两种简化Preisach模型静态特性的对比分析及评估

简化Preisach模型以其精度高、运算速度快的优点而被广泛运用于电力设备的磁滞及损耗特性模拟。本文针对现有两种不同的简化Preisach模型,分别从磁滞回线模拟精度、损耗求解精度、计算速度三方面对其进行了对比分析与综合评价。通过实验及仿真表明,Ragusa提出的简化Preisach模型(模型1)在考虑可逆磁化分量后(模型1认为磁化过程分为可逆磁化与不可逆磁化两部分),其在低磁密下的磁滞回线模拟有一定的改善,但高磁密下无明显改善,而损耗计算的全局平均误差则由12. 34%下降至9. 57%。考虑可逆磁化分量的模型1比Naidu提出的简化Preisach模型(模型2)在磁滞回线模拟精度上略有提高,而在损耗计算精度上,模型1与模型2的全局平均误差分别为9. 57%、7. 81%。在求解速度上,模型1由于包含复杂的积分而明显慢于模型2。因此综合考虑,建议在磁性材料的磁滞及损耗特性模拟等方面选用模型2。

变温条件下解析Preisach磁滞模型误差修正和特征参数辨识方法

温度升高会影响磁性材料的磁滞特性,从而改变电气设备的性能。目前解析Preisach模型无法对温度进行有效表征,导致损耗计算结果误差较大。为此,本文首先分析了基于Lorentzian函数的解析Preisach模型特征参数对磁滞回线形状参数的影响程度,如饱和磁通密度、矫顽力、剩磁等,研究了不同温度下模型参数和材料磁特性的变化。根据模型特征参数具有的磁滞回线形状相关性和温度相关性,引进温度系数来修正模型特征参数,构建变温条件下的解析Preisach模型,并给出了计及温度影响的模型参数辨识方法。最终实验测量纳米晶合金在变温条件下的极限磁滞回线,对多组实测值和修正后的解析Preisach模型计算值进行对比后,得出在饱和磁通密度、矫顽力和剩磁处修正模型结果的平均相对误差分别为0.15%、2.21%、5.76%,证明了该修正模型的准确性。

基于简化阻抗模型和比较元启发式算法的锂离子电池参数辨识方法

快速准确地辨识电化学参数对锂离子电池机理建模至关重要。而传统的参数辨识方法多采用直接拟合,难以精确反映电池的内部状态。为解决这一问题,本工作以37 Ah三元电池为研究对象,基于电化学反应中的法拉第过程、双层电容的弥散效应的非法拉第过程以及固相与液相的传导过程,构建了一个与电化学模型映射的修正简化阻抗模型,与伪二维(P2D)模型不同,该模型输入为不同荷电状态(SOC)下的三电极电化学阻抗谱(EIS),通过拟合EIS得到对应工况电化学参数,实现对电池模型准确的参数识别。通过拟合阻抗谱,辨识得到了16个高敏感度的电化学参数,其中正极7个、负极9个。我们进一步比较了66种元启发式算法在锂离子电池电化学参数识别中的性能表现,从识别精度、计算效率和鲁棒性等方面对其进行多维分析。研究结果表明,自适应差分进化算法在参数识别中综合效果最佳,其平均绝对百分比误差小于3%,非重复函数计算次数小于35000次,表明其达到最大准确度的同时运算量较低,提出的辨识方法不仅更好地反映了参数的物理意义,还为电化学模型的简化计算和在线辨识提供了有力支持。

基于Sablik-Preisach模型的非晶合金磁滞与磁致伸缩特性模拟方法

非晶铁芯具有优异的高频磁性能,但较电工钢等软磁材料具有更显著的磁致伸缩效应,在高频及谐波激励下的磁致伸缩特性较为复杂。该文基于内能最小原理,根据磁滞能量密度函数描述磁滞与磁致伸缩的耦合关系,并利用磁畴能量沿磁场方向贡献的总和表示无磁滞磁化强度,建立以磁滞效应为基础的Sablik模型。采用将基本磁化曲线线性分段的方法对涡流损耗的表达式进行修正,进而建立动态Preisach模型,引入铁磁材料的非线性本构关系,构造单频正弦激励下磁滞与磁致伸缩解析表达式,并提出相应参数辨识方法。在谐波激励下,基于线性叠加原理推导对应场量的表达式,并进一步提出谐波激励下非晶合金的磁滞与磁致伸缩特性模拟方法。最后,模拟了非晶合金材料分别在正弦和谐波激励下的磁滞回线与磁致伸缩回线,通过与测量结果及传统方法进行对比,结果表明所提方法在正弦和谐波激励下的损耗与磁致伸缩误差分别小于5%与10%,验证了所提方法的准确性和通用性。

基于火箭简化模型的多状态模型修正研究

火箭发射过程中燃料的不断减少导致火箭结构不断变化,结构的固有频率和模态振型也会随之变化。针对有限元模型的不准确性,以截面惯性矩为修正参数,不同状态下数值仿真结果与试验测试结果的误差最小为目标函数,建立多状态模型修正的优化模型。通过灵敏度分析和一阶泰勒展开对目标函数进行显式化处理,并利用序列线性规划求解得到设计变量的最优解。同时对于多状态结构,以多截面简支梁模型为例,利用锤击法对简支梁进行试验,设计磁吸重物方案模拟多状态模型,以单截面简支梁试验的前4阶频率为目标函数建立优化模型,经过修正将多截面简支梁模型修正为单截面简支梁模型,并且符合截面惯性矩与面积的比例,验证了多状态模型修正方法的准确性。

考虑土-储罐-液体相互作用的隔震储罐简化力学模型及地震响应研究

为了寻求一种既能减震又能降低成本的储罐结构,提出一种隔震储罐结构体系,根据力的平衡原则推导了滚动隔震装置恢复力模型,得出了复合滚动隔震装置的恢复力模型。基于三质点模型和场地土模型,提出了考虑土-储罐-液体相互作用(STLI)的隔震储罐的简化力学模型和运动方程,并研究了考虑STLI效应和不考虑STLI效应时抗震储罐和隔震储罐在不同场地的地震响应。结果表明:隔震储罐能够有效地降低其基底剪力及倾覆弯矩,但对晃动波高的控制有限,建议在高烈度区,满足晃动波高的前提下,隔震储罐在设计时可以降低烈度。考虑STLI效应后,抗震储罐的基底剪力和倾覆弯矩明显降低,且从Ⅰ类场地到Ⅳ类场地差异率逐渐增大,软土场地降低最为显著。隔震储罐地震响应受STLI效应的影响较小,可以有效地隔断上部结构与场地土之间的耦联,弱化STLI效应对上部结构的影响。

VDMOS单粒子效应简化电路模型研究

通过在功率VDMOS器件的等效电路模型中引入电阻分析器件的表面电压对其单粒子效应的影响。根据仿真数据,分析颈区宽度、P+注入和反向传输电容等参数对器件的影响,设计了250 V器件并进行辐照试验。仿真结果及试验结果与模型分析的结论一致:辐照条件下,表面电压由电阻分压确定;增加P+注入剂量和减小颈区条宽能够减小电阻,提高器件抗单粒子效应的能力;通过降低颈区浓度减小反向传输电容的方法,无法提高器件的抗SEE能力;颈区条宽增加,器件辐照后漏电增加。

大语言模型的中文文本简化能力研究

大语言模型为自动文本简化提供了新思路。为了探究大语言模型的中文文本简化能力,本研究构建了中文篇章级文本简化数据集,对其中的平行文本对进行了特征分析;在此基础上,设计大语言模型自动文本简化实验,采用零样本、少样本、少样本+词表和少样本+规则这4种提示策略,综合已有的和本研究特有的语言特征评估指标,测评了6种国内外常用大语言模型在不同提示策略下的中文文本简化能力。研究发现,少样本提示策略在文本特征上表现最佳,显著提高了信息保存度;在提示中加入外部词表,有助于大语言模型使用相对简单的词语;在提示中融入简化规则,能使大语言模型使用更简洁的句法结构。不同的大语言模型在难度控制和语义保留程度上各有优势与局限,但在语篇衔接与连贯和段落划分上与人类专家存在明显差距,且均出现了不同程度的幻觉现象。未来仍需构建较大规模的高质量中文简化数据集,多角度诱导语言大模型的文本简化能力。

SMA碟簧群的循环受压性能及简化模型

该研究提出将多个形状记忆合金(SMA)碟簧片并联排列形成碟簧组,然后在碟簧组间加入垫片分隔、串联排列形成碟簧群,以提供更高的承载力及变形能力。采用有限元软件ABAQUS建立了一系列SMA碟簧群的三维精细化有限元模型,并进行非线性循环受压分析。结果表明:与钢碟簧的“三角形”荷载-位移曲线相比,SMA碟簧群的荷载-位移曲线呈现鲜明的“旗帜形”特性,具有明显的正向及反向转变平台。随着碟簧片数的增加,碟簧组的总可恢复变形量基本不变,极限承载力及割线刚度近似成比例增加,而随着碟簧组数的增加,碟簧群的总可恢复变形量增加,极限承载力不变,割线刚度近似成比例降低。因此,可根据碟簧群总极限承载力及变形能力的需要,灵活调整碟簧片及碟簧组的数量及布置方式。碟簧组的各层碟簧片由于边界条件不同,应力分布存在明显差异,而变形量亦呈现两端大中间小的哑铃形分布模式,其中加载端碟簧片变形量最大,若超过极限变形量可能发生翻转失效,值得注意。提出了SMA碟簧群的简化模型,通过简化及精细模型的非线性循环受压分析,发现该简化模型的循环受压荷载-位移曲线与精细模型吻合良好,而计算效率提高约38倍。将SMA碟簧群应用于自复位NZ梁柱节点中,并对自复位钢框架进行了验证性的滞回分析。结果表明:采用SMA碟簧群的自复位钢框架最大侧移为4%时可完全复位,且二次刚度相比采用预应力钢绞线的传统自复位钢框架提高近100%,极限承载力提高70%。

既有框架结构的新型等效简化动力模型构建方法

为了实现对长期服役后的结构在地震、风等动荷载作用下安全性和舒适性的评估,利用监/检测数据建立一个能准确反映实际建筑在地震、风等动荷载作用下动力响应的结构动力学模型至关重要。本文针对非常普遍的框架建筑结构,提出了一种基于少量移动传感器的框架结构等效简化动力学模型构建方法。首先,提出建筑结构等效简化模型构建的层间剪力等效原理,证明了以该原理构建的简化模型具备准确模拟实际建筑结构动力响应的能力。其次,推导了框架结构简化模型形式,并研究了简化模型参数特点。然后,提出了一种框架结构简化模型参数的迭代识别方法,实现了仅使用少量无线移动传感器的简化模型参数识别。最后,通过一个12层3跨钢框架结构数值模拟算例,研究了在不预知结构刚度退化的具体形式和仅使用少量移动加速度传感器的条件下,由本文所提方法构建的等效简化模型对实际框架结构在不同水平动荷载作用下结构动力响应的预测能力。数值试验结果表明,等效简化模型能准确模拟不同荷载工况下框架结构加速度和位移响应。因此,本文提出的框架结构等效简化模型构建方法将在评估既有框架结构在风、地震等动荷载作用下的结构安全性和舒适性方面具有重要的应用前景。

厚板转换全框支剪力墙结构振动台试验抽层简化模型设计与分析

为研究厚板转换全框支剪力墙结构的整体抗震性能,并检验该结构转换厚板的有效性,在重庆大学土木工程学院振动台实验室开展了缩尺模型结构的模拟地震振动台试验,试验对象为某36层车辆段上盖建筑。本文阐述了厚板转换全框支剪力墙结构振动台试验中模型的设计过程;介绍了测点布置与加载方案;对比分析了不同抽层简化方案对结构的影响。研究结果表明,对于厚板转换全框支剪力墙结构,抽层后依据刚度与强度等效原则调整构件截面能有效降低简化模型与原型的误差;抽层起始位置应被保证距离试验重点研究楼层不低于3层;连续抽层层数为1层时误差最小,建议选择连续抽层层数为1层。

混合联肢PEC墙结构简化力学分析模型及承载力计算

为克服钢筋混凝土墙肢底部易发生脆性破坏的缺点,提高联肢剪力墙结构的抗震性能,采用PEC剪力墙肢代替混合联肢剪力墙结构中的钢筋混凝土剪力墙肢,形成新型混合联肢PEC墙结构.通过改变钢连梁截面尺寸、PEC墙肢宽厚比以及楼层数形成3个系列共8个模型,研究了弹性耦连比和改变弹性耦连比的方式对混合联肢PEC墙结构滞回性能和应力分布的影响.结果表明:各个系列模型滞回曲线均饱满而稳定,未出现明显捏缩现象,证明混合联肢PEC墙结构抗震性能好、耗能能力强,适用于高烈度抗震设防地区;与已有联肢墙结构研究成果一致,弹性耦连比是影响混合联肢PEC墙结构整体性能的主要因素,并不会因为实现方式不同而影响结构应力分布规律;为保证结构达极限承载能力状态时各层钢连梁均发生剪切屈服并充分发展塑性,同时避免受拉侧墙肢发生延性较差的小偏心受拉破坏,应控制弹性耦连比小于等于70%;基于有限元模型分析结果,探讨了混合联肢PEC墙结构受力机理,建立了结构简化力学分析模型,给出了极限承载力计算公式;试验及有限元模型分析结果与理论计算结果误差在15%以内,且均为理论值偏低,证明本文提出的混合联肢PEC墙结构极限承载力计算公式精度较高且偏于安全,可用于计算结构极限承载力.

基于磁导-电容类比法和解析Preisach模型的铁心动态磁滞建模方法

铁磁材料的磁滞、涡流和驰豫效应对电力变压器铁心的非线性特性和功率损耗有显著的影响。为了研究电磁暂态过程中电力变压器的时域响应行为,需要准确计及铁心的动态磁化特性,在电路仿真中对电力变压器铁心进行精细建模。为此,该文首先采用考虑可逆分量的解析Preisach模型表征铁磁材料的静态磁滞效应,通过磁导-电容类比法建立了铁心的回转器-磁导模型,构建铁心静态电磁模型。其次,基于传统损耗统计理论和场分离理论,在静态电磁模型的基础上引入恒定磁阻和受控磁动势源,分别用于表征铁磁材料的涡流效应和弛豫效应对磁滞效应和损耗效应的影响,构建基于传统损耗统计理论的铁心动态电磁模型。最后,运用R-L分数阶导数对涡流损耗表达式进行修正,采用受控磁动势源表示涡流效应,对传统的铁心动态电磁模型进行改进。基于电工钢测量系统测量了硅钢铁心在不同频率、不同磁通密度下的动态磁滞回线,与实验相比改进模型的平均相对误差为6.59%,验证了所提出的改进动态模型的正确性。

考虑非线性行为相似的高层结构动力试验模型简化设计方法研究

随着物理试验技术的快速发展,结构模型试验可较准确获得结构在环境荷载作用下的动力响应,但在土-结相互作用、区域群体结构、大型复杂结构的风洞、拟静力及动力等模型试验问题研究中,简单、实用、准确的结构试验简化模型仍是研究的重点。针对现有模型简化方法中非线性力学参数标定复杂、试验可行性不足等问题,提出了一种考虑非线性行为相似的高层结构动力试验模型简化设计方法,将模拟高层结构的弯、剪恢复力模型分解为线性和非线性行为的组合,其中结构非线性行为采用库仑摩擦模型模拟,因其参数简单,具有一定物理意义,可直接适用于缩尺模型动力试验研究中。基于上述理论方法,将弯剪耦合模型和平扭摩擦装置有效结合,提出了用于缩尺动力试验的物理模型设计方法及等效刚度、屈服后刚度和承载力等参数的计算方法,并建立了对应的“层间双剪切、双弯曲弹簧”力学计算模型,可通过模型试验结果较好地预测原型结构弹性及非线性阶段的动力响应。以某高层结构为例,通过数值模拟和振动台试验验证了该方法的准确性和可行性。

基于混合预训练语言模型的中文词汇简化方法

针对中文词汇简化(Chinese lexical simplification,CLS)任务缺乏关注的问题,提出一种基于混合预训练语言模型的CLS方法。采用回译策略构建一个大规模复述语料,首次实现基于复述模型的CLS方法;在实现当前最优的4种CLS方法的基础上,提出一种基于顺序的多数投票机制,以选择最佳的替换词。实验结果表明,与基线方法相比,混合方法优于其他所有单一方法,其简化准确性得以显著提升。

黄金矿山岩体质量分级知识库与PLS简化预测模型

针对黄金矿山工程岩体特征,分析了岩石单轴抗压强度、RQD值、节理结构面状态、节理结构面间距、地下水状态、节理结构面方向对工程影响和地应力值这7个主要因素对岩体稳定性的影响,对7个指标进行修正,建立了地下矿山M-RMR岩体质量评价指标体系。采用M-RMR岩体质量评价指标体系划分了焦家金矿直属矿区、寺庄矿区和望儿山矿区工程岩体质量等级,建立了焦家金矿地下矿山岩体质量与其影响因素的神经网络知识库模型,达到了焦家金矿工程岩体质量智能分级的目的。为简化M-RMR指标体系中指标数量,更利于实际应用,采用变量投影重要性指标VIP对7个指标所携带信息量的大小进行排序,并逐个删除不重要的指标,利用单因变量的偏最小二乘回归方法(PLS1)建立了精简指标的简化预测模型。简化预测模型可使用较少的评价指标对岩体质量给出准确的分级,具有实际使用价值。

基于遗传算法的气体爆炸化学反应简化模型及其应用

针对火焰加速和爆燃转爆轰数值模拟中由于总包反应机理的化学反应刚性导致的时间步长小、计算效率低等问题,提出了一种通用的气体燃料爆炸化学反应模型简化方法.建立了基于遗传算法的简化反应模型Arrhenius参数寻优设计方法,使简化反应能够得出与详细反应机理量值相近的火焰特征参数,最大误差不超过5%;在此基础上,将构建的简化反应模型与多组分反应流体Navier-Stokes方程进行耦合,采用大涡模拟方法实现气体燃料爆炸化学反应过程的高效精确模拟.以开敞空间的氢气爆炸过程模拟对提出方法进行验证,仿真及实验对比结果表明,提出的方法能够以较高的效率和精度对实际物理过程进行近似,弥补详细反应机理仿真效率过低的不足,对各类气体爆炸化学反应过程具有较好的适应性.

基于高阶剪切变形理论的功能梯度板自由振动分析简化模型

基于高阶剪切变形理论提出了一种功能梯度板自由振动分析的简化模型,该简化模型最显著的特点是适用于功能梯度板的振动分析,且不需要剪切修正。相比于其他具有更多未知变量的剪切变形理论,本文提出的简化模型只包含一个控制方程,极大地减少了计算量。基于该简化模型研究了功能梯度矩形板在简支边界条件下的自由振动,并与其他已有文献进行了比较。结果表明,本文提出的简化模型在分析功能梯度板的自由振动行为时简单且精确。此外,文中还通过多个数值算例分析讨论了不同的梯度指数、长宽比和边厚比对功能梯度板自由振动行为的影响。

水下机器人艇-桨-舵动力学模型简化方法分析

为了降低水下机器人动力学模型的复杂性,提升计算效率,基于最小绝对值收敛和选择算子(LASSO)算法的特征选择方法,通过去除潜艇标准运动方程中影响较小的水动力系数实现动力学模型简化。简化后动力学模型的拟合结果与计算流体力学(CFD)仿真计算结果高度一致。结果表明,简化动力学模型可有效提升计算效率。研究成果可为水下机器人的动力学建模及模型简化提供一定参考。

基于构网型控制策略的直驱型风力发电机简化模型研究

直驱式风力发电作为当前风力发电的普遍形式,随着其容量的增加,将导致受端电网有效惯量不断减少,呈现弱阻尼特性,增加电力系统运行风险。直驱风电场柔直并网过程中采用具有主动支撑能力的构网型控制逐渐成为研究主流,但因其控制技术、工程应用尚处于研究阶段,需要先在仿真软件中进行测试。构网型直驱风电场并网系统需要考虑大量风机的运行特性,多台机组的接入导致仿真运行环境复杂,硬件在环系统的算力不足以达到多台机组的详细仿真要求。为减小计算压力,寻找更适合风电场并网研究的仿真模型,针对构网型控制下的直驱风机机组详细模型进行简化,采用受控电流源替代风机机侧模型的方法,进一步节省计算机算力,从输入功率/直流电压/交流电压波动3个方面进行模型对比,从模型响应曲线误差和仿真耗时2个角度对详细模型及简化模型进行评价。仿真结果表明,简化模型可以反映风电机组网侧的功率输出特性,在节省仿真耗时上具有明显优势。