电厂锅炉实验虚拟仿真系统建设与应用

为开展能动专业核心课程“锅炉原理”的实验教学,校企合作开发了电厂锅炉实验虚拟仿真系统。基于两相流动与辐射对流传热原理构建的仿真系统,由风烟和汽水两大模型构成,严格遵守质量、能量、动量守恒方程。变负荷虚拟实验显示,随锅炉负荷增加,热效率降低、燃料耗量增加。根据辐射传热原理,结合火焰平均温度计算发现:只有炉膛出口烟温增加,才能保证炉膛传热负荷增加,继而抬升排烟温度,导致排烟热损失变大、锅炉热效率降低。锅炉原理实验虚拟仿真,可训练学生运用锅炉本体热力计算原理分析问题的思维,是落实创新能力培养的重要举措。

基于PID的ROV运动控制仿真

针对观察型水下机器人在水下运动时易受暗流、波浪影响,造成操控困难、系统稳定性差等问题,建立遥控水下机器人(Remotely Operated Vehicle,ROV)不同运动的控制模型,考虑电机和导管螺旋桨推进器的传递函数对ROV控制系统的影响,确定定艏向和定深控制系统的闭环传递函数,结合模糊控制和比例积分微分(Proportional Integral Differential,PID)控制法,得到模糊PID控制器,基于MATLAB/Simulink环境进行ROV定深度运动仿真和ROV水平面艏向定偏角运动仿真。结果表明,与传统PID控制相比,模糊PID控制具有更优的ROV定艏向和定深度控制效果,不会发生超调现象,在抗干扰能力和响应速度方面具有明显的优势,可有效地实现ROV定艏向和定深度运动控制。

动物科学与动物医学虚拟仿真实验教学平台的建设与实践

实验教学是动物科学与动物医学专业人才培养的重要组成部分。为了突破生物安全、动物福利、教学成本、实验条件等对动物类实验教学的制约,山东农业大学动物科学与动物医学国家级实验教学示范中心根据教学需求构建虚拟仿真实验教学平台,推动实验教学模式的创新与改革,激发了学生学习兴趣,提升了实验教学水平,实现了教学资源开放共享,提高了人才培养质量。

基于“仿真—半实物仿真—实物”三阶段开发流程的DAB变换器实验探索与研究

该文以双有源桥DC-DC变换器为对象,详细分析了变换器在三重移相调制下的两种数学模型,又基于这两种数学模型提出了对应的电感电流优化控制策略,搭建了包含MATLAB/Simulink仿真平台、StarSim半实物仿真平台和实物平台的三阶段实验平台,在平台中通过实验验证了优化控制策略的可行性和有效性。所设计的三阶段开发流程能够加深学生对电力电子领域相关知识的理解,逐步提升学生的理论分析能力、仿真验证能力和实践操作能力。

检测类专业虚拟仿真实训平台开发研究

本文主要探讨检测类专业虚拟仿真实训平台的开发。采用系统化分析方法,深入探讨虚拟仿真技术的重要性,并阐述了检测类专业虚拟仿真实训平台在提升学生实践能力、提供灵活学习环境及节约资源方面的优势。结合一系列平台功能需求,详细介绍了系统框架设计、虚拟环境构建以及模拟实验实现方面的创新实践,得出了该实训平台具有广泛的适用性和可持续发展性的结论。为了使平台持续优化,提出了互联网技术与在线协同学习整合、引入人工智能技术和强化平台个性化等方面的改进和发展建议。本研究旨在推动检测类专业教育教学模式改革,培养学生的实践能力以适应社会需求。

基于Three.js的大学物理在线仿真实验开发

Three.js是用JavaScript编写的基于WebGL的在线三维场景和动画的开发引擎。为了使学生能在线开展虚拟仿真实验,探索学生线上自主学习和线下课堂学习相结合的实验教学模式,提升学生实操实验课时的有效利用,采用Three.js提供的JavaScript库函数来开发分光计实验和密立根油滴实验等在线虚拟仿真实验。通过该仿真实验,学生能在实验课之前对实验的原理和操作细节有具体了解,从而对实验中遇到的问题进行深入探究,提高实验教学效果。这些仿真实验也可以作为由于其他原因无法实现线下实验的一种替代教学实验方案。以Three.js为开源开发的物理在线仿真实验平台可推广。

天基空间态势感知数据仿真研究进展

空间态势感知(Space Situational Awareness,SSA)数据仿真可以为空间监测设备及态势感知算法(包括空间目标检测、跟踪、识别和表征)的开发、测试和验证提供关键性数据支持,在空间态势感知能力建设中发挥重要作用。本文以天基空间态势感知光学数据仿真为研究对象,给出了SSA数据仿真的研究目的和主要研究内容,详述了SSA光学成像仿真的典型研究方法与过程。介绍了国内外相关工作的研究现状与工作进展,涵盖双目视觉传感器、激光雷达、红外传感器、可见光望远镜和恒星敏感器等不同光学传感系统的成像建模与仿真工作成果。分析了空间态势感知数据仿真研究的发展趋势,为未来SSA数据仿真研究思路与方法提供参考。

虚拟仿真技术在临床麻醉技能教学中的应用

临床麻醉学作为一门跨学科、跨专业的综合性学科,要掌握多个学科的医学知识及独特的临床技能,其中气管插管和心肺复苏是麻醉医学本科生及临床医生必须掌握的基本急救技能,而刚接触临床的医学生难以将理论与临床实践相结合。近年来,越来越多的医学院校将虚拟仿真技术应用于医学教育中,而该文发现将虚拟仿真技术应用到临床麻醉技能教学中具有明显优势:一方面可利用虚拟仿真技术打造该专业的临床技能教学资源库,比如构建人体解剖三维模型、技能操作的视频录制、演示及培训;另一方面有助于提高学生学习的兴趣和积极性,并提高临床麻醉技能教学的质量与效率,此外,还可以节约教学模型及耗材,具有可重复利用、缓解教学资源紧张等优点。由于虚拟仿真技术对经济条件、硬件设备及师资条件要求较高,笔者团队将不断创造这些必备条件并继续探索、研发麻醉学基本技能虚拟仿真训练系统,通过该系统虚拟不同临床真实病例情景,让学生在虚拟环境中学习和实践,突破时间和空间的限制,营造安全的实践教学环境。相信在当前信息智能化技术时代背景下,运用虚拟仿真技术是医学实践教学发展的必然方向和必由之路。

无人集群博弈对抗系统仿真验证及决策关键技术综述

无人集群博弈对抗是一种新兴的作战样式,在智能化战争扮演着至关重要的作用,其核心是自主生成博弈对抗决策序列,为集群“赋能”。分析了无人集群博弈对抗系统仿真验证的进展;从基于专家系统和博弈论的技术、基于群体智能和优化理论的技术,以及基于神经网络和强化学习的技术三个方面论述了自主决策关键技术,以及课题组在自主决策上开展的相关工作;提出了无人集群博弈对抗的发展方向。

雷达制导半实物仿真目标速度控制算法优化

针对末制导雷达半实物仿真试验中回波模拟质量问题,分析了时统不一致对回波模拟信噪比的影响,通过改进的中值滤波算法,优化了射频仿真系统中目标速度控制算法,有效消除了重帧、丢帧对回波信号的影响,大大提升了回波信噪比,保证了射频半实物仿真系统仿真结果的可信度。

基于DEM-MBD耦合的液压挖掘机动力学仿真分析

在实际工况下,液压挖掘机工作装置受到的载荷较大且具有强时变性,因此工作装置各组成杆件及液压缸较易出现各种形式的失效。针对以上问题,选取某型号液压挖掘机作为研究对象,根据液压挖掘机工作装置实际挖掘物料工况,利用多体动力学软件ADAMS建立液压挖掘机虚拟样机模型并利用离散元软件EDEM建立物料模型。通过DEM-MBD耦合仿真分析方法,对液压挖掘机工作装置进行动力学仿真分析,主要获取挖掘物料过程中铲斗受力变化曲线、不同时刻铲斗受力云图,通过对其分析,能够获取铲斗在挖掘作业过程中受力变化情况,为铲斗的有限元分析、优化设计提供理论依据。

高温超导直线同步电机电磁力仿真与实验研究

无铁芯超导直线同步电机(superconducting linear synchronous motor,SLSM)具有推力密度高、工作气隙大等优势,是超导磁浮列车的动力核心。由于会不可避免地受到弯道、道岔、横风和电源谐波等因素的影响,磁浮列车在运行过程中将发生多自由度运动,使电机次级姿态发生滚转或偏移,致使超导直线电机的电磁力性能发生改变,进而影响列车的运行稳定性。针对多变电机次级姿态下高温超导直线同步电机的三维力特性展开研究,首先分析悬浮车体多自由度运动对直线电机次级姿态的影响,并建立计算SLSM三维电磁力的有限元模型;其次,通过搭建超导同步直线电机样机,实验验证模型的有效性;最后,基于该模型研究无铁芯SLSM次级在发生横向偏移、法向偏移、侧滚、俯仰以及偏航条件下的三维电磁力输出特性及其变化规律,为超导磁浮列车运行性能优化提供了理论依据。

水下无人航行器高速航行下的运动特性及仿真控制研究

水下无人航行器具有水下活动范围大、机动性好优点,主要用于大范围地形地貌勘探,水下高速长航程航行时,水下航行器运动特性和姿态控制是研究重点。本文建立水下航行器垂直面航行运动模型,分析高速航行下的运动特性。为保证高速航行高效稳定,提出PID方法控制纵倾和滑模方法控制深度的组合控制策略。通过仿真试验,开展高速航行运动仿真研究。研究结果表明,在高速航行下,水下航行器会产生一定纵倾,且随着航速增加,纵倾影响会越大,高速状态放大了水下航行器外形上下轻微不对称的特性,诱导产生的垂向水动力及力矩增大,进而引起纵倾;在高速航行条件下,水下航行器能稳定保持定深度长距离航行,控制策略具有很好的适用性。

光伏电池正向电流注入下的电流集边效应仿真分析

针对光伏电池在正向电流注入条件下,电极表面电流分布及电池表面温度分布情况,采用COMSOL Multiphysics仿真软件对光伏电池进行建模仿真。建立三维光伏电池模型,通过数值模拟光伏电池在大电流正向注入情况下的载流子输运过程,求解载流子电流密度沿主栅方向分布。仿真结果表明:由于电池片内部载流子的横向输运过程,细栅边缘处横向电流密度达到峰值,且总电流密度向细栅、主栅方向集中;随着外加电压的增大,电池片表面的温度也不断升高,且表面温度最高点集中在次主栅根部,理论求解出最大允许正向电压阈值。

电动汽车行驶稳定性模型预测控制仿真研究

为了提高电动汽车行驶的稳定性,提出了一种集成的汽车和车轮稳定性控制系统,并对汽车行驶的稳定性控制效果进行仿真。创建电动汽车模型简图,给出电动汽车动力学方程式。采用模型预测控制技术,设计了一种集成的汽车和车轮稳定性控制器。采用MATLAB软件对电动汽车横摆角速度、行驶速度和侧滑角进行仿真,与无模型预测控制器输出结果进行对比。结果显示:采用无模型预测控制器,电动汽车横摆角速度、行驶速度跟踪误差较大,振动幅度较大,产生的侧滑角较大。采用模型预测控制器,电动汽车横摆角速度、行驶速度跟踪误差较小,振动幅度较小,产生的侧滑角较小。采用模型预测控制器,能够提高电动汽车行驶的稳定性,避免汽车在突然转弯时发生侧翻现象。

基于ProE的联合收割机二级齿轮减速器仿真分析

针对联合收割机二级齿轮减速器总体结构进行了设计,基于Pro/E建立了二级齿轮减速器模型并完成了产品的装配,最后利用Pro/E Mechanism仿真模块对所设计产品进行了运动仿真。结果表明:模型满足设计需求,具有较好的稳定性,对二级齿轮减速器进一步的优化设计具有一定参考作用。

结构化网格快速生成工具的开发及其在冶金模拟仿真中的应用

结构化网格在模拟计算高精度、复杂问题时具有更高的计算准确度和更好的收敛性,但其划分难度大且耗时较长,如何快速生成高质量结构化网格是进行CFD(Computational fluid dynamics)等模拟计算领域的前沿问题.根据冶金容器的几何结构特征,引入了参数一体化建模+网格划分的理念,利用Python脚本快速批处理数据和开源CFD软件OpenFOAM的优势,成功开发了适用于冶金反应器的网格快速生成工具.以钢包–中间包–结晶器及其附属连接装置为例,进行了案例分析测试.结果表明,该工具软件生成的结构化网格在扭曲度和正交性等方面质量较高,可以满足各类模拟仿真的需求.该工具在解决冶金容器几何结构更新和网格分布调整方面相比于传统前处理方法可以在几十秒内快速生成高质量结构化网格.此外,开发了便于用户使用的图形用户界面,界面中仅需输入关键的几何结构和网格参数,即可对冶金容器快速便捷地生成相应的结构化网格,有效提升了前处理的简易度和效率.这一工具软件有望应用于冶金数字化和智能化转型发展的多种场景,并为其提供有效的软件支撑.

真空羽流中相变过程DSMC仿真方法研究

真空燃气羽流快速膨胀过程中,其中的H_(2)O和CO_(2)等组元容易发生凝结相变现象.为了研究真空羽流中水蒸气的相变产物冰晶对羽流红外信号、侵蚀等污染效应的影响,开展羽流中相变过程的数值模拟方法研究.基于稀薄两相羽流双向耦合DSMC方法,采用经典成核理论和液滴生长理论,建立了真空羽流的相变过程的数值仿真方法.对水蒸气在拉法尔喷管中自凝结试验的仿真.通过与试验结果的对比,对经典成核理论进行了修正,对成核率给出了10^(3)的修正因子,可以得到与试验符合的仿真结果,表明对成核理论修正后,可以应用到稀薄流动的数值模拟中.对某发动机真空羽流相变流场的仿真,在核心区得到与CFD相近的结果.仿真结果表明,在羽流流场中,由于相变,存在较多的冰晶颗粒,在计算条件下,羽流核心区冰晶数密度最大达到10^(15) m^(-3)的量级,冰晶直径在约10^(-8) m的量级.在真空环境下,随着羽流向倒流区无限制膨胀,倒流区流场内也会出现一定数量的冰晶颗粒,数密度从10^(7)~10^(10)m^(-3)的量级,直径在5.0×10^(-10)m的量级.颗粒在空间的数密度、尺寸等分布与气相分布存在差异,需要开展相关污染效应的影响研究.

不同覆盖物清理状态下海底电缆打捞受力仿真

该文通过对海缆深浅水打捞过程机理的分析,确定覆盖物对打捞过程存在一定影响。通过OrcaFlex考虑水动力建立打捞过程模型,研究覆盖物厚度与覆盖物位置对海缆打捞过程中张力及曲率的影响。研究发现,覆盖段被打捞时,海缆张力会出现明显的波动;打捞过程覆盖段海缆曲率极值明显增大。随着覆盖物厚度的增加,覆盖段海缆曲率极值逐渐增大,海缆的张力波动也更加明显。覆盖物只对覆盖段曲率极值有明显影响;当吊点处覆盖物未完全清理时海缆易发生弯曲失效,远离吊点处的覆盖物对打捞过程海缆沿缆曲率极值影响不大。在实际工况下可进行针对性工作和保护,降低工作量并提高打捞效率,防止电缆在打捞过程中受到二次破坏。

人工影响天气虚拟仿真实验及课程体系建设

在“人工影响天气”的相关课程教学中,构建虚拟仿真实验教学平台有助于学生深入理解基础理论知识,并对实际业务操作及催化方案设计、优化产生感性认识。虚拟仿真实验教学突破了室内教学时空及仪器设备昂贵的局限性,解决了自然界中不能对同一块云反复催化的实际困难,对云降水环境及人工催化过程高度重现,对理论教学体系及教学形式进行补充,完善了课程教学体系。此外,科技成果在教学和本科生科研创新活动的引入,进一步增强学生科技创新意识及学习兴趣,促进了科研创新型人才的培养。