COUPLED DYNAMIC CHARACTERISTICS AND CONTROL OF ROTOR-CONICAL MAGNETIC BEARING SYSTEM

The coupled dynamic characteristics of the conical electromagnetic bearing are presented and their definitions are given. On the basis of the analyses of the characteristics, the dynamic model of five degrees of freedom (five-DOF) rotor-conical electromagnetic bearing system is made, and the influence of the coupled characteristics on the system optimal controller is analyzed.

THERMOELASTICALLY COUPLED AXISYMMETRIC NONLINEAR VIBRATION OF SHALLOW SPHERICAL AND CONICAL SHELLS

The problem of axisymmetric nonlinear vibration for shallow thin spherical and conical shells when temperature and strain fields are coupled is studied. Based on the large deflection theories of von Krmn and the theory of thermoelasticity, the whole governing equations and their simplified type are derived. The time-spatial variables are separated by Galerkin's technique, thus reducing the governing equations to a system of time-dependent nonlinear ordinary differential equation. By means of regular perturbation method and multiple-scales method, the first-order approximate analytical solution for characteristic relation of frequency vs amplitude parameters along with the decay rate of amplitude are obtained, and the effects of different geometric parameters and coupling factors as well as boundary conditions on thermoelastically coupled nonlinear vibration behaviors are discussed.

渗流条件下圆锥形冻结壁温度场数值分析

为得到盾构隧道端头圆锥形冻结壁加固结构在渗流条件下的温度场的变化规律,文中运用COMSOL有限元数值模拟软件建立三维瞬态水热耦合模型,通过设置模型两侧边界水头差和2条观测路径对圆锥形冻结壁的发展、封闭性等变化情况进行研究,结果表明越靠近圆锥形锥部区域的冻结壁厚度越小,且随着水头差的增大,冻结壁朝渗流方向偏移程度越大,整体冻结壁厚度减小;路径1中最接近冻结管的5#点在冻结8d冻结壁交圈,其他点越靠近冻结管降温越快;路径2中靠近圆锥形锥部的6#点与底部的10#点在冻结20d前后降温速率出现较大变化,所得结果可为类似冻结工程设计提供参考。

镐型截齿割岩过程的温度场模拟

通过截齿磨损与齿尖锥角的关系以提高其工作可靠性和寿命,利用ABAQUS软件建立截齿割岩的三维有限元模型,对其过程进行热力耦合分析,探究其温度分布和变化规律。结果表明:截齿锥角对温度的影响不显著,高温区分布影响显著。在锥角小于崩落角范围内,随着齿尖锥角的增大,刀尖点稳定温度略有降低,而高温区域增多面积增大且位置下移。滚筒转速对温度影响显著,且随着滚筒转速的增大刀尖点稳定温度呈增大的变化规律,截齿合金头温度分布与应力分布基本一致,均呈月牙形。该研究为深入理解截齿的磨损机理提供了参考。

基于ADMM的交直流混合配电网分布式电压优化模型

配电侧直流化日益明显,直流配电技术已是当前国内外研究热点之一,促使交直流混合配电网成为主动配电网的重要分支,交直流配网的电压优化问题是与其相关的重要研究课题。提出一种分区分布式优化的方法,依据电压源型换流器连接情况,对交直流混合配电网使用耦合支路法,分成交流子区域和直流子区域。基于交替方向乘子分布式方法,以网络损耗最小、电压偏差最小和柔性负荷利用率最低为目标,构建分布式电压优化模型,并采用二阶锥松弛等技术转化为凸优化模型,在修改的IEEE 33节点算例系统中进行仿真计算,分析了交流侧功率和分布式电源对直流侧电压的影响,比较了换流器采用不同控制方式时优化结果的不同,验证了所提分布式优化模型的合理有效性。

考虑刚体运动与弹体变形耦合效应的旋转导弹动力学建模

旋转导弹结构细长,具有较大弹性,结构低频振动易与刚体运动相互耦合。为更好地研究旋转导弹的动力学特性,对考虑刚体运动与弹体变形耦合效应的旋转导弹动力学建模问题展开研究。引入瞬态坐标系,在该坐标系下利用拉格朗日方程建立弹性旋转导弹的惯性耦合完整模型。该模型考虑了弹性变形对质量特性的影响,能够完整描述刚体运动和弹性变形间的耦合效应。在不同假设下,将惯性耦合完整模型简化后可得到弹性耦合简化模型和非惯性耦合模型。仿真分析结果表明:相对于其他两种简化模型,惯性耦合完整模型能够更全面地描述旋转导弹的运动,而刚体运动与弹体变形耦合效应在旋转导弹建模和分析中不可忽略,需要加以考虑;在旋转导弹运动稳定情况下,3种模型的差别主要体现在姿态运动上,而在弹性变形上的差别可以忽略。

基于轴向力/径向力解耦的圆锥电磁轴承设计方法

由于圆锥电磁轴承所固有的几何耦合,轴承的设计相对而言需要考虑的结构参数更多,参数间相互影响、相互制约的关系也更复杂。为此,本文提出了一套描述圆锥电磁轴承的特征变量,实现了圆锥电磁轴承的轴向/径向力的解耦。同时,为圆锥电磁轴承提供了一套标准、规范的设计方法。

圆锥液体静压轴承的耦合热态分析及实验研究

针对圆锥液体静压轴承的热效应,分析其生热和传热的机制,指出圆锥液体静压轴承的热态性能属于耦合传热问题,必须综合考虑润滑油、轴瓦、转轴等零件的生热和传热情况。采用ANSYS CFX软件建立圆锥液体静压轴承耦合热态模型,获得轴承温度场的分布及变化规律,并搭建实验平台对模型进行验证。结果表明:热平衡时,圆锥液体静压轴承各处温度差别较大,随着转速的增大和进油压力的减小,轴承的温升增大;圆锥液体静压轴承热态性能仿真计算结果和实验结果吻合,证明采用圆锥液体静压轴承耦合热态模型能够较为准确地获得轴承的热态性能变化情况。

锥-柱组合壳体声辐射影响因素研究

在原有简单锥-柱壳体基础上,用肋骨、舱壁加强的锥-柱组合壳体模拟潜艇典型尾部结构,采用有限元(FEM)与快速多极边界元(FM-BEM)方法,研究壳体舱壁布置形式、激振力方向、流体介质、锥壳段刚度、壳体阻尼对声学性能的影响。在验证原模型干模态基础上,分别计算各因素对新模型辐射声功率影响,结果表明:在分布轴向力作用下,采用球舱壁加强的组合壳体水下辐射声功率及效率最小;径向力更易激起壳体周向模态,其激起的水声虽强于轴向力,但轴向力作用不可忽视;施加径向力时,壳体在水中的轴向位移小于在空气中,法向位移大于在空气中;锥壳段刚度对降噪无明显作用,适当增加壳体阻尼可降低声辐射。研究结论可为潜艇尾部声学优化设计提供参考。

改进傅里叶级数法求解封口锥柱球组合壳的自由振动

提出了一种改进傅里叶级数的半解析方法分析封口锥柱球组合壳的自由振动特性。基于能量泛函,结合经典薄板理论和Love壳体理论,建立了组合结构的理论模型,研究了不同柱壳长度,不同锥球半角以及不同厚度端板下锥柱球组合壳的固有频率。该方法下的各子壳结构位移由标准的傅里叶级数和辅助收敛函数组成,既克服了传统傅里叶级数在子壳结构交接处的不连续性,又提高了计算的收敛精度和速度。研究表明:该方法收敛性较好,所得理论计算结果与有限元结果比较一致。通过分析固有频率,发现改变长度,半角,端板厚度均会对锥柱球组合壳的自由振动产生较明显的影响。

锥形件电磁成形数值模拟及试验研究

采用半耦合法对锥形件电磁成形过程进行数值模拟。应用ANSYS/LS-DANA软件对平板线圈磁场进行计算,求得作用在板坯上的磁压力,应用eta/DYNAFORM软件对锥形件成形过程进行模拟,在此基础上分析了坯料直径对成形质量的影响,进行不同直径坯料的锥形件电磁成形试验,验证了有限元模拟方法用于锥形件电磁成形分析的有效性。

脉冲激光推进的能量相似律理论研究

激光推进的能量相似律,指确定的激光能量有与之相对应的最佳喷管尺寸,使得冲量耦合系数最大且不变的规律。用大气高度参数、入射的激光能量、喷管几何参数构造了无量纲因子,建立了圆锥形喷管在单脉冲条件和一维球对称点聚焦情况下的能量相似律。结果表明:当锥角固定时,冲量和冲量耦合系数存在极大值,极大值对应的无量纲因子仅与气体比热比相关;当无量纲因子固定时,冲量随入射激光能量增加而单调增大,冲量耦合系数则与能量无关。本文的研究结论和规律性认识,对目前可实现和以后工程化放大的激光能量范围,均能给出可信可靠的喷管优化尺寸。

正反馈端面摩擦耦合器的研发

针对国内外现有摩擦耦合器所存在的只能用主动端的运动产生惯性力进而产生摩擦力矩来传递功率和运动以及传递功率较小的问题,提出了在主、从动端都使用带外锥面的惯性块和带内锥面的摩擦片,并利用标准干式摩擦片传动的正反馈耦合传动方案;利用惯性块在离心力作用下产生的径向移动并借助锥面扩力机构实现摩擦片的轴向压紧以产生摩擦力矩,既用主动端的运动产生惯性力进而产生摩擦力矩来传递功率和运动,又利用从动端运动产生的惯性力正反馈控制传递功率所需的摩擦力矩,实现了正反馈控制摩擦耦合原理。

圆锥电磁轴承静态工作点的规划与可行域分析

由于轴承轴、径向的耦合及磁力的非线性,对于圆锥电磁轴承静态工作点的非线性计算一直缺少普遍适用的方法。该文通过变量替换对圆锥电磁轴承静态工作点计算的非线性模型作线性化处理;由非齐次线性方程组解的结构给出静态工作点的基础解;将圆锥电磁轴承静态工作点的确定转化为多约束非线性规划问题,从而求得圆锥电磁轴承静态工作点的可行域,为圆锥电磁轴承转子系统在任意载荷下的静态工作点规划提供了普遍适用的方法。

扁薄锥壳在变温条件下的大振幅振动问题

从能量变分原理出发 ,推导出扁薄锥壳在温度载荷下的大振幅振动控制方程 .考虑了周边固定的边界条件 ,均布和线性分布两种情况的温度载荷 .采用assumed -time -mode位移模式 ,并利用数值计算的方法对问题进行了数值求解 ,得到了固有频率随温度、振幅及锥壳初始高度的变化曲线 。

JH-2模型参数确定及花岗岩重复侵彻数值分析

为研究重复侵彻下花岗岩靶板的动力响应,运用非线性动力分析软件AUTODYN并基于FEM-SPH耦合算法开展花岗岩的侵彻模拟.首先,通过理论分析初步确定出JH-2模型参数;然后,根据花岗岩单次侵彻实验的模拟结果对参数进行调整优化;最后,在220 m/s≤V s≤420 m/s弹速下,采用优化后的参数对花岗岩的重复侵彻过程进行模拟分析.结果表明:JH-2模型与拉伸断裂软化模型相耦合,能够弥补JH-2模型在描述岩石低应力区由主拉伸应力作用所产生的动力响应方面的不足;花岗岩靶板初次侵彻时形成的“锥形开坑区+隧道区”破坏模式为后续的重复稳定侵彻提供了必要条件;随冲击次数的增加,绝对侵彻深度逐渐增大而每次的相对侵彻深度则呈减小趋势,且冲击次数越多或冲击速度越高,弹体侵彻过程越稳定.此外,本文所提出相对侵彻系数概念以及基于冲击次数和弹速的重复侵彻深度的理论公式均具有一定实用价值.

平端光纤与锥端微透镜光纤的耦合研究

建立了平端光纤与锥端微透镜光纤对耦合的理论模型 ,得到耦合系数的计算公式。用研磨技术制作了几种不同锥角的光纤 ,并对它们进行耦合试验 ,得到最大耦合效率。

考虑风速和雨强组合风-雨双向作用下直筒-锥段型钢结构冷却塔内压作用研究

作为一种新颖的直筒-锥段型钢结构冷却塔,独特的结构形式导致塔筒内表面气动力分布与传统双曲线型混凝土冷却塔明显不同;尤其在强风暴雨极端气候条件下,暴雨亦会直接影响内表面气动力并改变脉动风的湍流效应,而传统研究大多仅关注风驱动雨对于结构表面的冲击效应。为解决该问题,针对国内某在建189 m高新型直筒-锥段型钢结构冷却塔,以风-雨双向耦合算法为核心,基于CFD数值模拟采用连续相和离散相模型分别进行风场和雨滴模拟。在此基础上,研究不同风速和雨强的9种组合对塔筒内表面风驱雨量、雨滴附加作用力和等效内压系数的影响规律,揭示风-雨双向耦合作用下塔筒内部风场速度流线、湍动能强度、雨滴运行速度和轨迹的作用机理,提炼出不同风速和雨强组合的最不利工况及其内压系数分布特性。

敷设主动约束层阻尼圆锥壳的控制特性分析

基于压电材料的本构关系和内力位移方程,考虑压电材料的正、逆压电效应,求出了压电约束层的动力学控制方程和电学控制方程。根据圆锥壳的几何特性,将变量沿周向进行傅里叶展开,可将上述方程转化为沿母线方向的一阶常微分方程的形式。结合黏弹层的法向平衡方程和位移连续性条件,由主动约束层和基壳的力学方程导出层合结构的动力学方程,并将该方程与压电约束层的电学方程联立,建立了敷设主动约束层圆锥壳的机电耦合模型。然后,借助精细积分技术和叠加原理,采用速度反馈控制策略,提出了一种分析此类结构的半解析、半数值方法,并采用该方法分析了反馈系数、反馈点的布置等参数对敷设主动约束层阻尼圆锥壳振动特性和控制特性的影响。

基于耦合传热的圆锥液体静压轴承热态性能分析

针对圆锥液体静压轴承的发热问题,利用CFX软件建立了轴承系统耦合传热模型。首先分析了网格数量对计算精度的影响,然后求解获得了轴承的温度场分布和热量传递情况,最后分析了不同参数对轴承热态性能的影响规律。结果表明,采用CFX软件计算圆锥液体静压轴承耦合传热问题是可行的,与绝热假设下的计算方法相比,耦合传热有效地反映了真实的传热情况;圆锥液体静压轴承的端泄散热占总散热量的大部分,轴颈散热能力最弱,在不同的转速和进油压力下,各个方向上的散热比率发生变化。