基于精确Cosserat模型的柔性线缆物理特性建模与变形仿真技术

复杂机电产品中柔性线缆敷设时空间位姿和形态易发生变化,从而导致线缆在敷设过程中线缆取样信息不准确,严重影响线缆敷设效率.为此,提出一种基于精确Cosserat模型的柔性线缆物理特性建模与变形仿真方法.该方法针对线缆大变形特性,先建立线缆活动标架和线缆参数化模型,并分析线缆的空间演化过程;其次对线缆空间位姿和形态进行描述,综合考虑线缆的几何特性和物理特性建立了基于精确Cosserat模型的线缆物理特性模型,构建出柔性线缆的动力学平衡方程;最后对模型进行数值积分求解,模拟线缆在敷设过程中的变形过程.文中设计并开发了相应的柔性线缆布局仿真原型系统,并通过实例对文中方法进行了验证.

基于精确Cosserat模型的螺旋杆稳定性分析

弹性杆的螺旋线平衡问题在DNA、纤维、海底电缆和输油管线等方面具有应用背景.Kirchhoff动力学比拟是分析弹性细杆平衡稳定性的有效方法.Kirchhoff模型中包括中心线无拉伸变形和截面无剪切变形的基本假定与生物大分子等软物质的实际状况有较大差异.基于精确Cosserat模型,考虑中心线的拉伸压缩变形和截面剪切变形,以及剪切变形引起杆中心线转动导致切线轴相对截面法线轴的偏离,以Euler角表达截面姿态,建立圆截面弹性杆的动力学普遍方程.在静力学范畴内讨论螺旋线平衡状态的Liapunov稳定性和Euler稳定性问题,导出稳定性条件及轴向力和扭矩的Euler临界值.证明螺旋杆平衡的静态Liapunov稳定性和Euler稳定性条件是动态Liapunov稳定性的必要条件.

智能配电网指标的精确预测模型及工具

针对智能配电网指标预测精确性不高的问题,提出智能配电网指标精确预测模型工具。在确定智能配电网指标评价的基础上,先采用专家法和鱼骨图模型对其内外部多个维度进行数据挖掘;再使用偏最小二乘法-变量投影重要性分析法计算各影响因素的VIP值以准确衡量其对指标影响程度,实现影响因素的降维;接着建立基于系统动力学模型的仿真模型,设置边界条件、进行变量分析,计算指标的预测值并使用历史大数据对预测结果的正确性和精确性进行验证;模型得到验证后,便可对指标进行未来年份的预测。最后通过案例证明所提方法的有效性。

声波测井成像图中的反射体自动精确识别

针对声波测井成像图噪声多、图像模糊导致的反射体自动识别困难、依赖专家识别、费时耗力等问题,提出反射体自动识别方法。通过高斯混合模型将像素点按颜色进行聚类,拆分为多通道子图,筛选有效子图进行组合;基于局部连通性进行粗降噪;以连通区域内像素点数量为基准进行精细降噪,最终完成反射体区域的像素级精确识别。整个过程完全自动化,在油田开发所用声波成像图上进行实验,实现反射体区域像素级精确识别,极大地提高了开发效率。

基于自适应参数辨识的PMSM精确模型MTPA控制

为了减小参数变化对永磁同步电机(PMSM)最大转矩电流比(MTPA)控制策略的影响,结合优化的电机模型,提出了一种在线参数辨识的方法。考虑磁路饱和及铁耗对电感参数的影响,对传统的电机模型进行优化,建立了电机运行参数的精确模型;同时将其作为参考模型,结合模型参考自适应算法进行电感参数辨识,从而实现在线MTPA控制。仿真与实验结果表明,该方法能够实现电感参数的高精度在线辨识,达到实时更新和跟踪MTPA轨迹的目的,提高了系统的鲁棒性和动态响应速度。

多信号模型下精确干扰波形设计方法研究

精确干扰是电子战领域的新概念,核心思想是通过集群无人机将干扰功率高效、精确地投送至目标设备,且不影响友邻设备的正常工作。然而,当前的窄带波形设计方法无法精确控制目标区域内的最低合成功率,在实际中难以实施有效干扰;而现有的宽带波形设计方法的计算效率较低。为了解决上述问题,分别针对窄带和宽带信号模型提出2种精确干扰波形设计方法。在窄带波形设计方法中,以最小化友邻区域的最大合成功率为目标,并将目标区域的最小合成功率高于给定阈值作为约束条件,以半定规划方法求解波形协方差矩阵;在宽带波形设计方法中,首先将波形的四次目标函数降为二次,然后以交替最小化方法进行求解。仿真实验表明,提出的窄带波形设计方法较现有算法具有更好的干扰有效性,宽带波形设计方法具有更高的计算效率。

基于信息模型的核电站数字化布置设计研究

引言。基于信息模型的核电站数字化布置设计在设计深度、设计准确性和对工程量的精确控制方面具有较大优势。核电站复杂的系统若能精细地考虑设备和管道的布置空间,就可以满足设计、施工、调试、运行、检修和核电站退役整个生命周期的各项要求。借助三维布置协同设计平台,对核电站进行全三维、数字化建模设计,实现零碰撞精确布置,适应工程总体设计和布置。同时,考虑到核电站特殊的放射性安全要求,合理的数字化布置更为重要。

基于Cosserat理论的柱状节理岩体各向异性本构模型研究

针对白鹤滩柱状节理岩体的各向异性力学特性,引入三棱柱和四棱柱概化模型,采用Cosserat理论和Goodman当量叠加原理,基于一组节理岩体的微观介质体,得到其Cosserat扩展介质本构关系;然后将其用节理法向刚度和切向刚度简化处理,并叠加到空间三维Cosserat介质本构关系中,建立宏观意义上的四棱柱和三棱柱柱状节理本构模型;最后基于FLAC3D,将Cosserat各向异性本构模型用于白鹤滩柱状节理岩层隧道开挖数值模拟中,并对比分析各向同性和各向异性条件下围岩开挖各阶段应力–应变的差异及对工程的影响。相比各向同性本构模型,Cosserat各向异性本构模型3个方向上的应力相差较大,更能反映工程实际,对工程优化设计有着重要的意义。

层状盐岩体三维Cosserat介质扩展本构模型的程序实现

对层状盐岩体内的油(气)储存硐室进行稳定性计算时,如何选用恰当的本构模型来反映层状盐岩体的特点是至关重要的。针对我国大多数盐矿为多层盐岩的地质构造特征,基于宏观平均意义下的考虑细观弯曲效应的三维Cosserat介质扩展本构模型,结合FLAC3D软件的主要计算思路,使用VC++平台开发了该模型的FLAC3D接口程序,并编译成动态链接库DLL文件。经算例验证,该程序的计算结果可靠,不仅可以考虑不同力学特性的岩层先后破坏引起复合体单元的渐进损伤破坏,而且引入了夹层体积含量等统计参数后可大大节省单元网格数量,为大型层状岩体内的地下硐室稳定性数值模拟计算奠定了基础。

层状盐岩体的三维Cosserat介质扩展本构模型

考虑到深部地下岩土工程一般是较复杂的三维问题,在层状盐岩体二维Cosserat介质扩展本构模型基础上,针对不同岩层交替而成的互层盐岩体,建立了宏观平均意义下考虑细观弯曲效应的三维Cosserat介质扩展本构模型,并给出了模型的初步试验验证。该模型既能分析硬(软)夹层对层状盐岩体刚度的强化(弱化)作用,又能考虑由于夹层的存在而导致的层状盐岩构造体宏观意义下力学特性的各向异性,为层状盐岩体及其他层状介质变形和破损分析提供了一种新的思路和方法。该模型可直接推广到非线性问题。结合数值分析软件可进行层状介质体内复杂洞室稳定性分析。

基于RCSODS的直播水稻精确施氮模拟模型

遵照“因天、因地、因苗精确施肥”的原则 ,将江苏省农科院研制的 RCSODS(水稻栽培模拟优化决策系统 )改造为适合“上海精准农业园区”的直播水稻精确施 N模拟模型。该模型利用园区的土壤空间信息资料 ,首先可确定不同小区的土壤供 N量 (N Sj) ;然后根据产量目标 ,可确定各小区的水稻需 N量 (N Rj) ,进而确定施 N量的初值 (N Ij) ;将 N Ij输入经改造的 RCSODS,可模拟不同小区各生育阶段的 L AI动态 ,以之与同期适宜 L AI指标作比较 ,可进一步决定水稻的长势因子 (FG) ;最后 ,以 FG对水稻施 N量的初值进行订正 ,即可确定不同小区适宜的施 N量。检验结果表明 :该模型有较好的模拟精度。

基于精确模型的斜齿轮接触应力有限元分析

在 Pro/ E中通过实例阐述了斜齿轮的精确建模方法 ,并介绍了具体的设计原理 ,将生成的一对齿轮进行标准安装生成啮合模型。通过 Pro/ E与 ANSYS的数据交换接口 ,把啮合模型的几何数据导入 ANSYS中 ,并转化成由节点及元素组成的有限元模型 ,运用完全牛顿 -拉普森方法进行接触应力的静力学求解 ,并介绍了算法原理。本文充分展示了 CAD与

虚拟装配中基于精确模型的碰撞检测算法

针对目前虚拟装配中由多边形模型引起的碰撞检测准确性低的问题,提出一种考虑公差信息的精确碰撞检测算法.首先进行分层的多边形碰撞检测,获得发生碰撞的多边形;然后基于层次图像数据将发生碰撞的多边形映射到零件相应的几何上;再依据几何的公差信息计算碰撞阈值;最后根据碰撞阈值进行精确碰撞判定.实例验证结果表明,文中算法在保证虚拟装配系统实时性的同时,提高了碰撞检测的准确性.

互层盐岩体的Cosserat介质扩展本构模型

针对由不同岩层交替而组成的互层盐岩体,如含夹层盐岩体,建立一种新的代表单元,考虑具有不同力学特性相邻岩层之间的细观位移协调,建立了宏观平均意义下考虑细观弯曲效应的Cosserat介质扩展本构模型,并对该模型进行了初步的试验验证。该模型为分析层状盐岩体提供了一条新思路:首先利用该模型求得平均意义下的Cosserat应力,然后再回到某材料点,得到传统意义上的各层岩体的不等梯度的甚至非连续的各层介质的应力应变;结合传统的材料强度理论,可以判断某层盐岩体介质是否开始破坏。该模型可直接推广到三维和非线性问题,将为层状盐岩体内硐室稳定性分析提供关键理论基础。

光伏组件精确工程模型及MPP电压范围研究

光伏并网变流器最大功率点(maximum power point,MPP)电压范围的确定是以组件的输出特性研究为基础的。组件的数学模型精确度较高,但涉及到超越方程,求解复杂且输入参数多,不适用于工程设计。简化模型计算过程简单但不能准确表述弱光条件下的组件输出特性。基于对数学模型及简化模型的对比分析,提出了一种精确的工程模型,该模型以数学模型为基准,对简化模型的补偿参数进行拟合修正,同时兼顾精确度与复杂程度。利用MATHCAD搭建仿真模型,将输出结果与数学模型输出进行对比,验证了精确工程模型的准确性。以该精确工程模型为基础,通过分析光照、温度等外界条件对MPP电压的影响,确定了并网变流器最大功率点跟踪工作电压范围,并通过实验验证了结论的正确性。

抽汲井流体渗流力学模型及精确解

在对均质无限大油藏中心一口井抽汲井物理过程描述的基础上 ,建立了抽汲井流体渗流力学模型 ,并在Laplace空间求解出了相应的精确解。通过实例计算表明 ,该模型能描述抽汲井流体的渗流规律 ,可计算抽汲过程中任一时刻的地层压力、井底压力和关井时刻的井底压力 。

基于WebGIS和知识模型的精确农作决策支持系统

在提炼和优化作物管理知识模型的基础上,以WebGIS为空间信息平台,运用软构件技术及B/S分布式网络结构,构建了网络化精确农作决策支持系统。系统实现了基本地图操作、信息查询、差异分析、决策支持、结果展示以及系统维护功能,其中决策支持功能可基于田区土壤肥力和苗情长势差异进行数字化管理方案生成和因苗动态调控。在水稻试验示范区的系统应用结果表明,根据系统推荐的方案进行水稻田间管理,可使该区整体产量水平提高12.16%,肥料施用量减少23.55%,产量变异度下降79.49%。研究结果为实现网络化、数字化、广适性的精确农作决策支持提供了基本平台。

压力相关弹塑性Cosserat连续体模型与应变局部化有限元模拟

提出了一个压力相关弹塑性Cosserat 连续体模型。具体考虑非关联Drucker-Prager 屈服准则,应力和应变速率向量的偏量和球量部分分离,在Cosserat 连续体模型的框架下,推导出压力相关弹塑性Cosserat 连续体本构模型的一致性算法:率本构方程积分的返回映射算法和压力相关弹塑性切线本构模量矩阵的闭合型显式表示。避免了计算切线本构模量矩阵时的矩阵求逆,保证了模型的数值求解过程的收敛性与计算效率。利用所发展的模型和有限元法,对应变软化引起的平面应变问题中的应变局部化现象进行了数值模拟。数值模拟结果表明,所发展的模型能保持应变局部化边值问题适定性、再现应变局部化问题特征:塑性应变局限于局部处急剧发生和发展以及随塑性变形发展的整体承载能力下降等方面的性能。

基于非精确图匹配的CAD模型搜索方法

为了弥补现有的三维CAD模型搜索方法难以搜索到不同近似程度的相似模型的缺陷,提出一种基于面属性化邻接图非精确匹配的CAD模型搜索方法.首先提取CAD模型中的B-rep信息将CAD模型转化为面属性化邻接图;然后计算目标模型与被搜索模型的面属性化邻接图之间的顶点相容程度矩阵和边相容程度矩阵,并由此建立2个模型相似程度的度量作为选择不同顶点匹配矩阵M的优化目标函数;在对匹配矩阵M进行连续化松弛后,运用Sinkhorn行列交替规范化方法求解匹配优化问题.实验结果表明,采用该方法能够搜索到不同近似程度的相似模型;并且由于避免了具有NP复杂性的精确图匹配过程,检索效率也能满足实际要求.

基于精确子域模型的游标永磁电机解析磁场计算

游标永磁电机是一种基于磁场调制原理的新型电磁传动装置,适用于船舶推进、风力发电等低速大转矩的应用场合。准确计算游标永磁电机的磁场分布是设计、优化电磁性能的关键。关于电机解析磁场计算,该文讨论和比较了一极一槽模型和精确子域模型。以表贴式游标永磁电机为研究对象,在气隙子域建立拉普拉斯方程,在槽子域和永磁体子域建立泊松方程,根据分离变量法直接求解。模型建立在二维极坐标下,考虑了径向/平行/Halbach充磁,单层/双层绕组分布,内/外永磁转子结构,可计算电机空载磁场、电枢磁场和负载磁场分布。在解析模型的基础上,求解了气隙磁密分布、空载反电势和绕组电感,相关有限元结果验证了解析结果的准确性。