非线性动力分析的广义精细积分法

针对非线性动力状态方程=H·v+f(v,t),结合广义精细积分法和预估-校正法,提出了用于非线性动力分析的广义精细积分法。在任一时间子域内,对计算过程中待求的vk+j/m(j=1,2,…,m),利用当前时刻的vk进行预估。将离散的非线性项用拉格朗日插值多项式展开并视为外荷载,结合广义精细积分法即可求解非线性系统的动力响应。该方法计算格式统一,易于编程,与四种单步法、一次预-校法及预估校正-辛时间子域法进行数值比较,计算结果表明,该方法具有很高的精度、稳定性及较高的效率。可用于多自由度结构体系的非线性动力反应分析。

基于反射系数谱的配电电缆局部缺陷识别定位

传统配电电缆在局部缺陷识别与精准定位上灵敏度较差,位置范围识别受到限制,为解决现有技术在配电电缆缺陷诊断上存在的不足,提出一种基于反射系数谱的配电电缆局部缺陷识别定位方法。首先依据电缆分布参数模型,获得配电电缆完好状态与存在局部缺陷段的反射系数谱,然后利用广义正交积分法,将反射系数谱的虚部从频域转换到空间域,建立积分诊断图,得到具有直观性的定位图谱,根据积分诊断图实现配电电缆局部缺陷的识别与精准定位,方法适用于同时存在多处电缆缺陷的情况。最后,在实验室50 m长的配电电缆上制作老化与破损两种缺陷,用于验证所提方法的有效性。仿真和实验结果表明,该方法对不同缺陷情况均具有较高的识别精度,定位误差小于0.15 m。

接触网雷击跳闸率的新算法

结合接触网的受雷情况和结构特点建立接触网的雷击模型,分别给出线路遭受直接雷击和感应雷击时接触网的耐雷水平计算公式。基于广义积分法,提出计入感应雷击的计算接触网雷击跳闸率的方法。以常见的复线接触网为例,按照给出的模型和计算方法计算接触网的跳闸率,并将计算结果与实际情况比较。研究结果表明:接触网遭受感应雷击时的耐雷水平较低,因感应雷击造成的接触网雷击跳闸次数占总雷击跳闸次数的31.6%,感应雷击对接触网的跳闸影响是明显的;计入感应雷击计算的总跳闸次数更接近实际运行值。

余弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性

为了研究光束在梯度折射率介质中的传输规律,利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法,推导出余弦高斯光束在梯度折射率介质中传输的解析表达式,对余弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性进行了分析,并进一步讨论了介质梯度折射率系数和调制参数对传输特性的影响。结果表明,余弦高斯光束在梯度折射率介质中传输时,轴上光强分布呈现周期性变化,横向光强分布受梯度折射率系数和调制参数影响较大。余弦高斯光束传输时具有不稳定性,通过适当调节参数,可在空间某位置实现余弦高斯光束的整形。

平顶高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性

利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法,推导出平顶高斯光束在梯度折射率介质中传输时的解析表达式,对平顶高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性进行了分析,讨论了介质梯度折射率系数和光束阶数对传输特性的影响。研究表明,平顶高斯光束在梯度折射率介质中传输时轴上光强分布呈现周期性变化,其周期决定于介质梯度折射率系数,而与光束的阶数无关;轴上峰值处的横向光强分布受梯度折射率系数和光束阶数的影响较大,横向光强的最大值随着梯度折射率系数的增大而增大。

梯度折射率介质中离轴椭圆厄米高斯光束的传输

利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法,对离轴椭圆厄米高斯光束在梯度折射率介质中传输做了研究,得到了一般的解析传输公式,并利用此解析式进行数值计算和分析,讨论了梯度折射率介质对离轴椭圆厄米高斯光束传输特性的影响。结果表明:介质梯度折射率对离轴椭圆厄米高斯光束传输性质有影响。

梯度折射率介质对复变量sinh-Gaussian光束传输的影响

为了研究梯度折射率介质对复变量双曲正弦高斯光束的传输影响,利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法推导出了复变量双曲正弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输场,运用空间二阶矩的定义解出了光斑尺寸及其变化率的表达式,并进行了数值模拟分析。结果表明,光斑尺寸及其变化率随传输距离的增加呈周期性变化,周期由折射率系数决定;随光束参量的改变,光斑位置不变,周期性不变,但是光斑尺寸的振荡幅度要发生改变;通过调整这些参量,可以改变光斑尺寸及其位置。此项研究对大功率半导体激光器等方面的开发应用有帮助。

梯度折射率介质对复变量双曲余弦高斯光束传输的影响

为了研究梯度折射率介质对复变量双曲余弦高斯光束传输的影响,推导出光束在介质中的传输场,运用空间二阶矩的定义解出了光斑尺寸及其变化率的表达式,并利用此表达式分别对光斑尺寸及其变化率作了数字模拟分析。研究表明:介质的折射率梯度变化不改变光束的形状,但是对光强的峰值和光斑尺寸有影响,并且发现随传输距离的增加光斑尺寸及其变化率出现周期性的振荡,而振荡幅度由光束参数决定。

双曲余弦平方高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性

利用广义惠更斯-菲涅尔衍射积分方法 ,导出了双曲余弦平方高斯光束(Cosh-Squared-Gaussian beam,CSGB)在梯度折射率介质中传输的解析表达式,对CSGB光束在梯度折射率(Gradient-index,GRIN)介质中的传输特性进行了分析,讨论了介质梯度折射率系数和光束参数对传输特性的影响。研究表明,在梯度折射率系数取值不同的条件下,CSGB光束在GRIN介质中传输时的轴上光强分布随传输距离呈周期性变化,空间周期与介质梯度折射率系数成反比。

双曲余弦高斯光束在左手平板材料中的传输特性

为了研究双曲余弦高斯光束在左手平板材料中的传输特性,运用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式,推导出双曲余弦高斯光束在左手平板材料中的一般传输解析表达式。利用此表达式数字模拟了左手平板材料工作频率的变化对光束传输特性的影响。结果表明:双曲余弦高斯光束的中心光强、横向光强和光斑尺寸都可以用左手平板材料的工作频率来调控。随传输距离的增加,中心光强逐渐加强;在同一传输面上工作频率越大,中心光强越强。横向光强随工作频率的增大而增加,并且出现空心分布,光斑尺寸在加速扩展。

双曲余弦高斯光束在梯度折射率介质中的束腰宽度及其位置

为了研究梯度折射率介质中双曲余弦高斯光束的束腰及其位置,推导出了双曲余弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输场,并运用空间二阶矩的定义解出了光斑尺寸、束腰宽度及位置的表达式,讨论了梯度折射率介质对双曲余弦高斯光束的光斑尺寸、束腰宽度及位置的影响。研究结果表明:梯度折射率介质中光斑尺寸随传输距离的增加出现了周期性变化,周期由折射率系数决定;随偏心参数的增大,束腰宽度先逐渐减小再逐渐增大后趋于稳定;并且发现偏心参数决定光斑尺寸振荡幅度。

厄米余弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性

基于广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法,对梯度折射率介质中的厄米余弦高斯光束传输特性进行了研究,得出了在梯度折射率介质中厄米余弦高斯光束的光场表达式,并利用此表达式作数值模拟,研究了梯度折射率介质对厄米余弦高斯光束传输特性的影响。结果表明:光强在轴上分布呈现空间周期性变化,最大光强位置与梯度折射率系数β有关;随着调制参数α的增大,轴上最大光强逐渐减小而且出现了空心分布。在同一传输面上横向光强随梯度折射率系数β增加,先增大后快速减小;并且发现调制参数α变大,光强不变,但是束腰宽变窄。

左手平板材料对正弦高斯光束的光斑影响

为了研究左手平板材料对正弦高斯光束的光斑影响,利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法得到了正弦高斯光束的光斑分布表达式,并利用此表达式对光斑进行了数值模拟,结果表明:正弦高斯光束在左手平板材料中传输时,光斑尺寸的聚焦位置是光束束腰的位置,束腰位置受左手平板材料的折射率影响,束腰宽度与材料的折射率无关,并且发现左手平板材料内部和像空间的光斑尺寸随偏心参数变化规律相似。此项研究对光场操控方面应用有帮助。