Dynamic Harmonic Domain Modelling of Space Vector Based SSSC

This paper presents analytical frequency domain method for harmonic modeling and evaluation of Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) based static synchronous series converter (SSSC). SVPWM is the best among all the PWM techniques. It gives a degree of freedom of space vector placement in a switching cycle. Dynamic modeling technique is used for space vector modulation (SVM) based voltage source converter that is adapted as a static synchronous series converter (SSSC) for harmonic analysis using dynamic harmonic domain. Performance of the SSSC is evaluated in dynamic harmonic domain simulation studies in MATLAB environment. The switching function spectra are necessary for harmonic transfer matrix which is calculated using Fourier series. This paper presents the analysis of harmonics for space vector based SSSC during steady state and dynamic condition.

SpaceWire网络混合路由机制设计

针对星上系统总线多元性导致的星载网络接口和协议不能标准化的发展瓶颈,基于SpaceWire总线协议,通过将静态路由(时间触发)与动态路由(事件触发)机制结合,实现了控制数据和载荷数据共用网络。静态路由完全遵循SpaceWire-D协议,在保证确定性传输的同时,通过启发式调度算法首次实现了多时间窗并行调度,并提出利用最大公约数法设计时间窗,以提高网络吞吐量;动态路由通过对随机事件和载荷数据分配优先级,实现传输路径冲突时对紧急任务的优先处理。在OPENT中搭建网络系统仿真模型,对所提出的路由机制进行了仿真。实验结果表明,静态路由时段网络吞吐量较现有调度算法有明显提高,动态路由实现了紧急事件优先传输。

S-CO_(2)箔片气体动压轴承静动态特性分析

以超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide, S-CO_(2))为介质的动力循环系统因其结构紧凑、效率高、能源清洁等优势受到广泛的关注。针对S-CO_(2)介质径向箔片气体动压轴承建立力学计算模型,通过物性数据库获取S-CO_(2)物性数据并基于反向传播(back propagation, BP)神经网络训练S-CO_(2)物性模型,与变黏度变密度的湍流气体润滑雷诺方程进行耦合。利用热平衡计算轴承气膜的平均温升,计算S-CO_(2)径向箔片气体动压轴承的静态特性并对程序进行验证。基于小扰动法计算动态刚度与阻尼系数,分析雷诺数、静态承载和轴承名义间隙对S-CO_(2)介质径向箔片轴承动态特性的影响规律。结果表明,利用神经网络训练获得的S-CO_(2)物性模型,获取到的不同温度与压力状态下的S-CO_(2)物性值可靠性相当高。适当增大局部雷诺数,减少名义间隙,提高静态载荷,可以获得更好的轴承动态性能。

不同主横梁建模方式对弧门静动力学模拟结果影响

针对弧形闸门有限元分析中采用不同建模方式易造成数值模拟结果差异性的问题,以贵州乌江沙沱水电站大型露顶式弧形闸门为例,从计算原理角度探究了主梁翼缘采用节点耦合法、厚度叠加法两种建模方式对闸门静动力学计算结果(三维非线性静力学、模态分析和瞬态动力学)的影响。通过对比分析发现:采用厚度叠加的简化方式增加了构件的刚度,对闸门静力复核不利;两种建模方式对闸门干湿模态下的振型和自振频率影响较小;采用节点耦合法获取的支臂垂向振动程度较厚度叠加法结果略大,支臂与主横梁连接处敏感区域的动应力较厚度叠加法结果明显增大。两种建模方式对闸门整体结构属性影响有限,对支臂与主横梁连接处等敏感区域进行计算复核时应尽量采用节点耦合法,使计算结果更偏于安全。

闸门支臂结构合理形式研究及应用

针对斜支臂表孔弧形闸门中支臂结构易破坏及布置不尽合理等问题,采用空间体系法对斜支臂表孔弧形闸门支臂结构的布置形式进行系统研究。通过分析5种常用支臂结构形式对斜支臂表孔弧形闸门结构及支臂自身结构强度、刚度、稳定性和振动特性的影响,结合水工金属结构大数据技术,综合考虑闸门支臂在结构设计、制造加工、运输安装、运行维护等方面的优缺点,给出了表孔斜支臂弧形闸门支臂的合理结构形式,并阐明了支臂结构中竖撑和斜撑对支臂结构强度、刚度和稳定性的影响机理,研究成果经实际工程证明是合理的。

转子偏心对永磁同步电动机电磁力特性的影响

目的永磁同步电动机在变频供电下运行时,转子偏心将加剧电动机的电磁振动,并加大电动机电磁力特性的分析难度。为了研究永磁同步电动机转子偏心时的电磁力特性,方法提出一种快速电磁力特性解析分析方法,在建立电动机永磁体磁动势、定子绕组基波及谐波磁动势、气隙磁导函数的解析模型的基础上,构建电动机无偏心、静态偏心、动态偏心时径向电磁力的解析分析模型,并研究电动机电磁力的阶数成分、频率成分特征。结果经分析发现,与电动机不偏心时电磁力的阶数r和频率成分fk相比,电动机静态偏心、动态偏心时均会增加阶数为r±1和r±2的电磁力;电动机静态偏心时,新出现的电磁力的频率成分为f_(k);电动机动态偏心时,新出现的电磁力的频率成分为f_(k)±f_(1)/p,f_(k)±2f_(1)/p。搭建电动机本体和矢量控制电路结合的联合仿真模型,该模型能够反映电动机不同运行状态下绕组电感、永磁体磁链等参数的变化,利用该模型分别仿真分析电动机无偏心、静态偏心和动态偏心带载运行时径向电磁力的阶数成分、频率成分。仿真分析结果与解析分析结果相符,验证了本文解析分析方法的正确性。结论研究结果可为电磁振动的削弱、电动机故障的预测与诊断提供理论依据。

空间核电源热电转换技术研究综述

空间热电转换技术是空间核电源的关键技术之一,发电功率覆盖瓦级至兆瓦级,可满足各类航天任务对空间电源的需求,因此发展空间热电转换技术至关重要。从基本原理、国内外应用情况等方面梳理包括热电偶转换、热离子转换、碱金属转换、磁流体转换、热光伏转换、朗肯循环、斯特林循环和布雷顿循环在内的各种空间核电源热电转换技术研究进展,总结各种热电转换技术空间应用的技术难点,分析热电转换技术实现长寿命、免维护基本要求的研发方向,针对不同空间核电源的功率需求,提出热电转换技术主导方案。当空间核电源功率需求小于100 kWe时,建议采用热电偶转换或热离子转换等静态热电转换技术;当功率需求超过100 kWe时,应采用布雷顿循环等动态热电转换技术。

黔东南皂角种群结构和数量动态特征

为揭示黔东南皂角种群结构特征和数量动态变化,采用“空间代替时间”方法和匀滑修正技术,编制径级结构图、种群静态生命表,绘制死亡率曲线、存活曲线、消失率曲线和生存分析函数曲线及时间序列预测模型。研究发现种群径级结构显示总体为衰退型;种群存活曲线呈凹型,属Ⅲ型,在1—3龄级表现为幼树期死亡率较高,3龄级后个体的数量趋于稳定,存活率相对较高;生存率S(i)随着龄级增加而下降,累计死亡率F(i)随着龄级增加而增加,变化幅度均在1—3龄级表现明显;死亡密度f(ti)和危险率λ(ti)在1龄级最大,分别为34%和98.51%,随着龄级增加均呈下降趋势。数量变化动态指数V pi=0.38>0,表明无外界干扰时,种群属于增长型种群,V′pi=0.001>0,说明皂角种群对外界干扰敏感,受外界随机干扰时种群增长趋势不明显;在未来2,4,6,8个龄级时间后,预测结果显示,如果不对皂角进行人工干预、减少外界干扰和增加幼树数量,皂角种群最终走向衰退。

12R22.5全钢载重子午线轮胎的动力学仿真

对12R22.5全钢载重子午线轮胎进行静态、稳态和动态工况动力学仿真。对轮胎的橡胶材料进行单轴拉伸测试,并在仿真软件中对测试数据进行拟合,选用Yeoh模型作为橡胶材料本构模型;建立轮胎的二维和三维有限元模型,并进行静态工况仿真,在此基础上进行稳态和动态工况仿真。结果表明:在静态和稳态的部分工况中仿真精度较高,该仿真方法对于静态、稳态和动态工况是适用的。

径向-推力联合浮环动静压轴承动态特性试验研究

在径向-推力联合浮环动静压轴承理论计算和分析的基础上,设计制造了轴承试件及相关的试验装置,改制了试验台。采用静动法和激振法相结合首次测得了径向部分内外膜8个刚度系数和轴向部分2个刚度系数及径向部分总的4个阻尼系数和轴向部分的1个阻尼系数。根据试验数据绘制不同转速下各动特性系数随偏心率的变化曲线,并与理论计算结果进行比较,二者基本一致。

基于动态径向基函数代理模型的优化策略

针对飞行器多学科设计优化中传统的静态代理模型方法全局近似精度难以保证与计算效率较低的问题,提出一种基于动态径向基函数代理模型的优化策略。通过Maximin拉丁超方计算试验设计在设计空间中选择初始样本点,构造径向基函数代理模型,并通过全局优化算法对当前代理模型进行优化获得原优化问题的可能最优解,根据已知信息构造重点采样空间,在优化过程中逐步更新重点采样空间并在其内部增加样本点,并更新代理模型以提高代理模型在全局最优解附近的近似精度,直至优化迭代收敛。将本优化策略应用于数学测试算例和NASA减速器优化设计中,优化结果表明,使用本优化策略可以获得分析模型的全局最优解。与直接使用遗传算法相比,计算分析模型的次数减少了95%,相比于传统的静态径向基函数代理模型方法,计算分析模型的次数减少了50%。

紧凑型回旋加速器物理问题及调束技术

介绍了紧凑型回旋加速器CYCIAE-100的特点及设计过程中重点考虑的一些物理问题,如紧凑型直边扇磁铁结构的轴向聚焦、异性高频谐振腔的设计、空间电荷效应等。研究了该加速器的调束技术,包括调束方案、诊断设备布局及径向靶测量的束流信息、物理图像。CYCIAE-100的主磁铁设计中,为降低磁铁和高频腔的加工难度而采用直边扇形磁极,为解决直边扇形磁极在大半径处的轴向聚焦力下降的问题,采用变气隙技术,从而有效提高轴向聚焦力。采用自行开发的基于PIC技术的宏离子模拟程序OPAL-CYCL进行了空间电荷效应的研究,结果表明,CYCIAE-100的极限流强为10mA。

深孔弧形闸门静动力特性及流激振动

弧形闸门由于其启门力小、无门槽及运行操作方便等优点,在水工建筑物中得到广泛应用,但不少闸门由于结构设计、布置或运行操作不合理等原因,在运行中会发生强烈振动甚至结构破坏,影响闸门结构的运行安全,特别是高水头、有局部开启控泄要求的大跨度弧形闸门。通过水力学试验、三维有限元静动力分析和流激振动试验,系统研究了深孔弧形闸门的水力学特性、静动力特性、流激振动特性,揭示了闸门结构的流激振动共振现象,并针对分析过程中出现的应力、变形过大问题,提出了加强闸门结构强度和刚度的优化措施,确保其安全平稳运行。

骨内动态加载过程中瞬态流动电位的实验研究

选择板形骨试件 ,测试出缓冲液由试件上部流过下部时所产生的流动电位 .发现在瞬态时流动电位值与稳态时流动电位值之比为 5～ 7.5 ,分析认为 ,瞬态时流动电位的值决定于骨小管等微空间 ,稳态时流动电位由哈佛氏管产生 .

空间钢框架连续倒塌拟静力试验

为考察钢框架结构中一根框架柱失效后,剩余结构在倒塌过程中的受力和变形情况,采用MTS和千斤顶配合的方法对二层空间钢框架结构进行了拟静力试验。试验结果显示,在倒塌过程中,框架梁的受力方式从受弯为主向受拉为主转变,当竖向位移达到200mm时,失效区域部分框架梁全截面受拉;当竖向位移接近250mm时,梁柱连接节点处焊缝发生断裂。目前应用比较广泛的H型钢全焊接刚性连接节点延性不够好,在梁形成明显的悬链线效应之前即发生破坏。采用显式动力法以准静态的加载方式对试验过程进行了模拟,建议在对含有H型钢全焊接刚性连接节点的钢框架结构进行连续倒塌分析时,采用较精确的节点模型以真实反应节点的受力。

PAMAM对硅垢的抑制作用及其阻垢机理的MD模拟

以乙二胺、丙烯酸甲酯和甲醇为原料,合成不同代数的树状大分子聚酰胺—胺(PAMAM)作为硅垢阻垢剂,采用红外光谱和元素分析方法对产品进行表征,应用分子动力学模拟方法,研究PAMAM与硅酸分子之间的相互作用。结果表明:在pH为7,代数为G1.0,质量浓度为40 mg/L,作用时间为24 h时的静态防垢率为79.61%。阻垢效果最好的G1.0-PAMAM在阻垢过程中主要为吸附反应,由静电相互作用和氢键相互作用组成。该结果为研发更高效的阻垢剂提供参考。

水下湿式电连接器密封组件密封性能模拟与分析

利用ANSYS有限元软件建立了水下湿式电连接器橡胶密封组件在工作工况下(最大水深500 m,往复插拔运动)的二维有限元简化模型,模拟分析了不同表面摩擦系数、不同径向压缩量及动静密封状态下密封区域的接触应力分布情况,分别利用经验公式法和雷诺方程分析法计算了泄漏量,对密封组件密封性能进行了定量分析。结果表明:密封区域的接触应力随表面摩擦系数增大而增大,但当表面摩擦系数为0.20时密封区域局部失效;不同径向压缩量情况下瞬时动密封的接触应力均高于静态密封的接触应力;密封组件径向压缩量增大,接触应力也随之增大,但当径向压缩量为1.0 mm时密封区域局部失效。经验公式法和雷诺方程分析法计算的泄漏量均小于规范的最大泄漏量标尺,表明水下湿式电连接器密封组件具有良好的密封性能,但经验公式法比雷诺方程计算的结果相对偏小,主要原因是雷诺方程计算侧重的是接触面的湿摩擦,而经验公式侧重的是接触面的干摩擦。本文研究结果对水下湿式电连接器密封结构设计和相关参数选取有一定的指导意义。

径向基函数配点法分析三维功能梯度材料板的静力和动力问题

传统配点法在求解动力学问题时会存在误差随时间累积的问题,而无网格径向基函数配点法在全域内采用具有无限连续性的径向基函数作为近似函数,结合配点法构建方程,通过最小二乘法进行求解。无网格径向基函数配点法不仅在数值计算过程中不需要任何网格,是真正的无网格法,而且易于离散,精度高,不需要积分,计算效率高;径向基函数的近似函数仅与距中心点的距离有关,非常适宜于求解三维问题。对于这种方法,本文先离散空间域,然后再离散时间域,并在每一时间步内施加边界条件,来分析三维功能梯度材料板的静力和动力问题,据此可解决传统配点方法在求解动力问题时误差随时间累积的问题。数值分析表明,材料性能呈梯度分布会导致其力学性能在梯度方向呈现非线性变化,不同的梯度分布模式会导致力学性能非线性变化的幅度不同。

柔性索对空间索杆铰接式伸展臂性能影响分析

为了研究柔性索对空间索杆铰接式伸展臂力学特性及稳定性的影响,对伸展臂自平衡状态的受力情况进行分析,计算出满足伸展臂承载结构的最小索拉力设计值.计算表明,伸展臂展开驱动力矩随索拉力的增加而成比例增大;伸展臂的轴向拉伸刚度、剪切刚度和扭转刚度随着索的抗拉刚度增加而增大;静刚度实验表明索张力对静刚度几乎没有影响.仿真分析表明,增加斜拉索直径可以提高伸展臂的扭转振动频率,而斜拉索直径及张力对伸展臂的弯曲和轴向振动频率影响较小.对不同索张力的伸展臂桁架单元进行了动力学试验,验证了仿真分析的正确性.伸展臂铰接结构受力分析表明,增大索张力有利于提高伸展臂稳定性.

长沙城市斑块湿地资源的时空演变

利用GIS技术,对长沙市1955、1972和1990年地形图湿地数据及2007年长沙市湿地资源普查数据进行提取和分析,选取最具代表性的斑块湿地作为研究对象,从时间与空间、动态与静态、规模与填埋等视角,研究50年来城市斑块湿地生态系统各层次要素的时空演变过程和变化规律。结果表明:(1)时间层次上,长沙城市斑块湿地总面积呈现先增后减、总体增加的态势;斑块湿地面积变化幅度不断加大,速率逐步加快;(2)规模层次上,面积在32 hm2规模以下的斑块湿地呈增加态势,32 hm2规模以上斑块湿地呈减少态势;(3)动态空间层次上,被填埋斑块湿地的比例在建成区和郊区呈相反的演变结果;(4)静态空间层次上,斑块湿地密度在建成区范围和郊区范围演变结果相背。研究显示,伴随着城市化进程,不同时间尺度、不同规模尺度、不同空间属性、不同空间状态的城市斑块湿地常常呈现差异很大、甚至是截然相反的演变结果;无论是动态空间还是静态空间,建成区与郊区的空间分界线往往是城市斑块湿地演变态势的分水岭。