一种基于键合图的Jeffcott转子模型

转子动力学作为研究高速旋转机械动力学特性的一门近代力学分支学科，近年来在国内外研究领域越来越活跃，在航空、汽车、水电、机械等各种领域有着巨大的应用价值。

基于代理模型的双气隙混合转子低速大转矩同步电机优化设计

为解决常规低速大转矩电机普遍存在体转矩密度低、永磁体用量多等问题,提出了一种双气隙混合转子低速大转矩同步电机拓扑结构。然而,该种电机结构相对复杂、设计参数多、优化难度大,对此提出了一种基于代理模型的双气隙混合转子低速大转矩同步电机高效优化设计方法。首先,以提高输出转矩与降低转矩脉动为优化目标,对电机的参数进行敏感性分析,实现了在保证代理模型精确度的基础上精简优化变量。然后,为提高该种电机多目标优化设计的精确度和效率,同时缩短优化周期,提出了一种序贯子空间与模式搜索算法相结合的优化算法对电机进行优化处理。最后通过有限元仿真与实验方法验证了所构建代理模型的精确性、合理性和优化方法的有效性、先进性。

宽转子无轴承开关磁阻电机的计及磁饱和径向力模型

针对无轴承开关磁阻电机现有的基于无磁饱和假设的数学模型只适用于未磁饱和工况的缺点,为宽转子单绕组无轴承开关磁阻电机建立了一种可以计及磁饱和影响的全周期径向力数学模型。首先依据该电机的磁场有限元分析结果,基于麦克斯韦应力法求出了径向力关于气隙磁密的表达式;然后对铁心材料的非线性磁化特性进行拟合,再根据该电机的等效磁路计算了计及磁饱和影响的气隙磁密;之后建立了该电机的径向力模型,并在对比分析了边缘气隙磁密和主气隙磁密对径向力的影响后,对所建径向力模型进行简化,以减小计算量和复杂度。最后利用三维有限元分析进行验证,结果表明所建径向力模型对该电机未磁饱和、部分磁饱和以及完全磁饱和工况均适用。计及磁饱和的全周期径向力模型的建立,可以为电机运行特性分析、本体优化设计以及控制策略研究提供更准确的理论参考。

基于Kriging代理模型的无刷双馈发电机转子优化设计

无刷双馈发电机由于其自身没有电刷、滑环等结构特点,因此被认为是最有希望成为风力发电系统的主流发电机之一。无刷双馈发电机是依靠转子的磁场调制机理实现机电能量转换,其转子的耦合能力是影响电机性能的重要因素。因此本文提出了一种串联笼条辅助磁障转子的新型转子结构,分析了该种转子不同结构参数对电机性能的影响,并提出一种基于Kriging代理模型的多目标差分进化算法的无刷双馈发电机转子优化设计方法。首先建立该种新型转子的参数化模型,通过Kriging代理模型建立优化变量与优化目标之间的响应关系,再利用多目标差分进化算法找到最优的变量组合,最后通过有限元仿真对电机的性能进行分析。

不确定转子系统动力学降阶模型构建与模型散度参数辨识

在航空、航天、船舶等领域的实际工程转子系统中,广泛存在高维复杂的非线性系统。在航空发动机转子系统、燃气轮机转子系统等重点研究领域,通常还难以对高维复杂非线性系统进行直接的数据处理和分析统计。针对不确定性转子系统的模型维度较高等问题,提出了一种模型不确定性动力学降阶计算模型构建和模型散度参数辨识方法。首先,根据确定性动力学模型和静态矩阵降阶方法,完善了确定性动力学降阶模型;然后,基于随机矩阵理论和非参数动力学建模方法,提出了不确定性动力学降阶模型;最后,利用系统确定性模型的一阶临界转速、振型和实验数据,对不确定性动力学模型的散度参数进行了辨识;为了验证散度参数辨识方法的有效性,笔者又在转子实验平台上进行了实验验证。研究结果表明:实验结果与降阶之后振动响应均值的差异性较小,且与不确定性动力学模型相差不超过10%,表明所采用的理论模型在描述转子系统行为方面具备了较高的准确性和可靠性,该模型可以为深入研究模型不确定性转子系统提供参考。

个体化预测股骨转子间骨折患者围手术期隐匿性失血风险的列线图模型构建

目的构建股骨转子间骨折患者围手术期出现隐匿性失血风险的列线图预测模型。方法回顾性收集我院2020年6月至2022年6月收治的96例股骨转子间骨折患者的临床资料。根据平均失血量分为大量失血组(n=42)和非大量失血组(n=54)。对失血的影响因素进行单因素分析和多因素分析,R3.6.3软件及rms程序包构建预测隐匿性失血风险的列线图模型,并评估模型的区分度和一致性。结果96例患者发生大量隐匿性失血的有42例,占比43.75%。单因素分析显示,大量失血组和非大量失血组患者年龄、手术类型、入院白蛋白、DD之间差异有统计学意义(χ^(2)=8.979、8.368、15.453,t=5.855,P<0.05);多因素Logistic回归分析显示,年龄>70岁、手术类型为InterTAN、入院白蛋白<30 g/L、DD是影响股骨转子间骨折患者围手术期隐匿性失血的独立危险因素(P<0.05);列线图模型显示,年龄>70岁、InterTAN、入院白蛋白<30 g/L、DD每增加0.5 mg/L分别增加14.2分、14.8分、26.8分、11.1分的权重;检验发现模型一致性、区分度均较好。结论年龄>70岁、手术类型InterTAN、入院白蛋白<30 g/L、DD均是股骨转子间骨折患者围术期隐匿性失血的影响因素,本研究构建的列线图模型在用于个体化预测股骨转子间骨折患者围术期隐匿性失血具有一定临床意义。

民用飞机非包容性转子失效模型研究

服役经验表明,由于各种复杂因素,航空发动机和辅助动力装置非包容性转子失效仍会发生。为了分析发动机和辅助动力装置非包容性转子失效给飞机带来的危害,结合咨询通告AC20-128A的要求以及飞机设计的工程经验,开展了不同类型的转子失效模型设计研究。首先介绍了不同类型的碎片定义,其次根据不同的设计要求以及适应场景对转子失效模型进行了定义与分类,最后对不同的转子失效模型的构建方法、设计要点及应用进行了阐述,对于民用飞机发动机和辅助动力装置非包容性转子失效模型的设计与工程应用具有一定的指导意义。

一种轴承松动-内圈缺陷耦合的转子系统动力学模型

当轴承松动与内圈缺陷同时出现时,将对转子系统动态特性产生较为严重的影响,不利于对转子系统进行故障诊断与状态监测。针对这一问题,提出了一种轴承松动-内圈缺陷耦合的转子系统动力学模型,分析了含内圈缺陷-松动耦合故障轴承的转子系统振动动态特性。首先,根据赫兹理论与轴承运动学理论分析了轴承受力;然后,根据胡克定律与转子系统集中质量法建立了松动-内圈缺陷耦合的转子系统动力学模型;最后,采用数值仿真方式获取了转子系统的振动响应,探讨了转速和载荷对松动-内圈缺陷耦合转子系统振动特性的影响,并通过实验对该模型的准确性进行了验证。研究结果表明:松动-内圈缺陷同时存在的轴承频谱上出现了典型的干摩擦特征频率,即1/2倍旋转频率及其倍频,且其幅值与转速、载荷呈正比;此外,1/2倍旋转频率及其倍频、旋转频率及其倍频与内圈缺陷频率的组合频率的出现,表明了松动和内圈缺陷同时发生,该现象在转子系统另一个轴承上也有所体现。该研究结果为轴承转子系统的耦合故障检测提供了理论依据。

股骨转子下骨折术后髋关节功能不良危险因素及预测模型构建

目的 探讨股骨转子下骨折术后髋关节功能不良危险因素并进一步构建预测模型,旨在为早期识别预后不良高危人群及制定更具针对性防治方案提供更多参考。方法 回顾性纳入2016年1月至2021年1月于本院行内固定手术治疗股骨转子下骨折患者共80例,根据术后24个月髋关节功能改善情况分为良好组(61)和不良组(19例),采用单因素和多因素法评估术后髋关节功能不良独立危险因素;据此构建临床预测模型,分析该模型用于髋关节功能不良风险预测临床效能。结果 单因素分析提示年龄、麻醉分级、骨质疏松程度、骨折类型、固定类型及是否延迟负重均可能与术后髋关节功能不良发生有关(P<0.05);多因素分析提示老年、不稳定型骨折、髓外固定及延迟负重均是术后髋关节功能不良独立危险因素(P<0.05);根据Logistic回归模型证实独立危险因素,构建自变量偏回归系数模型方程式:可能性Logit(Y)=0.87+1.36×年龄>60岁+1.18×不稳定型骨折+1.88×髓外固定+1.51×延迟负重;ROC曲线分析结果显示,上述临床模型用于术后髋关节功能不良预测曲线下面积为0.89(95%CI:0.84~0.95),最佳cut-off值为4.65,灵敏度和特异度分别为91.26%,83.77%。结论 老年、不稳定型骨折、髓外固定及延迟负重均是股骨转子下骨折术后髋关节功能不良危险因素,而基于以上因素构建预测模型在预测术后24个月髋关节功能方面显示出良好价值。

基于模型预测锁相环的永磁同步电机转子位置估计方法

针对传统锁相环(PLL)估计永磁同步电机转子位置存在响应速度慢及跟踪精度低的问题,提出一种基于模型预测锁相环的转子位置估计方法。首先,对永磁同步电机模型预测控制原理进行分析,将传统模型预测控制方法与锁相环结合,提出一种模型预测锁相环(MP-PLL)结构;然后,结合离散位置搜索算法对转子位置进行估计,通过高效优化离散位置搜索算法改善模型预测锁相环在宽转速范围内的性能,提高其鲁棒性和转子位置估计精度;最后,进行仿真和实验验证。结果表明,在永磁同步电机参数变化情况下,所提出的模型预测锁相环比传统锁相环具有更好的响应性能,能快速准确地实现永磁同步电机转子位置估计。

基于改进的信赖域模型管理技术识别风电转子系统不对中载荷

针对求解耗时的风电转子系统不对中载荷识别问题,提出基于改进的信赖域模型管理技术的识别算法。该算法将整个先验分布空间的不对中载荷识别问题转化为一系列信赖域上的近似优化问题,通过区域遗传智能采样技术采集样本,加强径向基函数构建代理模型,再采用遗传算法进行近似优化。通过每个信赖域上的最小目标函数和近似优化结果确定信赖度和下代域的中心、半径,进而不断地缩放、平移信赖域,来保证获得与真实模型一致的不对中载荷。通过四种方法对比表明该方法样本遗传策略,遗传落在下代信赖域空间上的样本,减少实验设计样本个数而提高效率;最小目标函数作为信赖中心调整提高了关键区域代理模型的精度而加快收敛,降低了对代理模型精度的依赖。

考虑激励幅值慢变的卷绕头转子系统动力学建模

卷绕头转子系统结构之间的耦合振动和时频变激励使振动问题十分复杂,为了更准确地研究其动力学特性,根据转子动力学理论,使用有限元方法建立了考虑多盘质量慢变的卷绕头非线性转子系统整机动力学模型,运用Newmark-β数值积分方法对其动力学特性求解,得到仅存在初始不平衡量以及卷装不良带来的激励频率、幅值慢变下的非线性动力学行为。通过分析轴心轨迹、时域波形和幅频特性曲线等结果,发现卷绕头转子系统对因卷装不良引起的激励幅值慢变较为敏感,出现新的频率成分。进一步对比分析了不同节点处的振动频谱,其结果可为卷绕头转子系统动力学设计和故障识别提供一定理论支持。

老年髋部骨折手术延迟的影响因素分析及风险预测模型构建

目的:探讨老年髋部骨折手术延迟的影响因素,构建老年髋部骨折手术延迟风险预测模型。方法:选取2019年11月至2022年11月采用手术治疗的老年髋部骨折患者的病例资料进行研究,将纳入研究的患者按照2∶1的比例随机分为训练集(用于模型构建)和验证集(用于模型验证)。从病历系统中提取纳入患者的信息,包括年龄、性别、体质量指数、骨折类型、美国麻醉医师协会(American Society of Anesthesiologists, ASA)分级、伤前日常活动能力(activities of daily living, ADL)、是否服用影响凝血功能的药物、入院至手术时间、手术方式,是否合并精神障碍、高血压、糖尿病、呼吸系统疾病、心功能不全、肝功能不全、肾功能不全、电解质紊乱、尿酮体异常、下肢静脉血栓、凝血功能异常,以及入院后血清肿瘤坏死因子-α、C反应蛋白水平等。将训练集中的患者根据入院至手术时间分为早期手术组(入院至手术时间<48 h)和延迟手术组(入院至手术时间≥48 h)。先对2组患者的相关信息进行单因素对比分析,再对单因素分析中组间差异有统计学意义的因素进行多因素Logistic回归分析及多重共线性诊断;采用R软件基于贝叶斯网络模型构建老年髋部骨折手术延迟风险预测模型,并采用Netica软件进行贝叶斯网络模型推理。采用受试者操作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲线评价老年髋部骨折手术延迟风险预测模型的区分度,采用校准曲线评价老年髋部骨折手术延迟风险预测模型的校准度。结果:(1)分组结果。共纳入老年髋部骨折患者318例,训练集212例、验证集106例。根据入院至手术时间,训练集中早期手术组78例、延迟手术组134例。(2)老年髋部骨折手术延迟影响因素的单因素分析结果。2组患者ASA分级、是否服用影响凝血功能的药物及是否合并精神障碍、高血压、糖尿病、呼吸系统疾病、心功能不全、电解质紊乱、凝血功能异常的比较,组间差异均有统计学意义(χ~2=3.862,P=0.049;χ~2=26.806,P=0.000;χ~2=29.852,P=0.000;χ~2=21.743,P=0.000;χ~2=25.226,P=0.000;χ~2=5.415,P=0.020;χ~2=11.683,P=0.001;χ~2=14.686,P=0.000;χ~2=6.057,P=0.014)。(3)老年髋部骨折手术延迟影响因素的多因素分析及多重共线性诊断结果。多因素Logistic回归分析结果显示,服用影响凝血功能的药物及合并精神障碍、高血压、糖尿病、呼吸系统疾病、心功能不全、电解质紊乱、凝血功能异常均是老年髋部骨折手术延迟的影响因素[β=0.328,P=0.000,OR=5.112,95%CI(2.686,9.728);β=0.322,P=0.000,OR=5.425,95%CI(2.884,10.203);β=0.302,P=0.000,OR=3.956,95%CI(2.189,7.148);β=0.312,P=0.000,OR=4.560,95%CI(2.476,8.398);β=0.291,P=0.021,OR=1.962,95%CI(1.108,3.474);β=0.296,P=0.001,OR=2.713,95%CI(1.520,4.844);β=0.303,P=0.000,OR=3.133,95%CI(1.729,5.679);β=0.296,P=0.015,OR=2.061,95%CI(1.154,3.680)];多重共线性诊断结果显示,上述影响因素均不存在共线性(VIF=1.134,VIF=1.266,VIF=1.465,VIF=1.389,VIF=1.342,VIF=1.183,VIF=1.346,VIF=1.259)。(4)基于贝叶斯网络模型的老年髋部骨折手术延迟风险预测模型的构建与推理结果。基于贝叶斯网络模型构建的老年髋部骨折手术延迟风险预测模型包括8个节点、8条有向边。模型显示,服用影响凝血功能的药物及合并精神障碍、呼吸系统疾病、电解质紊乱、凝血功能异常直接影响手术延迟的发生,合并心功能不全、高血压、糖尿病间接影响手术延迟的发生;推理结果显示,患者合并心功能不全、凝血功能异常及精神障碍时,手术延迟发生率为64.1%。(5)老年髋部骨折手术延迟风险预测模型的评价结果。采用训练集数据进行老年髋部骨折手术延迟风险预测模型评价,ROC曲线下面积为0.861[P=0.000,95%CI(0.810,0.912)],灵敏度为91.29%,特异度为93.35%;校准曲线显示其一致性指数为0.866[P=0.000,95%CI(0.702,0.943)];采用验证集数据进行老年髋部骨折手术延迟风险预测模型评价,ROC曲线下面积为0.848[P=0.000,95%CI(0.795,0.901)],灵敏度为91.62%,特异度为92.46%;校准曲线显示其一致性指数为0.879[P=0.000,95%CI(0.723,0.981)]。结论:服用影响凝血功能的药物以及合并精神障碍、高血压、糖尿病、呼吸系统疾病、心功能不全、电解质紊乱、凝血功能异常均为老年髋部骨折手术延迟的影响因素,基于上述因素构建的老年髋部骨折手术延迟风险预测模型具有较高的应用价值。

励磁绕组与阻尼绕组耦合效应对大型同步调相机转子暂态电流特性的影响

针对大型同步调相机暂态分析时模型精度较低的问题,提出一种考虑励磁绕组与阻尼绕组耦合效应的同步调相机暂态分析精确模型。首先,通过引入特征电抗建立同步调相机考虑励磁绕组与阻尼绕组耦合效应的暂态分析精确模型,并基于励磁电流拟合对特征电抗进行求解。然后,通过三相短路与BC相间短路故障仿真,对比同步调相机传统模型与精确模型的转子暂态电流特性。最后,建立同步调相机机-网暂态仿真模型,分析系统送端交流母线电压波动时同步调相机精确模型的暂态运行特性。研究表明,考虑励磁绕组与阻尼绕组耦合效应时同步调相机转子暂态电流特性的精度更高。三相短路与BC相间短路故障后3个周期内,同步调相机暂态分析精确模型励磁电流峰值平均值的精度分别提高了27.27%和61.53%。

老年股骨转子间骨折术后严重并发症预测模型的构建及验证

背景:准确的围术期风险预测至关重要,目前针对老年股骨转子间骨折术后发生严重并发症的预测模型较少,医生和患者的临床决策缺乏依据,此次研究旨在开发针对老年股骨转子间骨折发生术后严重并发症的列线图,指导围术期临床决策。目的:探讨老年股骨转子间骨折发生术后严重并发症的危险因素,并构建风险预测模型。方法:回顾性分析2019年1月至2022年4月新疆维吾尔自治区人民医院老年股骨转子间骨折患者519例的临床资料,记录纳入患者的人口特征、术前化验指标和手术变量,研究结局为术后是否发生严重并发症。采用向前逐步法及似然比检验进行最佳预测模型的筛选,通过受试者工作特征曲线、Hosmer-Lemeshow拟合优度检验、决策曲线分析对模型进行准确性和稳定性评估,并绘制诺莫图。结果与结论:(1)美国麻醉医师协会分级、改良5项衰弱指数评分、C-反应蛋白与白蛋白比值、术前血红蛋白、年龄是老年股骨转子间骨折发生术后严重并发症的重要危险因素;(2)预测模型验证结果显示:建模组发生术后严重并发症的受试者工作特征曲线下面积为0.786,95%置信区间为0.722-0.850;验证组发生术后严重并发症的受试者工作特征曲线下面积为0.725,95%置信区间为0.640-0.808;(3)建模组和验证组Hosmer-Lemeshow拟合优度检验的P值分别为0.738和0.581,证明模型校准度良好;(4)决策曲线分析显示:当建模组和验证组的阈值概率分别为8%-58%和11%-54%时,对老年股骨转子间骨折患者进行临床干预后可能受益;(5)此次研究提出了一种有效的预测模型,该模型有助于个体化预测老年股骨转子间骨折术后严重并发症的发生,帮助临床医师采取个性化治疗措施。

计及风力发电机转速安全约束的DFIG一次调频模型预测控制策略

针对传统方法控制双馈感应发电机(DFIG)的调频效果过于依赖参数整定的问题,该文提出了一种基于模型预测控制(MPC),计及转速安全约束的风力发电机参与一次调频控制策略。该方法结合风力发电机动力学模型与频率响应模型建立预测模型,通过线性回归方法变参考值将风力发电机转速的稳定性纳入考虑。相较于虚拟惯性控制等方法将系统频率偏差与转子动能直接关联,该文方法通过建立全新的预测模型,实时统筹考虑整个系统的状态信息,无需反复调整参数,在考虑转速安全性的同时兼顾全局性能。最后,通过实际算例分析验证了该文调频策略的有效性以及相对现有方法的优越性。

吸振器与球平衡器并用控制转子不平衡振动的理论研究

球式自动平衡器(Automatic Ball Balancer,简称ABB)可以在临界转速以上区域完全消除转子未知不平衡量,但其缺点是在临界转速附近会引起大振幅的共振响应和不稳定振荡。为此增加动力吸振器(Dynamic Vibration Absorber,简称DVA)来克服其缺点,改善其抑振性能。以Jeffcott偏心转子模型为研究对象,根据拉格朗日方程建立了吸振器、球平衡器单独使用以及两者结合使用时控制转子不平衡振动的动力学方程,使用谐波平衡法理论求解新耦合系统的振幅表达式,并分析各参数对稳态幅频曲线的影响规律以获得较合适的参数,采用龙格-库塔数值方法计算得到稳态幅频特性图和瞬态振幅时域变化曲线。对比结果表明,两种手段并用的新方案有效降低了转子经过临界共振区时的振动水平,并使转子在临界转速以上区域衰减为零振幅,达到了融合两者优点的目的,具有更优良的抑振效果。

基于Kriging组合模型和NSGA-Ⅲ算法的转子裂纹参数识别

针对转子裂纹参数定量识别精度不足的问题,提出一种基于Kriging组合模型和非支配解排序遗传算法Ⅲ型(NSGA-Ⅲ)的转子裂纹参数识别方法。首先,基于动力学模型响应建立不同相关函数的Kriging代理模型作为候选模型库;其次,通过逐步回归模型筛选策略剔除性能不佳的模型并依据启发式权重加权获得最佳Kriging组合模型;再次,应用所提Kriging组合模型建立裂纹参数与裂纹转子系统响应的关系;最后,通过Kriging组合模型预测的响应幅值与实际响应幅值的差异构成多目标函数,利用NSGA-Ⅲ得到识别结果。结果表明:采用该方法识别裂纹参数的最大相对误差为2.5%;相比于基于单个Kriging模型和指数函数-高斯函数组合模型的识别方法,所提方法具有较高的适用性和精确性。

转子-机舱组合体模型对海上风机结构特征频率和地震响应的影响

转子-机舱组合体(Rotor-Nacelle Assembly,RNA)又称风机机头,常用的简化模型包括点质量(RNA_M)、偏心点质量(RNA_ME)、偏心点质量-转动惯量(RNA_MEJ)和刚性机舱-刚性叶片(RNA_RB)。该文基于NREL 5MW单桩式海上风机原型,使用Abaqus软件分别建立包含这四种RNA简化模型的风机模型,以刚性机舱-可变形叶片(RNA_FB)风机模型为基准,分析不同的RNA简化模型对风机结构特征频率和地震响应的影响。研究结果表明:对于只涉及支撑结构1阶模态的问题,四种简化RNA模型计算的频率均是准确可靠的;当涉及支撑结构的2阶模态或/和扭转模态时,应采用RNA_MEJ、RNA_RB或RNA_FB模型;当涉及支撑结构的更高阶模态时,应采用RNA_FB模型。对于风机结构地震响应分析,RNA_MEJ与RNA_RB模型计算的结构响应更准确,但它们的大多数结构响应峰值的最大相对偏差均超过了10%,在实际工程应用时应慎重使用这些RNA简化模型。

基于Jeffcott理论等效叶片组的叶盘模型建模方法及分析

转子系统建模时叶片与轮盘的耦合关系导致矩阵方程阶数过高,难以解析,通常情况下采用直接将叶片等效为附加转动惯量,再将叶片-轮盘作为刚性圆盘整体的方法,但是这种建模方法在高转速、长叶片的情况下会割裂叶片与转子之间的能量耦合关系,导致模型误差急剧增大。在考虑叶片与轮盘耦合的情况下,以一阶临界转速及模态近似为等效准则,将有限元模型中的周向环绕叶片组等效为正交各向同性的刚性圆环,并通过理论推导和计算得到等效后轮盘半径与原始叶片-轮盘模型之间的关系,并进行了ANSYS仿真对比。结果表明:等效方法可在显著降低原始叶片-轮盘模型自由度的同时保证等效模型的可靠性。