新型圆筒式电涡流阻尼器性能优化及试验研究

为了有效抑制输电铁塔钢管构件的涡激振动问题,设计了一种基于电涡流原理被动抑制的新型径向充磁圆筒式电涡流阻尼器。首先,提出了四种磁路的设计方案,分析了静态磁场的气隙密度分布,并采用瞬态分析方法,讨论了不同方案对阻尼器阻尼系数的影响;最后提出了四种导体的设计构型,并对导体构型进行优化。针对最优构型的阻尼器,搭建了新型径向充磁圆筒式电涡流阻尼器在简谐载荷激励下的试验模型,通过试验与仿真的对比,验证了仿真结果的可靠性,且随着振动频率的增大,阻尼系数有减小的趋势。以期新型径向充磁圆筒式电涡流阻尼器能为输电钢管塔涡激减振提供初步参考。

多维地震作用下结构的瑞利阻尼系数实用计算方法

瑞利阻尼模型广泛应用于结构的多维抗震计算中,阻尼系数计算方法影响地震响应。因此,有必要对多维地震作用下结构的瑞利阻尼系数实用计算方法进行研究。首先,基于单维地震激励应变能时程响应,求得任意阶振型对应应变能响应的最大值,并结合完全平方和平方根(Complete Quadratic Combination,CQC)振型组合方式,得到单维地震激励应变能响应计算方法。在此基础上,利用平方和平方根(Square Root of Sum of Square,SRSS)多维组合方法和等价处理,构建振型阻尼比变化量平方的新型权重因子,并提出了瑞利阻尼系数实用计算方法。分别以带楼板的塔式结构和不带楼板的K8单层球面网壳结构为例,对瑞利阻尼系数实用计算方法和已有基于应变能响应阻尼系数算法进行了比较。结果表明:应用瑞利阻尼系数实用计算方法求得的各类结构的节点位移和杆件内力误差均较小,且计算效率更高;所提出的瑞利阻尼系数实用计算方法是合理的,可应用于结构多维抗震计算。

柴储微电网虚拟惯量和阻尼系数可行域分析方法

采用虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)技术的储能系统能够有效提升高比例新能源接入的独立柴储微电网的惯量及频率稳定性。首先推导基于VSG的柴储微电网简化频率分析模型;在此基础上,提出一种储能VSG虚拟惯量与阻尼系数的可行域分析和设计方法。该方法计及VSG最大输出功率与能量约束,保证系统满足频率最低点等基本频率稳定指标约束,并有针对性地考虑阻尼比或VSG等效功率平滑时间等定制化动态性能需求。此外,针对柴储微电网在扰动初期出现的功率振荡现象,建立计及线路阻抗的稳定性机理分析模型,并提出基于虚拟阻抗的振荡抑制策略。最后,搭建了1台50kV·A柴油发电机和1台50kV·A虚拟同步机构成的仿真和实验平台,验证所提方法的有效性。

海域地震动竖向加速度反应谱阻尼修正系数

该文提出了一个用于调整5%阻尼比海域地震动竖向加速度反应谱的阻尼修正系数(Damping modification factor,DMF)模型。基于S-net台网的5680条海底竖向地震动记录,利用DMF比值和Z检验分析了地震类型对DMF的影响,提出了考虑阻尼比和谱周期的DMF模型,与陆域DMF模型进行了对比,并获取了不同阻尼比下的竖向加速度反应谱,最后对残差及标准差进行分析。研究表明:地震类型对DMF的影响可以忽略;可用三次多项式模拟阻尼比对DMF的影响;由于海域地震动特性导致海陆DMF模型之间差异显著;阻尼比能够影响5%阻尼比反应谱1倍标准差的谱值;残差分析表明可引入矩震级、断层深度和震源距改善DMF模型的拟合度。该文提出的海域地震动加速度谱竖向DMF模型,为海域工程多阻尼抗震设计谱的确定提供了参考。

基于改进粒子群算法的阻尼惯量自适应控制策略

针对传统虚拟同步发电机控制策略存在暂态调节时间长及稳定性差等问题,提出一种基于改进粒子群算法的阻尼惯量自适应控制策略。首先,通过分析系统受扰动后功角特性,提出阻尼惯量自适应控制策略;然后,利用改进粒子群算法选择控制策略初始值,给出关键参数的选取原则及具体范围;最后,通过与现有控制策略进行对比,分析不同惯量及阻尼下对系统影响并验证控制策略的优越性。结果表明,该策略可有效提高系统稳定性及动态响应性能。

空间结构用微振动控制阻尼器动态特性测试

空间桁架是有效载荷的常用支撑结构,由于有效载荷的振动敏感性,为保证有效载荷的在轨性能,保持桁架结构的稳定性,需要对桁架结构的低频振动进行抑制。液体阻尼器具有良好的阻尼性能,常用于卫星结构的振动抑制。对液体阻尼器的动态特性进行了理论分析和试验研究,使用激振器进行激励加载,获取了输入加速度和输出动态力的关系,求解了阻尼器的动刚度及阻尼系数。测试结果表明,该阻尼器可实现较大范围的阻尼系数,阻尼系数较未充液增加10倍以上,具有低频大阻尼、高频小阻尼的特性,可满足空间桁架结构减振需求,对空间结构的振动控制具有较强的工程意义。

海域地震动水平加速度反应谱阻尼修正系数

为估算不同阻尼比海域工程结构的反应谱,研究了海域工程反应谱的阻尼修正系数(D_(MF))模型。基于S-net台网的5680条海底水平向地震动记录,分析了矩震级、断层深度和震源类别等震源参数,以及震源距和沉积层厚度对D_(MF)的影响,提出了考虑阻尼比和谱周期的海域地震动水平加速度反应谱DMF模型,并与陆域模型进行了对比。研究表明:矩震级和震源距对D_(MF)影响显著,低阻尼D_(MF)随矩震级和震源距增大而增加,高阻尼D_(MF)随之增大而降低,而D_(MF)受断层深度和沉积层厚度的影响不显著;与陆域研究不同,在低阻尼中长周期时海域地震动的浅地壳和上地幔地震的D_(MF)略大;谱周期大于0.1s时和小于0.1s时,可分别用三次和二次对数多项式模拟阻尼比对D_(MF)的影响,谱周期的影响可分别用四次和三次多项式表示;海域D_(MF)模型与陆域模型差异显著,海域D_(MF)模型更能合理预测不同阻尼比的海域地震动反应谱,提出的海域地震动反应谱D_(MF)模型为海域工程多阻尼抗震设计谱的确定提供了参考。

考虑瓦块子结构的可倾瓦轴承广义完整动特性系数研究

针对因忽略瓦块子结构动力学特性而导致常规8系数无法分析瓦块摆振特性及其稳定性的问题,提出考虑瓦块子结构的可倾瓦轴承广义完整动特性系数表征方法。以瓦间承载的四瓦可倾瓦轴承为研究对象,采用差分概念法计算了其广义完整动特性系数,利用线性和非线性方法计算得到的小扰动响应对比验证了计算模型的正确性,研究了轴承结构参数和运行工况对可倾瓦轴承动特性系数的影响规律。研究结果表明:承载瓦的稳定性高于非承载瓦;重载工况下非承载瓦易发生失稳故障;转速过高会降低转子轴承系统的减振能力;存在一个最佳支点系数可以使各瓦块的角刚度最大;增大长径比、预载荷系数和瓦包角,减小轴承间隙比可以提高轴承的刚度系数、阻尼系数以及各瓦块的角刚度系数、角阻尼系数,轴承间隙对动特性系数的影响最显著。

具变系数和弱阻尼的非局部高阶波方程的长时间动力学行为

研究具变系数和弱阻尼的非局部高阶波方程的渐近行为。通过合理的先验估计及经典Galerkin方法,证明方程整体解的存在唯一性;根据先验估计引理,得到有界吸收集。结果表明,当变系数a_((x))≥a_(00)>0时,该类方程存在整体吸引子族。

带通海减动结构的圆筒型FDPSO阻尼系数计算

在计算带通海减动结构浮式钻进生产储卸油装置(FDPSO)的垂荡阻尼系数时,由于通海孔尺寸比整体结构尺寸小很多,在数值分析时会出现网格划分复杂、计算量增加、计算结果存在较大误差等问题。本文提出用无通海孔FDPSO代替有通海孔FDPSO计算垂荡阻尼系数的研究思路,并通过理论推导和计算证明了这种思路的可行性。首先,利用基于三维势流理论的水动力计算软件Ansys-Aqwa,建立有通海孔FDPSO和无通海孔FDPSO结构模型,通过频域分析法,计算有通海孔和无通海孔FDPSO的等效垂荡质量(排水量与附加质量之和)。计算结果表明,同尺寸的有通海孔和无通海孔FDPSO的等效垂荡质量和固有周期相等,通过FDPSO运动理论可知,通海孔对分析FDPSO的垂荡阻尼系数的影响较小,可用无通海孔FDPSO代替有通海孔FDPSO来计算垂荡阻尼系数。以1∶77.8的缩尺比建立无通海孔FDPSO的缩尺模型,利用基于三维粘流理论的水动力计算软件STAR CCM+计算分析其垂荡自由衰减运动,根据自由衰减运动时历曲线计算其垂荡阻尼系数。

俯冲带板间地震竖向加速度谱的阻尼修正系数模型

我国台湾省和南海东部地区处于地质构造复杂和地震频发的俯冲带区域,这一地区的结构抗震设计影响着该地区的开发建设进程。为建立适用于该地区的俯冲带板间地震竖向加速度谱的阻尼修正系数模型,本文选用日本K-NET与KiK-net台网的3552条俯冲带板间地震记录,分四类场地建立以阻尼比和谱周期为参数的阻尼修正系数模型,并分析其它未纳入模型的参数对误差的影响。结果表明:采用阻尼比对数的三次多项式表达式即可实现良好拟合;模型在短周期内的误差主要受场地效应与路径效应影响,在长周期和高阻尼比时误差主要受震源效应影响;分场地建立阻尼修正系数模型可有效降低场地效应产生的误差。本文的研究成果可用于求解俯冲带地区无震源效应与路径效应的竖向设计反应谱。

俯冲带板间地震竖向位移谱阻尼修正系数研究

建立包含阻尼比和场地项的阻尼比修正系数模型,用于无特定震级和断层距离条件下计算不同阻尼比的竖向位移谱,可为俯冲带地区抗震设计提供理论参考。文章收集日本KiK-net和K-NET台网数据,并处理了原始数据,得到了俯冲带板间76次强震的3552条竖向地震数据,建立了俯冲带板间地震竖向位移谱阻尼比修正系数(Damping Modification Factor,DMF)模型,考虑了13个阻尼比和34个谱周期以及场地条件,可用于无特定震级和断层距离条件下非5%阻尼比竖向位移谱的计算。结果表明:地震类别和场地条件对DMF有着显著影响;对于大部分谱周期,事件间与场地间的标准差比场地内的小,说明震源效应模拟效果优于路径等效应模拟效果,而场地效应模拟效果介于震源效应和路径效应之间;模型残差分布与矩震级、断层深度及断层距离显著相关,表明需在DMF模型中加入相关参数项进一步优化。所建模型与XH2019模型对比分析后发现,对记录按地震类别和场地类别分类后的模型拟合程度较好,模型形式更加合理。

具有阻尼系数的陷波滤波器设计分析

陷波滤波器(简称陷波器)是带阻滤波器(Band Elimination Filter,BEF)的一种。传统的陷波器由于其传递函数分子项无阻尼系数,是“单点滤波”,存在较大的使用局限性。因此,很少在控制系统设计中被采用。相反,具有阻尼系数的陷波器在控制系统中得到了广泛的应用。本文叙述了具有阻尼系数陷波滤波器的传递函数特点,并以此为基础,创新性地提出了多种构建型电路设计,主要有“双T型”、“基于带通滤波器”、“基于低通滤波器”、“基于传统陷波器改进型”等。以“基于带通滤波器”电路为例,给出了传递函数表达式及相关参数计算等,为这方面的电路设计提供了较为重要的设计参考。

一种宇航轴向电涡流阻尼器的研究设计与试验

相比于传统阻尼器,电涡流阻尼器具有结构简单、寿命长、非接触、无摩擦、无磨损等优点[1],在振动控制领域方面未来具有很好的应用前景。在电涡流阻尼器设计时,最关键的阻尼器特性需要在永磁体厚度、导体材料及导体长度等体积和重量约束条件下不断优化迭代获得的最优结果才有意义。本文针对某宇航领域使用的阻尼器任务需求,采用Ansoft软件二维瞬态磁场分析和结构约束条件,提出一种空间结构紧凑的双弹簧片结构电涡流阻尼器方案,并重点分析对永磁体厚度、导体材料、导体长度以及铜磁间隙等相关参数与阻尼系数之间的变化规律,获得阻尼系数最优的阻尼器,同时进行了弹簧片形状和刚度设计。最后,根据相关理论分析和设计后采用半功率带宽法获得阻尼器的阻尼比、一阶固有频率和阻尼系数,并通过了刚度试验和寿命试验,最终符合任务要求。

智能电网低频振荡均匀阻尼控制研究

低频振荡会破坏电气设备,严重的会导致智能电网的崩溃,传统控制方法在参数调节方面存在不足。为此提出智能电网低频振荡均匀阻尼控制方法。应用Prony算法辨识低频振荡模态,提取模态信息,深入分析低频振荡共振机理,选取低频振荡抑制设备(PSS),计算PSS的等值阻尼系数,合理调节PSS参数,再通过多台PSS的协作实现了智能电网低频振荡的均匀阻尼控制。实验数据表明:所研究方法有效地缩短了低频振荡抑制设备参数调节时间,增大了不同低频振荡模式的阻尼比,应用效果较好。

多档阻尼可切换式半主动悬架控制算法及其优化研究

针对汽车可切换阻尼半主动悬架提出了一种控制方法,并应用基于微元法的二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对非线性半主动悬架控制律进行了设计及优化。首先,考虑悬架的非线性弹簧和非线性阻尼的影响,建立了非线性车辆半主动悬架系统模型,采用微元法对车辆性能进行仿真分析。然后,采用NSGA-Ⅱ算法对悬架在不同运动状态下的阻尼系数进行寻优,设计了一种多档阻尼可切换的半主动悬架控制算法。研究结果表明,与被动悬架相比,所设计的可切换阻尼悬架可明显提高车辆的总体性能。为说明该算法的有效性,与经典的on-off天棚控制半主动悬架也进行了比较,证明该算法进一步改善了乘坐舒适性。该研究为非线性悬架阻尼优化提供了一个可行的方法,可为多档可切换阻尼半主动悬架设计提供有益参考。

微网逆变器的VSG转动惯量和阻尼系数自适应控制

近年来随着微网及分布式发电的快速发展,适用于微网并离网运行的虚拟同步发电机(VSG)控制技术被提出。VSG在下垂控制的基础上进一步模拟了同步发电机的转动惯量和阻尼系数。和下垂控制相比,VSG的响应特性得到了进一步的提高,但无法同时保证频率和功率的动态调节性能。针对该问题,对VSG离网工况下的输出频率和并网工况下的输出功率进行了自适应控制。首先,做出不同转动惯量和阻尼系数下的有功环根轨迹,并结合VSG转子机械方程分析转动惯量和阻尼系数对系统的影响,通过建立转动惯量和阻尼系数的自适应函数关系来对VSG实现自适应控制。最后在MATLAB/Simulink中搭建容量为20kVA的VSG自适应控制模型,并搭建了20kVA容量的VSG实验平台,仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性和正确性。

虚拟同步发电机转动惯量和阻尼系数协同自适应控制策略

虚拟同步发电机(VSG)控制将同步电机的转动惯量和阻尼系数引入到逆变器的控制中,改善了系统频率响应特性,增强了微电网抗干扰的能力,但是牺牲了一定的动态调节性能。在此基础上,提出了一种VSG转动惯量和阻尼系数协同自适应控制策略。建立VSG的数学模型,分析各参数对系统输出特性的影响;在VSG控制的基础上引入转动惯量和阻尼系数协同自适应控制策略,并给出相应参数变化情况下的稳定性分析;通过MATLAB/Simulink仿真对比定参数VSG控制与转动惯量和阻尼系数协同自适应控制策略的控制效果,验证了所提控制策略的可行性和有效性。

不同循环加载条件下岩石阻尼比和阻尼系数研究

为了合理地描述岩石的阻尼行为,提出了考虑轴向和环向阻尼振动的岩石阻尼参数计算方法;通过动循环荷载、分级循环荷载和常幅循环荷载试验,对比分析了这3种不同应力路径下砂岩、砾岩及砂砾岩的阻尼特性,得到了阻尼参数对应力幅值、应变幅值的响应特性,揭示了常幅循环加载过程中阻尼比和阻尼系数随循环次数的演化规律;从熵守恒和能量守恒定律出发,建立了岩石阻尼比随循环次数演化的经验模型。结果表明:(1)动荷载下岩石的阻尼比与轴向应变幅值成线性递增,而阻尼系数恰好相反;分级循环荷载下岩石的阻尼参数都随应力幅值成线性递增。(2)疲劳破坏门槛值是岩石耗散能和阻尼比演化规律发生变化的分界点,在应力上限高于疲劳破坏门槛值时,耗散能、阻尼比及阻尼系数随循环次数都呈3阶段的变化规律,演化曲线呈半U型;在应力上限低于疲劳破坏门槛值时,呈现2阶段的发展规律,演化曲线呈L型;(3)通过砂岩的阻尼比试验,验证了所建模型能够描述砂岩在常幅循环荷载过程中阻尼行为。

动压气体轴承的动态刚度和动态阻尼系数

采用偏导数法求解动压气体润滑Reynolds方程,给出动压气体轴承动态刚度和动态阻尼系数普遍适应的计算方法。进行有限元数值仿真,计算动压气体轴承的动态刚度和动态阻尼系数,并重点研究轴颈扰动频率和不同轴颈扰动频率下的轴承静态载荷及轴承数对这些系数的影响。从理论上解释动压气体轴承的动态刚度和动态阻尼系数与轴颈扰动频率的密切相关性。