八角型螺栓球节点研发、配件标准编制和工程应用

高强度螺栓的“假拧”是螺栓球节点空间网格结构普遍存在的安全隐患及事故诱因之一。为此,提出一种空间网格结构用八角型螺栓球节点,并对其进行系统研发。介绍了该节点的组成、安装机理和主要优点。基于对该节点的研发成果,编制发布了其关键配件的产品标准——《螺栓球节点用八角型高强度螺栓和套筒》(T/CSCS011—2021),对该标准的主要编制思路和要点进行了介绍。最后介绍了该节点在珠海机场二号航站楼指廊屋盖网架中的应用情况,对采用该节点的网架和采用焊接球节点的网架进行了对比分析,结果表明,两种节点形式网架的力学性能和设计指标基本相当,八角型螺栓球节点网架的经济性更好。上述标准和节点的首次工程应用为该节点的推广奠定了良好基础。

基于遗传算法的自由曲面单层空间结构网格参数化自动生成及方向优化

自由曲面空间网格结构的力学性能和网格方向之间的联系复杂,难以快速直接地找到最优方向,若对结构网格方向进行多角度建模分析,则存在工作量大且准确性不易保证等问题。为了快速确定自由曲面空间网格结构的最优网格方向,提出一种基于遗传算法的自由曲面空间结构网格方向优化方法,以结构网格方向为优化变量,结合参数化建模软件Grasshopper和有限元分析软件SAP2000实现参数化分析,以结构应变能和结构最大位移两项力学指标作为优化目标,通过最小化目标函数实现结构网格方向优化。通过参数化编程,可实现快速自动优化,并结合工程案例,应用自动优化方法进行网格优化。结果表明:基于遗传算法的自由曲面空间结构网格方向自动优化法具有实用性和高效性,具有较高的工程应用价值。

基于自适应字典校正的稀疏恢复STAP算法

空时自适应处理(Space-Time Adaptive Processing,STAP)技术在时间维(脉冲维)和空间维(阵元维)联合进行信号处理,以实现动目标检测功能。但是,传统STAP技术的计算复杂度非常高,而且在优化处理信号过程中需要大样本的支撑,在实际的工作场景中,杂波环境复杂易变,不易获取足够多的独立同分布样本,因此杂波抑制效果较差。稀疏恢复空时自适应处理(Sparse Recovery Space-Time Adaptive Processing,SR-STAP)算法可以利用很少的训练样本实现杂波抑制,但大多数SR-STAP算法的计算量巨大,运行速度慢,算法实时性不高。此外,SRSTAP算法需要对连续空时二维平面进行离散化处理,将空时二维平面划分为很多细小的网格,由于真实的杂波在空时平面上是连续分布的,同时考虑雷达接收信号中噪声、系统参数误差等因素的影响,真实杂波点与离散化网格点之间一定存在着偏差,会造成网格失配现象,导致SR-STAP算法杂波抑制性能下降。针对此问题,本文提出了基于自适应字典校正的稀疏恢复STAP算法。该算法首先通过子空间投影法筛选出与杂波最相关的原子;然后围绕选定原子由粗到细进行自适应局部网格划分,按照局部网格迭代选优准则,不断调整选择局域内的最优原子,直到满足迭代终止条件,以匹配真实的杂波点;最后利用选定的最优原子对应的空时导向矢量构造杂波子空间,更新噪声子空间上与杂波子空间正交的投影矩阵得到STAP权值。仿真实验表明,所提算法与传统SR-STAP算法相比,具有更高的稀疏恢复精度,更快的运行速度,改善了STAP性能。

基于误差幅空特性分析的空间负荷预测误差评价方法

对空间负荷预测误差进行有效评价是客观认识预测结果,指导预测结果合理应用的前提。然而,现有空间负荷预测误差评价的研究存在对误差的空间分布不考虑或考虑不充分导致评价不准确的问题。为此,提出一种基于误差幅空特性分析的空间负荷预测误差评价方法。首先,从空间负荷预测误差幅值大小和空间分布对电网规划影响的角度出发,对误差的幅空特性进行详细分析;其次,利用运输问题的数学模型来表征正负误差的幅空抵消特性,使用各空间邻近度–幅值误差值曲线与x轴围成面积之和来表征剩余未抵消误差的幅空叠加特性;然后,分别通过伏格尔法和各梯形面积累加公式来计算正负误差的幅空抵消影响值和剩余未抵消误差的幅空叠加影响值,并在此基础上构建空间负荷预测误差评价指标;最后,基于误差对电网规划的实际影响给出对误差评价指标性能的检验方法。算例分析表明,与传统方法相比,该文所提误差评价方法从幅值和空间两个维度实现了对空间负荷预测误差更为全面的评估,与误差对电网规划影响的实际情况贴近度更高。

考虑交直流谐波耦合的并网逆变器建模与分析

可再生能源的大规模开发利用使得逆变器在电网中的比例越来越高,逆变器与电网间谐波交互作用也愈加频繁和复杂。针对传统的建模方法无法体现逆变器与电网间谐波交互耦合的问题,文中基于谐波状态空间(HSS)理论对三相并网逆变器进行建模,该模型将交直流侧的多个频次谐波考虑在内,具有较高的精度。基于HSS模型推导出输入到输出的谐波传递函数矩阵,建立逆变器交直流谐波耦合导纳幅值图,探究交直流谐波耦合关系。然后,提出了一种适用于闭环控制系统的三相并网逆变器小信号HSS建模方法,通过计算特征值对系统稳定性进行评估以及对振荡频率进行预测。最后与MATLAB/Simulink仿真结果进行对比,验证了所建立HSS模型的准确性和系统稳定性分析的正确性。

基于OpenSEES的圆钢管与螺栓球组配件的抗震性能研究

空间网格结构的超低周疲劳破坏隐患直接威胁着强震时数以万计的该类建筑安全性能。基于OpenSEES有限元分析软件,针对12根两端带螺栓球节点的钢管在大位移循环加载试验下的超低周疲劳性能进行数值模拟,分析得出计及节点影响、杆件双重非线性及材料疲劳损伤对螺栓球节点的圆钢管杆件滞回性能、力学指标及耗能性能等超低周疲劳性能的影响。结果表明:加载制度对于试验构件的超低周疲劳性能有直接影响,数值模拟与试验结果相近,所采用的疲劳损伤本构能够较为准确地描述构件超低周疲劳特性。

基于空间网格划分的地杂波建模新方法

雷达型空空导弹具有全天候、全空域作战能力,具有较强的低空下视能力。在导弹下视攻击时,地面多普勒杂波会影响导引头对真实目标的检测。针对高重频脉冲多普勒雷达导引头,提出了一种基于空间网格划分建立地杂波模型的新方法,以天线波束指向为中心,围绕天线主瓣在三维空间划分网格,之后计算投影到地面的网格面积,根据雷达方程建立回波信号模型。通过理论推导,给出了影响地杂波强度的主要因素,包括导弹距地面高度、导引头波束擦地角和地面反射率等。最后通过建立数字仿真模型验证了方法的正确性。该方法可以在保证杂波形态一样的同时减少仿真时间。

融合机器学习的空间结构智能损伤识别理论研究

为应对大跨空间网架损伤定位中动力指纹同损伤情况之间非线性映射关系难以求解的问题,依托实际工程模型验证了一种基于径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络的改进空间结构损伤识别方法。该方法首先建立初始损伤工况同动力指纹数据间的映射,通过对比改进前后对验证工况下实测数据对应杆件的损伤指数识别,发现此方法能够提高网架杆件损伤预测结果10%左右的精确度,从而更快更准确地解决大跨空间结构损伤定位问题。

构网型并网逆变器状态空间建模及稳定性分析

随着“双碳”目标的提出与逐步实施,作为新能源发电单元接入电力网络的重要接口元件的并网逆变器稳定性问题凸显。目前,电网大部分采用跟网型并网逆变器,然而弱电网中跟网型并网逆变器与锁相环、电网间存在耦合,严重影响系统稳定性。构网型并网逆变器在弱电网中较跟网型并网逆变器表现出更强的适应性,但现阶段构网型并网逆变器状态空间模型的相关论述较少,基于状态空间模型的构网型并网逆变器稳定性分析也不够深入。针对这一空缺,首先详细呈现构网型并网逆变器状态空间建模的相关细节,包括功率控制环、电压控制环、时滞环节和LCL滤波环节;然后,复现构网型并网逆变器失稳现象,并基于所提模型开展参与因子分析,验证模型有效性;其次,基于模型对构网型并网逆变器主要环节参数变化引起的失稳问题进行分析;最后,在Matlab/Simulink中搭建改进的IEEE 4节点三相平衡电网系统进行仿真,进一步验证模型有效性和实用性。

时空网格(ST-GRID)移动对象数据库模型

有效的存储和查询数据库管理系统中的移动对象受到了大量的关注,有一些是针对管理移动对象动态改变信息的应用。在本文中,把时间和空间变换成时空网格模型(ST-GRJD),把移动对象的运动轨迹转换成时空网格上的折线,用这种存储结构来管理移动对象,并给出产生折线轨迹的RippleInsert算法及移动对象突然改变目的地的解决方案。

弱电网下多源构网型变流器协同控制方法

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)作为构网型控制的主要技术之一,可为电网提供惯量支撑,但由于变流器单机容量有限,当系统需要更大的惯量支撑时,需要多VSG并联运行,因此多VSG并联的协同控制备受关注。基于此,建立了VSG多机并联的状态空间模型,通过状态变量矩阵的特征值分析系统稳定性。同时,提出了基于模型预测控制(model predictive control,MPC)的多VSG并联协同控制策略,引入角频率差与功角差作为性能指标设计目标函数,求解所需最佳有功额定增量,通过功频系数对输出角频率进行动态修正,实现对输出频率的主动支撑,有效抑制了VSG并联造成的系统频率波动,提高了电网的稳定性。结果表明,相较于传统的VSG并联系统,所提出的MPC-VSG并联控制方法可缩短系统暂态响应时间,提高系统在暂态下的鲁棒性。仿真结果验证了该方法的有效性。

超临界CO_(2)板式扩散焊矩形微通道换热器扰流格栅结构优化研究

为提升超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO_(2))布雷顿循环系统中印刷电路板式换热器(printed circuit heat exchanger,PCHE)的流动传热综合性能,该文通过数值模拟的方法,基于一种全蚀刻工艺的新型矩形截面PCHE,建立以冷热通道换热单元为研究对象的数学物理模型。研究不同运行工况下,通道内扰流格栅间距对S-CO_(2)流动传热特性的影响机理和影响规律。结果表明:不同格栅间距的热通道内S-CO_(2)的流速均沿程逐渐减小,而冷通道内S-CO_(2)的流速反而沿程逐渐增大。冷热通道内的流动摩擦阻力系数(f)和努塞尔数(Nu)均随着格栅间距的增大而逐渐增大,但不同格栅间距的冷通道内的f和Nu均大于其对应的热通道内的f和Nu。当格栅间距为5.97 mm时,矩形截面通道具有相对最优的综合性能,可以在阻力损失较小的情况下实现强化换热。研究结果可为全蚀刻工艺矩形截面PCHE的性能提升和结构优化提供理论依据和数据支撑。

树状空间网格钢结构的模块化建造全过程模拟

新颖的建筑造型和严苛的施工环境对传统建造方法提出了挑战。基于某树状空间网格钢结构项目,提出了一种模块化建造施工方案,即预先对结构进行施工段分解,然后借助龙骨支撑架配合拉索将结构施工段逐块叠加、逐层安装。为了验证方案安全可行,借助有限元分析软件,对树状空间网格钢结构模块化建造过程中的结构施工段进行静力分析,并对“树干”和“网壳”的各施工段和整体结构进行了考虑初始几何缺陷和材料弹塑性的双重非线性的稳定性分析,模拟结果均满足规范要求。静力分析和稳定性分析的结果表明:树状空间网格钢结构的模块化建造受力合理,方案安全可行。

机场复杂空间曲面钢网格结构屋盖施工关键技术

针对乌鲁木齐地窝堡国际机场换乘中心屋盖钢结构造型复杂、用钢量大、施工精度要求高、支撑结构形式多样等特征,提出复杂空间曲面钢网格结构施工技术与控制方法。综合开发超大型整体提升技术、分段拼装技术、数字化预拼装与管理技术等,高效解决了复杂异形钢结构施工难题。利用有限元软件MIDAS与ANSYS进行了施工全过程数值分析,对提升施工全过程中各构件内力与变形进行了验证,结果表明,各构件内力与变形均满足设计要求,成功完成了复杂空间曲面钢网格结构施工。

巨型LEO星座的时不变拓扑与航点路由设计

LEO卫星网是6G空地一体通信的重要组成部分,在带来低成本广覆盖等应用优势的同时,面临高动态和快切换等技术挑战。虽然卫星规律运动,星座图时变性也有章可循,但天基网的规模远高于地面网,不能简单延用因特网现有路由技术。综合应用快照变换和虚拟节点法,以卫星及星际链路为参考系,通过3步位置变换和极区收缩处理,得到巨型LEO星座的时不变拓扑,证明完全格网的适用性,并应用航点路由机制设计了本地卫星固定式路由算法,进一步给出了格网星座与循环图的同构性以及结构优化的探索方向。

钢结构网架屋面增材制造接头的拓扑优化设计与分析

设计了一套用于空间网架结构钢接头参数拓扑优化(TO)设计、数值分析和增材制造的计算机辅助工作流程。通过参数化有限元(FEA)分析,对优化节点的结构性能进行了研究。考虑了影响柔度、最大位移、最大应力和应力分布的不同变量和参数。分析表明,目标体积决定了节点的结构行为,而过滤半径影响优化节点的几何细节。通过一个具有数百个钢接头的双层空间网架结构参数化优化设计框架,验证了所提工作流程的实用性。该工作流程自动化程度高,设计灵活性和集成度高,移植能力强。

某既有体育馆空间网架结构的检测与鉴定分析

基于北京市某体育馆工程实例探讨了既有空间网架结构的检测鉴定。根据现行钢结构检测技术标准及设计规范,对该空间网架结构进行检测并对其安全性和抗震性进行鉴定分析,为空间网架结构的检测鉴定提供了重要的理论价值和工程实用意义。

大空间网架结构在公共建筑中的应用

很多公共建筑需要建成大跨度空间,利用大空间网架结构对屋面进行施工是合适的选择。以某飞机场的航空楼项目屋面网架结构施工过程为对象进行分析,首先对工程案例基本情况进行介绍,然后从安装准备工作、网架结构整体吊装、高空散装安装施工三个层面研究了相关安装流程以及关键技术,最后从质量和安全两个角度提出了有效的控制措施,为项目的顺利与安全推进奠定了良好基础。