轴承磨损的切片式半解耦损伤数值模拟方法

轴箱轴承是高速动车组(EMU)走行部的关键部件,往往处于高速甚至超高速的运行状态,其轴承的磨损是一个非常突出的问题。建立转向架轴承的磨损模型,模拟在轨道激励载荷因素作用下滚动轴承的磨损状态,进行轴承的磨损损伤分析具有重要意义。针对动车组转向架轴箱轴承磨损监测难、分析难的问题,基于数值模拟方法,对轴箱轴承的磨损损伤分析方法进行了探究,为降低有限元模型的分析计算时间成本,提出了一种轴承切片式半解耦损伤分析方法。首先,将轴承三维模型径向等距切分成有限数量的二维切片,对二维轴承切片模型进行了磨损分析;然后,基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)自适应网格偏移技术以及UMESHMOTION子程序,提出了轴承模型磨损有限元分析方法(流程);最后,利用高斯过程非线性拟合完成了三维轴承磨损状态复现,得到了轴承内圈的磨损分布规律,并对该模型的高效性与收敛性进行了对比分析。研究结果表明:利用二维切片拟合磨损分析方法的计算效率获得了大幅提高,同时该方法的准确性也较为可靠,与传统方法相比,其误差在10%以内;另外,轴承内圈磨损较为严重的区域出现在滚子与内滚道接触的边缘位置,而接触区域中心位置的磨损程度与边缘相比较轻。

关节半解耦6自由度服务机器人的设计与运动学研究

针对目前国内外服务机器人机械臂鲜有解耦关节的现状,设计了一款关节部分解耦的6自由度服务机器人机械臂样机。根据自由度部分解耦的特点,提出了一种在机械臂末端关节d_6≠0的情况下推导运动学逆解的新算法,该算法在运动学逆解的推导过程中避免了大量逆矩阵的计算问题。通过运动学正逆解的求解验证及仿真试验,验证了文中逆运动学算法是正确有效的。文中设计的服务机器人在结构上吸收了SCARA机器人的优点且具有满自由度,提出的运动学算法对其他机器人实际应用中应对d_6≠0时的逆运动学求解具有积极的研究参考价值。

基于局部等效方法的深水水下井口半解耦分析模型

波致、涡激和浮式钻井装置运动引起的疲劳是深水水下井口失效的主要形式之一,井口动力分析方法的选取直接影响水下井口疲劳评估的效率和准确性。针对采用局部精细模型对井口进行动态响应分析时的耗时和精度低等问题,提出基于局部等效方法的深水水下井口半解耦分析模型,研究隔水管-井口整体分析模型中的井口局部等效方法,考虑管土作用建立水下井口局部有限元模型,建立梁和弹簧组合的井口局部等效数学模型,推导梁单元和弹簧单元参数计算公式。采用该半解耦模型进行南海深水水下井口分析,将静力分析结果与精细有限元模型分析结果进行对比,并将动力分析结果与解耦、全耦合两种方法进行对比。结果表明,提出的井口等效模型计算精度高、效率高,可为开展水下井口系统动态响应分析和疲劳评估提供一种高效算法。

新型半解耦式除湿热泵系统的降温除湿性能

提出一种新型半解耦式除湿热泵系统,并对该系统在夏季工况下的降温除湿性能进行了测试。结果表明,该系统可实现对空气温湿度的高效处理:送风温湿度分别为18.36℃、11.67 g/kg,送风温度波动范围仅为1℃,系统COP高达4.71。此外,还对不同新风温湿度下的系统性能进行了实验研究。

三角矩阵半解耦设计

多变量控制系统并不是在所有情况下都能实现完全解耦,在某些情况下,完全解耦也不一定是必须的。在一些化工过程多变量控制系统中,并非所有变量的控制都具有同等重要的意义,通过设计分析,得出在某些场合下采用半解耦设计效果会更理想。

半隐式延迟解耦电磁暂态并行仿真方法(一):原理及交流分网与并行

随着电力系统的日渐电力电子化,传统的电磁暂态仿真方法已难以满足快速求解的要求,而分网与并行计算是提高仿真效率的一个有效途径。针对现有电磁暂态仿真分网与并行方法的不足,该文提出一种基于半隐式延迟解耦特性的分网与并行方法,具有分网方式灵活,易于并行的特点。首先从系统状态空间方程出发,应用矩阵分裂技术,对系统状态变量进行分组。然后通过对不同变量组采用不同的积分形式,建立变量组之间的半隐式时间延迟格式,实现变量组之间的时间解耦;进而基于该半隐式延迟解耦格式,设计电磁暂态仿真的分网策略,构建相应的并行计算流程。最后通过算例验证所提方法的准确性和有效性。

基于半车解耦的半主动悬架模糊滑模控制

为提高车辆的舒适度,提出基于半车解耦模型的半主动座椅悬架的模糊滑模控制。建立并分析半车悬架系统的动力学模型,通过将其等效变换为两组标准的动力学方程,实现把半车悬架系统解耦成四分之一车悬架系统。基于解耦后的四分之一车悬架系统对含四分之一车的座椅悬架设计模糊滑模控制策略:把天棚阻尼系统作为参考模型,将实际被控系统和参考模型间的动态误差引入到滑动模态中,通过切换函数及其导数的模糊化处理,来抑制滑动模态中抖振现象。并通过比较磁流变阻尼器输出力和模糊滑模控制器(Fuzzy Sliding Mode Controller)解出的期望力的差值,来确定提供给磁流变阻尼器的电压。最后通过与PID、滑模(Sliding Mode Controller)和被动悬架仿真结果的对比,验证该方法对半车座椅悬架系统减振效果具有明显的改善作用。提出的控制方法对于半主动悬架的实际控制具有参考价值。

直驱风力发电单元的电磁暂态半隐式延迟解耦与仿真方法

由于现有风电场规模大,所含风机数量多,同时风机自身建模与仿真难度高,因此风电场电磁暂态仿真效率低下。针对以上问题,该文基于半隐式延迟解耦原理提出一种直驱风力发电单元的细粒度解耦与并行仿真方法,以实现直驱风力发电单元高效电磁暂态仿真。首先利用矩阵分裂原理,按照状态变量进行分组,并将直驱风力发电单元分解为多个子系统。采用半隐式延迟解耦方法实现直驱风力发电单元不同状态变量组之间的时间延迟解耦。基于半隐式延迟解耦递推格式,构建了直驱风力发电单元的解耦模型,并分析了该模型的特点,设计了计算时序和流程。实际算例仿真结果表明,该文方法在提高直驱风力发电单元电磁暂态仿真的计算效率的基础上还兼顾了较高的仿真精度。

半隐式延迟解耦电磁暂态仿真方法(二):单端口子模块MMC通用解耦与快速仿真

由于模块化多电平换流器子模块数众多及子模块拓扑的复杂性和时变性,导致仿真精度与效率难以兼顾。该文将半隐式延迟解耦原理用于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)高效电磁暂态仿真建模研究,所得模型具有常规子模块拓扑导纳矩阵恒定、解耦电路简单、计算效率高、方法通用性强等特点。该文首先从MMC单端口子模块状态方程出发,利用矩阵分裂和延迟技术,构建MMC单端口子模块通用半隐式延迟解耦模型,并应用于半桥、全桥和双半桥子模块。然后,基于对模型参数的简化,进一步提出适用于任意单端口子模块拓扑的MMC通用仿真框架,并分析模型的特点,给出计算流程,最后通过算例验证该文方法的准确性和有效性。

一种级联H桥型电力电子变压器电磁暂态解耦与仿真模型

电力电子变压器电磁暂态详细模型存在矩阵维数高、仿真步长小、速度慢的问题。基于半隐式延迟解耦电磁暂态仿真方法,该文将其应用于级联H桥型电力电子变压器的电磁暂态快速仿真研究中,提出一种解耦电路简单、导纳矩阵恒定、易于并行、仿真效率高的解耦和快速仿真方法。该文首先从状态方程出发,利用矩阵分裂和延迟技术,建立双有源桥的半隐式延迟解耦模型;然后给出外端口及级联H桥采用不同串、并联组合时的等值解耦电路,实现了各变换级以及不同模块间的细粒度解耦,给出了计算流程,并分析了方法的特点。最后,通过算例验证了该文方法的准确性和有效性。

光伏发电单元电磁暂态解耦与快速仿真方法

针对光伏发电单元详细模型电磁暂态仿真时速度慢的问题,基于半隐式延迟解耦原理,提出了光伏发电单元的新型解耦模型与并行仿真方法。首先,建立光伏发电单元各设备的状态方程,采用矩阵分裂和延迟技术构建各设备的半步时延解耦模型,实现发电单元内部及不同发电单元之间的解耦与并行计算;其次,根据电压源型换流器(VSC)和Boost电路的工作特点,简化解耦模型参数计算过程,使系统导纳矩阵恒定以提高计算效率;然后,分析了该模型的特点,设计了计算时序和流程;最后,通过光伏电站的计算实例检验了模型的准确性和计算效率。

一种用于电磁暂态仿真的两电平电压源型换流器解耦模型

由于电压源型换流器(voltage source converter,VSC)电磁暂态详细模型导纳矩阵时变,因此对含大规模新能源场站的大电网进行仿真时,仿真效率低下。针对这一问题,该文基于半隐式延迟解耦原理,提出一种解耦电路简单、导纳矩阵恒定、可计及换流器内部特性的解耦模型。首先从VSC换流器的状态方程出发,利用矩阵分裂和延迟技术,分别构建直流侧电容接地VSC换流器和直流侧电容不接地VSC换流器的半步时延模型,实现交直流侧的解耦;然后利用VSC上下桥臂纵向换流互斥导通的特点,简化解耦模型参数计算,从而使得系统导纳矩阵恒定,进一步提高计算速度。算例结果表明了所提方法在保持较高精度的同时提升了计算速度。

SVPWM控制三相并网逆变器AFD孤岛检测方法

三相并网逆变器在新能源发电系统和电动汽车等领域起着重要的作用,为确保系统安全稳定运行,孤岛检测是十分必要的。对基于空间矢量控制的三相并网逆变器,传统的主动频移法(active frequency drift,AFD)不能直接应用,存在检测盲区的问题,且施加的频率扰动量会对三相进网电流波形质量造成一定的影响。提出一种基于空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制三相并网逆变器的AFD孤岛检测方法,其对锁相环(phase-locked loop,PLL)计算出的相角施加扰动,但不属于主动移相法。分析孤岛检测盲区的成因以及消除盲区的可能性,并对施加扰动后的三相电流进行谐波分析,提出抑制谐波的改进半解耦控制算法,最后给出仿真和实验结果。

混凝土损伤断裂数值分析应用研究

从线弹性断裂力学出发,引进混凝土的损伤本构模型,探讨和提出计算混凝土表面Ⅰ型裂缝缝端损伤区域的有限元计算模型和计算方法,从而令混凝土Ⅰ型裂缝稳定性的判断更直观。

计及电容过渡过程的双钳位型MMC电磁暂态高效仿真方法

针对在电磁暂态程序中双钳位子模块型模块化多电平换流器(CDSM-MMC)拓扑复杂、仿真速度慢的问题,将半隐式延迟解耦法应用于CDSM-MMC的电磁暂态快速仿真研究中,提出一种计及并联电容过渡过程,且解耦电路简单、导纳矩阵恒定、易于并行的高效仿真方法。首先,建立了双钳位子模块的状态空间方程,通过分裂系统矩阵,应用不同积分格式变量间的时间延迟特性,得到正常状态和闭锁状态下计及并联电容过渡过程的双钳位子模块的解耦模型;然后,分析了该模型的特点,设计了计算时序和流程;最后,通过算例验证了文中模型在大幅提高CDSM-MMC仿真效率的基础上,还兼顾了较高的仿真精度。