系统的影响程度较小,是实现乡村韧性系统均衡发展的重要支撑。

水化作用下矽卡岩动态力学响应及能量耗散特征

为探究矽卡岩在水化作用下的冲击力学性能,采用可加载轴围压的分离式霍普金森压杆系统(SHPB),分别对自然和饱水状态的矽卡岩试样开展了三维动静组合冲击试验,研究不同含水状态下矽卡岩试样的动态力学特性、能量耗散特征及破碎形态的差异性。结果表明:饱水状态下矽卡岩的动态抗压强度相比自然状态整体有所弱化,减小了10.47%~16.32%,但水对矽卡岩动态力学强度的影响随应变率的增大而逐渐减弱;水会降低矽卡岩试样对能量的吸收率,当吸能密度足够大时,动态抗压强度将不受矽卡岩内部水的影响;水化作用使得试样在饱水和自然状态冲击后的破裂形态率效应差异明显。

电网故障下含直驱风电机组的电力系统频率动态响应分析

电网受扰后基于模型解析的频率响应分析对电力系统安全评估与紧急控制具有重要意义。电网发生故障时,直驱风电机组(DDWT)并网点电压幅值跌落引发控制器暂态响应,同时电压相位突变引发锁相暂态响应,锁相暂态响应又通过变流器控制传导产生功率控制误差,可能导致现有以负荷突变场景为对象的频率特性分析产生较大偏差。为此,提出了电网故障下DDWT锁相偏差的量化方法;解析了锁相偏差经DDWT变流器控制的传导路径,提出了锁相暂态响应导致DDWT功率控制误差的机理及其计算方法;建立了电网故障下含DDWT的电力系统频率响应模型,提出了锁相暂态响应影响下系统频率变化率和最大频率偏差的计算方法,解析了电网故障下考虑DDWT功率控制误差的电力系统频率动态响应特性,并通过算例分析验证了所提方法的有效性。

多点爆炸下海洋平台上层结构动态响应模拟与损伤分析

近年来海洋平台火灾爆炸事故频发,爆炸产生的超压将对平台结构造成损伤;目前研究仅局限于对小型关键构件或简化舱室模型在单点爆炸场景下进行模拟。针对大型导管架平台典型上层甲板及复杂舱室结构,基于欧拉-拉格朗日耦合算法对多点爆炸场景下的爆炸冲击过程进行模拟,分析平台设备与防爆墙分布对爆炸冲击波传播路径的影响;研究多点爆炸载荷作用下冲击波的传播规律,分析平台上部结构的动态响应,对比研究不同爆炸场景下结构的损伤情况。结果表明:对于复杂舱室结构,同质量TNT情况下采用单点爆源和双点爆源两种爆炸方式,前者的峰值超压是后者的1.82倍,而结构的最大等效变形和最大等效应力几乎相等;当爆点数量分别为3和2(TNT总质量倍比为1.68)时,峰值超压几乎相等,而结构的最大变形倍比为2.88。

温度传感器动态响应校准恒温恒速水槽研究

动态响应是安全重要场合温度传感器的关键性能,恒温恒速水槽是温度传感器水流环境动态响应校准的核心设备。针对典型环形旋转水槽升温慢的问题,研制了基于精密滑环的电加热环形旋转水槽,开展了温场性能和流场性能测试,并与现有射流旋转水槽温度传感器动态响应校准装置的结果进行了比较。结果表明,新研制的基于精密滑环的电加热环形旋转水槽升温时间缩短,温度波动度显著小于温度阶跃量的±1.0%,竖直方向流速均匀度显著优于10%的要求。对铠装热电阻和热电偶时间常数进行了测量,与现有装置测量结果的偏差分别为4.1%和7.5%,满足工程应用要求,为温度传感器动态响应校准提供了良好的恒温恒速环境条件。

基于变载工况的海上风电机组主轴轴承刚柔耦合动态响应分析

针对海上风电机组主轴用三排圆柱滚子轴承在恒载工况下的仿真结果存在局限性、片面性的问题,提出了一种变载工况下的仿真分析方法,建立了轴承接触力学模型和柔性体模型并对轴承内圈、外圈、保持架进行了刚柔耦合处理。基于变载工况,分析了刚性模型与刚柔耦合模型的理论速度、仿真速度以及加速度响应,并通过刚柔耦合模型研究了三排圆柱滚子轴承内部不同接触表面的接触力特性,结果表明:刚性模型的自转误差比刚柔耦合模型大3.67~22.6倍,刚柔耦合模型的加速度趋势更加平稳且速度波动更小;近风叶轮毂端的推力滚子受力约是远端推力滚子的1.85倍,保持架的平均受力是远端保持架的1.6倍。

高速电磁阀能量分布和动态响应耦合关系仿真

为研究高速电磁阀内部的能量分布及能量参数与动态响应之间的耦合关系,对高速电磁阀性能进行优化.首先,基于有限元法建立高速电磁阀动态模型,并通过实验数据验证模型的准确性;其次,利用D最优实验设计方法和最小二乘法,构建以能量参数为因素的电磁阀动态响应特性响应面预测模型;最后,使用元效应分析法开展了高速电磁阀动态响应显著能量参数及参数交互作用的仿真分析.研究结果表明:单参数中涡流能量E_(1)是影响高速电磁阀开启响应时间T_(o)的较敏感参数,T_(o)随着E_(1)的增加相应地增加了约25%,涡流能量分别与阻尼能量(E_(3))和焦耳能量(E_(4))之间的交互是影响T_(o)的高敏感参数,同时涡流能量与焦耳能量之间的交互也是影响关闭响应时间T_(c)的高敏感参数;交互参数中起主导作用的因素会随取值范围而改变.

水下爆炸冲击载荷下波纹夹芯板动态响应及结构优化设计

研究波纹夹芯板在水下爆炸冲击载荷作用下的动态响应规律和抗冲击性能,对提升舰船结构的水下防护能力有重要意义.利用水下爆炸等效冲击加载装置对波纹夹芯板进行了试验.基于ABAQUS建立流固耦合有限元模型对试验进行模拟.测点峰值压力的仿真值与试验值误差不超过4.55%,后面板中心位移的仿真值与试验值误差仅为0.8%.以后面板中心位移和夹芯板比吸能作为抗冲击性能指标,考虑了影响面板厚度以及芯层形状的6个波纹夹芯板结构参数,基于仿真分析了各个参数对抗冲击性能的影响.基于克里金模型建立了波纹夹芯板抗冲击性能与结构参数的代理模型.利用NSGA-Ⅱ算法对后面板中心位移和夹芯板比吸能进行了多目标优化.优化后的后面板中心位移平均减小了约23.57%,夹芯板比吸能平均提高了约27.91%.

动车组前端排雪动态响应及雪阻形成机理

为确定动车组前端雪体与排雪阻力间的作用关系,指导积雪加载下动车组高效排雪设计。运用耦合Drucker−Prager失效准则定义下弹塑性积雪本构和光滑粒子流体力学仿真方法,分析积雪冲击时排障面板动态响应及积雪运动状态规律,研究排雪阻力与积雪深度、雪质特性、运行边界间变化规律。基于质量守恒和达朗贝尔原理构建动车组排雪阻力映射模型,揭示动车组前端雪阻形成机理。研究结果表明:设计运行速度下承受排雪载荷的排障面板处于弹性响应阶段,不会发生塑性破坏;排雪深度为10~410 mm、积雪密度为160~480 kg/m^(3)、行驶速度为80~160 km/h时,排雪阻力与积雪厚度、密度均呈线性正相关关系,与排雪速度呈二次正相关关系;排雪阻力理论模型能够准确预测数值计算结果;相比摩擦阻力和切削阻力,动车组冲击过程中积雪运动状态改变是排雪阻力形成的主要原因。

强激励下某载具承载装置动态响应分析

为保证载具的稳定性和可靠性,针对某载具承载装置开展强激励下的动态响应分析.建立了土壤−混凝土−载具结构的有限元模型,通过MATLAB和ABAQUS联合开发对模型的土壤边界批量施加黏弹性边界和地震动集中力载荷,对地表以CONWEP加载方式施加爆炸载荷,分别分析载具受到地震和爆炸载荷作用时的动态响应.结果表明,受地震和爆炸激励时装置的动态响应分别以水平和垂直方向为主,载具位移峰值均未超过安全值,没有碰撞风险,载具倾角峰值都小于1°.结合麻雀搜索算法(SSA)、Mixup数据增强、BP神经网络对载具减振装置的刚度和阻尼参数进行优化设计,优化后的载具受到地震激励时水平加速度峰值下降14.9%,垂直相对位移峰值下降23.1%,研究可以为载具的减振优化工作提供参考.

星型负泊松比蜂窝夹层板的低速冲击动态响应分析

将星型负泊松比结构作为夹层板的夹芯层,建立夹层板的动力学模型,推导出夹芯层的等效弹性参数。基于Hertz理论、一阶剪切变形理论和Hamilton原理推导出夹层板的运动方程,应用Navier法对其进行求解。通过两自由度弹簧-质量模型获得冲击接触力,运用Duhamel积分计算出夹层板受小球冲击后的横向位移。与已经发表的论文中对板接触力和横向位移的预测结果进行对比,验证理论分析模型的有效性。同时对比了星型负泊松比夹层板与负泊松比内凹六边形蜂窝夹层板的低速冲击响应,探讨了星型负泊松比蜂窝夹层板的各项参数对冲击性能的影响。结果显示:随着冲击速度的增大,夹层板的最大接触力和最大横向位移增大,冲击响应持续时间缩短;夹层板的厚度比增大,夹层板的冲击性能增强;胞元的边长比减小,夹层板的冲击性能增强;胞元内凹角度增大,夹层板冲击性能提升。本文可为负泊松比超材料结构和夹层板的抗冲击性能研究提供理论参考。

耦合太阳能的SOFC-MGT冷热电联供系统动态响应特性研究

为了研究输入侧能量波动对分布式系统的影响,建立了耦合太阳能的固体氧化物燃料电池(SOFC)-微型燃气轮机(MGT)的冷、热、电联产(CCHP)系统动态模型。分析了太阳能直射辐射波动对系统关键参数的影响规律,研究了外界电负荷波动对系统性能的影响。结果表明:与未耦合太阳能的CCHP系统相比,新系统利用太阳能预热空气,制冷量和供热量分别增加了17%和9%,同时燃料量减少了1%;槽式太阳能集热器(PTC)的加入使系统发电效率随电负荷变化更加平缓,同时使最大发电效率点右移,有利于增大系统功率。

累计冲击荷载作用下GFRP-混凝土组合梁动态响应分析

为探究玻璃纤维复合材料(glass fiber reinforce plastic,GFRP)-混凝土组合梁在多次落石冲击荷载下的动态响应,采用摇臂式落锤试验机,对1根纯GFRP梁及4根GFRP-混凝土组合梁进行累计冲击试验,得到了不同工况下试验梁位移、冲击力、应变时程曲线及裂缝开展状态,并分阶段讨论了梁体损伤演化过程。试验结果表明:纯GFRP梁具有优异的抗冲击性能,但冲击荷载作用下变形过大;组合梁的破坏特征均为混凝土主裂缝贯通,GFRP-混凝土界面发生剥离,良好的界面黏结性能是确保GFRP-混凝土组合梁抗冲击性能提升的关键;竖向冲击荷载下,混凝土厚度的增大,可明显减小同一冲击高度下梁体跨中的变形响应;试验梁抵抗侧向冲击的能力优于其抵抗竖向冲击的能力。采用显示动力分析软件LS-DYNA建立了GFRP-混凝土组合梁累计冲击模型,并基于该模型分析了冲击锤质量、冲击速度及截面高度比等参数对GFRP混凝土组合梁动态响应的影响规律。

典型防护材料空爆载荷作用下动态响应及抗冲击设计研究现状

随着军事和民用领域需求的不断增加,装备防护性将会面临爆炸冲击等挑战,例如,空中爆炸冲击波对飞机、导弹以及警用防爆服结构的影响。在空爆载荷作用下,结构各部分相互作用,以及受材料和几何非线性的影响,导致其动态力学行为变得异常复杂,因此空爆载荷作用下结构的动态响应及防护性能研究是一个急需关注的热点与难点问题。本文主要对空爆冲击方向的研究现状进行详细梳理及总结,首先对空爆载荷传播特性的经验公式计算、数值模拟及试验研究现状进行了综述;其次详细介绍了空爆载荷作用下多孔材料、陶瓷、纤维增强复合材料与均质金属等典型防护设计材料的动态响应及抗冲击结构设计研究进展,其研究内容涉及结构损伤及破坏效应、抗爆吸能特性和防护设计等;最后对该研究领域进行总结与展望,提出了急需分析解决的几个关键研究难题,为后续抗爆冲击结构设计提供参考和借鉴。

交⁃直⁃交异步系统准同步控制下直流动态功频响应特性分析

经直流输电互联的异步系统通过对直流输电实施附加控制,可实现异步系统的准同步运行,达到实时共享异步系统调频资源的目的。但在准同步控制的工程实践中,不合理的控制结构或参数配置将导致系统出现非预期的功率波动。首先,根据直流准同步附加控制,构建准同步系统的动态功频响应分析模型;然后,基于该模型分析了直流控制参数对功率振荡的影响;进而,分析准同步控制导致的功率波动与传统功角振荡的异同;最后,以准同步实验过程中出现的功率波动为例进行分析验证,提出抑制直流功率波动的建议,并对准同步控制进行了讨论。

高速斜撑超越离合器楔合动态响应研究

针对斜撑式超越离合器高速楔合容易产生故障的实际情况,对其楔合动态过程进行研究。工作过程中,斜撑式超越离合器内部楔块之间、楔块与内外环间以及各部件同保持架间存在碰撞。首先基于Hertz接触理论,求解了碰撞刚度,为明确各参数对高速斜撑超越离合器动态响应的影响程度,建立了包括楔合延迟时间、冲击力矩、最大转速差等在内的评价指标。同时,将高速斜撑超越离合器的楔合动态过程进行划分,以研究几何参数对不同响应阶段的影响。最后,开展了楔块与内环的摩擦条件、弹簧力、碰撞刚度、阻尼和负载等对高速斜撑超越离合器楔合动态响应的研究。结果表明,不同参数对所定义的评价指标的影响程度不同,极端情况下可导致楔合失败。该研究可为工程实践提供一定的理论参考和指导。

水下中远场爆炸冲击波作用下航行体表面动态响应分析

针对水下中远场爆炸作用下航行体表面动态响应复杂、预测困难的问题,基于任意欧拉-拉格朗日数值算法,考虑自由面对冲击波反射的影响,利用爆炸相似理论细化模型网格,运用有限元软件对水下爆炸模型进行求解。分析冲击波作用下航行体表面动态应力峰值出现的时间和区域,并对其动态响应随当量、爆距及水深的变化规律进行研究。利用数值拟合方法得到航行体表面动态应力方程,并通过决定系数验证其可靠性,在定当量、爆距情况下可直接求解其动态应力。研究结果表明:当量增加,动态应力在相同爆距区间内衰减速率增大;爆距增大,动态应力在相同当量区间内增长速率降低;深度每下降100 m,动态应力增长20 MPa左右。所得研究结果可为中远场水下爆炸作用下航行体安全防护和抗冲击研究提供一定参考。

应力波作用下水平倾向液体充填岩石节理动态响应规律试验

地下岩体工程中,液体充填岩石节理不可避免会受到地震、爆破等动力扰动。由于液体具有流动性,不同倾向节理中的液体呈现不同空间分布状态,受应力波扰动后液体的运动状态也相异。为阐明应力波作用下水平倾向液体充填岩石节理动态响应规律,利用辉长岩切槽试样、有机玻璃管与丙三醇制备了液体充填岩石节理试样,采用类霍普金森杆试验测试系统,开展了液体充填岩石节理试样的竖向冲击加载试验,考虑了节理匹配系数(J_(MC))、液体体积分数与黏度3个影响因素,并从应力波透射能量与液体运动2个方面分析了液体充填岩石节理动态响应规律。试验结果表明:液体充填岩石节理J_(MC)增大,应力波透射能量增大;随着液体体积分数增大,高幅低频应力波的透射能量单调增大,低幅高频应力波的透射能量先不变后增大;当液体体积分数为50%时,应力波透射能量随着液体黏度增大而减小,而当液体体积分数为100%时,应力波透射能量随着液体黏度增大呈现先减小后增大的趋势;节理边界处,液体运动方向垂直于水平节理面向上,节理排液能力和液体运动剧烈程度随液体黏度增大而减弱。