基于用户自定义程序的VSC-HVDC机电电磁混合仿真研究

柔性直流输电(VSC-HVDC)输电容量不断提升,使其应用范围由配电网逐步延伸至输电网,分析交直流混联电网受扰后的稳定性及和设备运行安全,需要开发兼顾大电网计算效率和直流动态特性精细模拟的仿真计算工具。为此,建立了VSC-HVDC电磁暂态仿真模型,包括VSC交流侧换流变压器、直流输电系统和控制系统电磁暂态仿真模型,以及各模型的差分化方程,并提出VSC电磁量与机电量接口转换方法;基于电力系统分析综合程序的用户自定义程序接口(PSASP/UPI)功能,提出并开发实现了VSC-HVDC机电与电磁混合仿真算法。VSC-HVDC交直流并联输电系统混合仿真结果验证了仿真算法的有效性。

PSASP用户自定义程序在励磁系统及PSS建模中的应用研究

介绍应用"电力系统分析综合程序"中的用户自定义程序进行的励磁系统及电力系统稳定器的建模,以某IEEE 39节点系统作为测试算例进行仿真,经分析认为程序在读取仿真对象的拓扑关系方面存在问题,并提出按照传递函数顺序手动修改基本功能框顺序的解决建议。

南方电网因直流故障切机后的恢复策略

当贵广直流输电系统发生双极闭锁故障时,南方电网需要切除送端电网的部分机组才能保持系统稳定。为加快系统故障恢复的进程,文中提出通过降低其他运行机组出力的控制策略,使被切机组能在短时间内投入,并保持送端系统的输出功率基本不变,达到在保持系统稳定的前提下使被切机组快速恢复的目标。利用PSS/E的用户自定义计算功能对发电机的出力调节过程进行建模,对南方电网发生贵广直流闭锁故障后被切机组并网后的带负荷过程进行仿真,结果证明了该方法的可行性和有效性。

考虑黏聚特性和拉压不等效应的修正剑桥模型及数值实现

针对修正剑桥模型不能反映岩土介质黏聚特性和拉压不等效应的局限性,通过子午面上考虑黏聚力、偏平面上考虑应力罗德角的影响,建立可考虑黏聚力与拉压不等效应的非相关联修正剑桥模型;较系统地介绍所修正模型的Euler向后隐式本构积分算法及程序实现过程。应用ABAQUS软件所提供的用户材料子程序UMAT接口,编制改进修正剑桥模型本构子程序,并运用所编程序研究比利时Boom clay的三轴压缩力学行为。研究结果表明,所编子程序具有较高的计算精度和良好的稳定性,所改进模型能较好地反映Boom clay的非线性与塑性流动特性。

大气模式下多脉冲激光推进的数值模拟

研究了大气模式激光推进中多脉冲推进的冲量耦合系数低于单脉冲推进的冲量耦合系数的机理。将飞行器设为可动模型,利用商业软件FLUENT的动网格方法对多脉冲推进进行了数值模拟,解决了已往分段计算中忽略后期流场信息造成的偏差大的问题。结果表明:多脉冲推进的平均冲量耦合系数随脉冲数的增多而降低,但是下降趋势渐缓,计算结果与实验相符;气体开始逃逸之后的后期流场与飞行器的相互作用对推进性能的影响不能忽略。

基于火药燃气压力空间变化的火炮发射动力学研究

针对身管振动对弹丸内弹道时期运动形态的激励作用,建立以振动理论为基础的弹丸与身管相互耦合问题的有限元动力学模型。通过用户自定义子程序实现了模块装药下弹丸膛内运动与火药燃烧规律相互关联的动力学过程,并实现了火药燃气压力作用于身管内壁并随弹丸运动而变化的荷载条件,解决了以往燃气压力径向效应加载不准甚至无法加载的问题,得到了在相同射击条件下试验测试数据和仿真计算结果的对比曲线,以及不同数值模拟环境下身管动力学时程曲线。结果表明该非线性动力学模型更能反映火炮实际发射环境,可以较真实地再现身管结构动力学响应过程,为火炮设计以及故障分析提供了更接近实际的参考数据。

复合材料大开孔层合板压缩损伤分析与试验

为提升复合材料大开孔层合板损伤分析计算精度,采用三维渐进损伤分析模型研究了开孔复合材料层合板在压缩载荷作用下的损伤机理,模型考虑了损伤演化、破坏准则以及刚度退化等因素。其中,采用带剪切非线性修正的Hashin准则作为单元失效的判断依据,引入瞬时退化模型对失效单元进行材料退化仿真。在ABAQUS中通过编写用户自定义材料子程序,实现复合材料大开孔层合板压缩渐进损伤分析。通过大开孔层合板压缩强度试验对得到的仿真结果进行验证,对比结果表明仿真计算与真实试验结果误差仅为4%,且仿真分析计算得出的失效位置与失效模式和试验吻合较好,验证了模型的有效性与准确性。

多管火箭武器储运发射箱长期储存蠕变性能预测

为探究火箭武器储运发射箱长期储存的蠕变性能,制备复合材料层压板并开展单轴拉伸蠕变试验,获得了单向纤维复合材料主方向的蠕变本构模型参数。采用有限元方法并借助用户自定义材料子程序建立储运发射箱长期储存蠕变的数值分析模型,预测了堆码储存15年后底层发射箱的蠕变变形。以储存后的发射箱作为初始状态建立弹管耦合发射动力学仿真计算模型,进一步分析蠕变对火箭弹发射过程的影响。仿真结果表明:蠕变引起的定向器平行度和发射箱底面平面度的变化均小于技术指标规定值,定向器束的最大残余变形在三维空间内呈马鞍状分布,上、下两行中间位置定向器的变形最大,左、右两列中间位置定向器的变形最小。定向器蠕变变形使得弹管间隙减小,火箭弹在管内运动使弹管之间的动态接触碰撞力增大,离轨速度降低。

玻-碳混杂纤维缠绕复合材料发射筒发射动力学研究

为准确模拟弹丸的膛内运动过程,考虑了玻-碳混杂纤维缠绕复合材料发射筒内火药燃气压力的二维瞬态分布特性,建立了以接触碰撞理论为基础并计及火药燃气强动态冲击作用的非线性弹-管耦合动力学数值分析模型。通过有限元用户自定义子程序再现了火药燃气压力随时间、空间的动态变化规律及其与弹丸运动相互关联的动力学过程。数值分析结果与实弹射击试验对比,结果表明,所建立的数值仿真模型能够再现实际发射过程中的物理场变化规律,真实地模拟复合材料发射筒的动态应力响应,为复合材料发射筒铺层设计、优化及发射安全性评估提供理论支持。