汽车涂层样本单颗粒冲击破坏仿真分析

研究汽车涂层在冲击载荷下的破坏现象,对于预测涂层抗石击性能以及指导涂层结构设计和优化具有重要意义。建立了汽车涂层样本单颗粒冲击破坏有限元模型,使用自主开发的显式有限元求解器模拟汽车涂层冲击破坏过程。涂层层内破坏、基底与涂层界面分离破坏模式的仿真结果与试验结果的良好一致性,验证了仿真分析方法的有效性,揭示了涂层在冲击载荷下的层内破坏与界面分离破坏的失效机理。

工程降水对钻孔应变的干扰特征及干扰机制研究

抽水干扰在钻孔应变观测中常见且影响显著,为了能真实捕捉到地震前兆信息,须对其干扰机制进行研究.随着城市化进程,基坑工程及其伴随的工程降水逐步增多,工程降水对钻孔应变的干扰比普通单井抽水干扰更为严重.工程降水对钻孔应变观测有何干扰特征、干扰机制如何、干扰数据能否修复等问题对地震异常的探测具有重要意义.本文基于莱阳体应变受到附近御龙湾项目工程降水干扰的观测案例,研究了工程降水的干扰特征,修复了干扰畸变,通过数值模拟确定了干扰机制.结果表明:(1)工程降水在干扰体应变趋势变化的基础上叠加了方向明确、量级稳定的固体潮畸变,可以通过一阶差分逆运算进行修复.修复固体潮畸变并扣除背景速率后,工程降水干扰量级达-15.65×10^(-9)/d;(2)通过建立基于集中载荷模型的网格算法,模拟出工程降水在体应变异常初期和后期分别产生6.61×10^(9) N和1.73×10^(10) N的集中力载荷,干扰量级明显大于常见的单井抽水干扰,压性干扰集中于体应变仪与抽水井连线的垂直方向;(3)通过固体潮畸变特征及力学机制分析确定了工程降水造成固体潮畸变的干扰机制为"抽水引起压性趋势下降—抽水暂停引起张性台阶上升—抽水引起压性趋势下降"周期行为,固体潮畸变时间间隔(频次)和钻孔水位之间呈显著同步特征,线性系数为0.737.

双锚片螺旋锚倾斜拉拔承载特性与承载力计算方法研究

目前对多锚片螺旋锚倾斜拉拔承载特性机制的认识尚不全面,承载力计算方法也还不成熟。采用自制模型试验装置开展了双锚片螺旋锚的多角度倾斜拉拔模型试验,分析了荷载倾角、埋深比对荷载−位移曲线和抗拔承载力因子的影响规律。通过量化水平向和竖向的控制程度分析了两个方向的耦合效应;基于数值模拟标定了锚片间距和荷载倾角对锚片上土压力的影响,提出了锚片上土压力影响系数计算方法,引入考虑位移影响的土压力近似计算方法和p-y曲线法,构建了双锚片螺旋锚倾斜拉拔力学模型,提出了双锚片螺旋锚倾斜拉拔承载力计算方法和相应步骤,并在3个试验案例的计算中取得了较好的效果。所提模型和计算方法的研究思路可推广至其他多锚片的情况,但螺旋锚需满足属于刚性短桩的前提条件。

易县地震台伸缩仪NE分量异常分析

易县地震台伸缩仪NE分量自2022年10月以来变化趋势发生转折,呈现张性趋势变化,总体变化幅度达2.1×10-6。为明确异常变化的原因,对观测数据质量和环境干扰等影响因素进行分析论证,利用不同的荷载模型定量计算3项干扰源对伸缩仪产生的应变影响。综合各项因素认为,易县地震台伸缩仪NE分量的异常变化为前兆异常的可能性较大,需要对该测项的后续变化加强跟踪分析。

串珠状溶洞数量影响灌注桩顶部水平受拉特性试验研究

采用室内模型试验,对比研究串珠状溶洞数量对灌注桩顶部水平受拉特性的影响,为岩溶强发育区嵌岩桩的水平承载力设计提供试验依据.结果表明:1)桩顶水平荷载相同时,上部土层段桩身水平位移、桩身弯矩(峰值)、桩侧土抗力随溶洞数量的增多而增大,单桩水平承载力随溶洞数量增多而明显减弱.2)上部土层段桩身水平位移随桩顶水平荷载增大而增大,桩顶水平位移最大,嵌岩段很小甚至为0;弯矩M-深度z曲线整体呈抛物线形,桩身弯矩在土岩界面和上层溶洞与底板界面呈现2个峰值,弯矩的变化仅仅影响到上层溶洞及其底板,第2层溶洞及其以下的弯矩几乎为0,土岩界面弯矩最大、截面最危险;土抗力p-深度z曲线呈“凸肚”形.3)溶洞数量增加,位置越高,p-y曲线越容易收敛,可以采用p/pub=α(y/y50)β拟合土层段的桩身p-y曲线.溶洞数量对α与β值变化幅度的影响较小,α与β值变化幅度体现p-y曲线随深度变化的敏感度,两者敏感度随溶洞数量增多而增大.4)工程桩刺穿串珠状溶洞时,为了提高单桩水平抗拉能力,建议采用注浆法改善上部岩土性质,加大土岩界面处桩身配筋率,并将桩身嵌入上层溶洞底板一定深度,防止基桩在土岩界面处发生弯曲破坏.

一种考虑光伏发电系统的广义综合模型

分布式光伏发电系统(photovoltaic generation systems,PVGS)深刻影响了配网侧综合负荷特性,研究考虑分布式光伏发电系统的配网侧广义综合负荷模型是解决分布式光伏发电系统参与电网仿真的有效途径。简述了光伏电池模型及PVGS的并网控制策略,基于MATLAB/Simulink搭建了PVGS仿真平台;通过仿真并分析PVGS动态特性,提出一种适合广义负荷建模的PVGS外特性等效模型——恒功率并联过阻尼状态的电阻、电感及电容(resistance-inductance-capacitance,RLC)串联电路,进行并通过了有效性检验;将PVGS等效模型并联经典综合负荷模型(classic load model,CLM),构建了考虑分布式PVGS的配网侧广义综合负荷模型。通过对比分析此广义综合负荷模型与已有广义综合负荷模型的描述性能,仿真表明本文模型的精确性更好,尤其是多场景下的描述能力;讨论了模型参数的稳定性,结果表明稳定性良好。

含润滑移动载荷系统的三维动力学分析

含润滑的移动载荷系统在实际工程中十分常见,而这种系统的动力学特性研究却鲜有报道。因此,提出一种三维润滑振动耦合动力学模型,用于分析含润滑移动载荷系统在激励下的结构振动响应。三维润滑振动耦合模型分别由润滑模型和多柔体动力学模型组成,通过将两模型计算结果相互传递来实现耦合,并通过迭代算法求解。此外,设计并制造相应实验装置。通过将根据模型计算和实验测量得到的结构在激励下的振动响应进行对比,以验证模型的准确性。对比结果显示:采用该模型能够准确预测结构的阻尼振动周期与振幅衰减时间,振动幅值相差不超过2.22 dB,可以满足工程精度要求。最后,利用三维润滑振动耦合模型分析移动载荷速度对结构振动的影响,结果表明:随着载荷移动速度增加,结构阻尼振动最大加速度幅值基本不变,但阻尼振动衰减时间大幅减小。

多类型灵活资源的建模与分层式协调控制架构

电力需求侧可控的负荷、发电和储能资源统称为灵活资源,这些资源对智能电网的优化运行和消纳新能源发电具有重要作用。首先提出了一种通用灵活资源模型,该模型能够统一描述需求侧居民、商业、工业多类型灵活资源的特性,并能同时描述大规模灵活资源的集总用电需求。基于所提的通用灵活资源模型,构建了一种包含日前和实时阶段大规模多类型需求侧灵活资源的分层协调控制架构,该构架考虑了垂直调度和电力市场条件下电力系统的运行机制,在2种运行机制下都能够有效地利用多类型灵活资源的可调节能力提升电网整体的运行效率。将所提灵活资源模型嵌入到IEEE 30节点系统的机组组合问题中进行仿真,验证了所提分层式协调控制架构的有效性。

电动汽车驱动电机与负载模拟系统建模及电弧故障仿真研究

电弧故障是引发电动汽车电气火灾的重要原因之一。电动汽车行驶工况复杂,电机及其驱动系统电压高、电流大,且其电弧故障随机性强、隐蔽性高导致真车故障实验难以开展,因此提出一种借助小功率电机与负载系统模拟故障的方法,以便快速开展大量实验,研究电弧故障特性。首先,在电动汽车负载转矩计算和等效缩放的基础上搭建了模拟实验平台,采集三相永磁同步电机线路串联电弧故障电流。其次,运用MATLAB软件构建空间矢量脉宽调制控制的电动汽车驱动电机与负载模拟系统,引入Cassie电弧故障模型并进行改进,对电动汽车三相永磁同步电机线路串联电弧故障展开仿真分析。最后,采用基于平肩宽度占比和小波包分解能量占比的特征提取方法,将仿真数据与实测数据进行比较并定量评价。结果表明,所提出的高斯电弧故障复合模型的相对平均误差最小,仅为7.6%。所构建的仿真系统可有效模拟实际线路的电弧故障,对电动汽车电气火灾的防控具有重要意义。

基于三维有限元模型的人体全腰椎振动特性研究

振动暴露被认为是诱发腰椎退行性病变和下腰痛的重要原因,本研究旨在探寻振动载荷对腰椎生物力学的影响。基于人体腰椎L1节段至骨盆(L1-pelvis)的CT扫描数据,重构L1-Pelvis三维几何模型。对该几何模型进行网格划分和材料特性赋值,建立L1-Pelvis三维有限元模型,并利用可获得的实验数据对模型的有效性进行验证。基于该有限元模型,通过瞬时动态分析计算出腰椎各运动节段在幅值40 N,频率5 Hz轴向正弦振动载荷作用下的力学响应,并与-40 N和+40 N轴向静态载荷作用下的结果进行对比,响应参数包括椎体轴向位移、纤维环膨出变形和纤维环基质冯·米塞斯应力。研究结果表明,相比于静态载荷,振动载荷下腰椎各运动节段的椎体轴向位移、纤维环膨出变形、纤维环基质冯·米塞斯应力的幅值分别增加了0.550~1.020 mm、0.124~0.251 mm、0.043~0.099 MPa,最大增幅分别可达195.0%、175.7%、151.4%。从量化角度说明振动载荷下腰椎发生损伤的风险更高。

双参数层状地基中水平动荷载和扭转振动组合作用下受荷桩受力变形分析

为了更准确地分析桩顶在承受水平动荷载H(t)和扭转振动T(t)组合荷载作用下的受力变形特性,基于Pasternak模型,考虑多向荷载间的相互作用,建立层状地基中H(t)-T(t)受荷桩简化分析模型。利用有限杆单元法推导出桩身内力位移数值解,并与已有相关理论解、模型试验和有限元模拟结果进行对比验证。参数分析表明:(1)与Winkler模型计算结果相比,考虑土体剪切效应后,桩顶水平位移和桩身最大弯矩分别减小了11.8%和10.5%。(2)增大外荷载无量纲频率可减小桩身水平位移和弯矩,但同时会减小H(t)-T(t)耦合刚度。(3)在层状地基中,表层土对桩身内力位移的影响最大,且存在临界影响深度,表层硬土的临界影响厚度是表层软土临界影响厚度的3.5~6.5倍。(4)采用杆单元模型可减少单元划分数量和计算时间,有效提高计算效率。

黏接结构在扭转循环载荷下力学行为的试验与理论研究

在应变控制的试验条件下,对圆柱形中空对接试件进行了扭转循环加载的试验,分析了平均剪应变和剪应变幅值对黏接结构的扭转循环应力松弛和软化的影响.试验结果表明:在扭转循环载荷作用下,黏接结构的应力-应变响应曲线形状为下凹形,说明该黏接结构在扭转循环载荷下黏接界面的变形较小,且黏接结构出现了扭转循环应力松弛和循环软化情况.松弛应力在初始阶段下降较快,但随着循环次数的增加逐渐稳定.循环软化在循环加载的初始几圈较为严重,随着循环圈数的增加而减弱.平均剪应变与剪应变幅值的增大都会导致黏接结构的扭转应力松弛与循环软化加剧.此外,通过此黏接结构在扭转循环载荷作用下的力学行为试验分析,本文提出了一个可描述黏接结构在扭转循环载荷下力学响应的非线性黏-弹性循环模型,考虑了扭转循环应力松弛及循环软化的变化规律,以及平均剪应变与剪应变幅值对其力学响应的影响.通过模型计算结果与试验曲线对比,可以看出模型计算的应力-应变响应循环曲线与试验曲线重合度较好,证明该模型可以较好地描述黏接结构在不同循环载荷条件下的力学行为.此研究结果可为黏接结构及相关复合材料疲劳损伤的预测与评价提供试验和理论支持.

不同嵌岩深度下抗拔桩承载特性研究

以广东省江门市某工程为例,通过有限元分析软件ABAQUS,结合地勘报告及现场对桩基进行抗拔静载试验得出的荷载–位移曲线图,建立抗拔桩三维有限元模型进行数值模拟计算分析,研究不同嵌岩深度增量下抗拔桩的承载特性。研究成果表明:增加嵌岩深度可在一定程度上提高桩基抗拔承载力,但二者之间并非呈线性增长关系。当嵌岩深度增量为3D时,相较于原试桩的桩顶位移量减小54.2%,抗拔承载力提高105.2%,对桩基抗拔承载力的提高效果尤为显著。

基于一致性算法的柔性负荷参与调频方法研究

为提高可再生能源消纳能力,提出利用柔性负荷平衡功率缺额进行频率调节的方法。在新能源发电功率、日刚需负荷的多时间尺度预测结果基础上制订火力发电厂的出力计划与调度计划,随着时间尺度越接近,预测结果越精确,功率缺额越小,因此可采用一致性算法实时优化柔性负荷进行调频。首先建立调度层、负荷代理协调层及响应层3层调频控制架构,通过分布式负荷代理协调柔性负荷的需求响应。然后建立储能型柔性负荷、开关型柔性负荷的调度成本模型。最后以增量成本为一致性变量,调度成本最小为目标函数,进行分布式负荷代理的功率分配。仿真结果表明,该方法可实现在各负荷代理间进行功率缺额分配,并实现调度成本最低。

浮式风力机若干特征动力学问题综述

总结浮式风力机类型及其对应的特征动力学问题,针对浮式风力机气动荷载、水动荷载的计算方法以及结构动力学、控制动力学典型问题进行论述。讨论了气动—水动—结构—伺服耦合分析的难点,重点分析了二阶波浪力、畸形波等非线性波浪荷载、流荷载及涡激运动对浮式风力机特征动力响应的影响。阐述了浮式风力机动力学研究的试验方法、数值仿真方法、样机测试方法,并对模型试验技术的相似理论、气动模型的实现和难点以及数值仿真的频域方法、时域方法和分析工具进行了归纳对比。研究表明:浮式风力机多场、多体耦合动力分析机理及相关技术仍不成熟,气动荷载、高阶非线性波浪荷载耦合模型的建立是动力学问题研究的重点,数值仿真及模型试验是浮式风力机动力响应研究的主要方法,样机测试技术的积累将促进设计标准的完善及浮式风电的产业化发展。

钙质砂地基中群桩基础荷载传递特性研究

为研究钙质砂地基中群桩基础承载过程中的性能特征,开展不同桩距条件下群桩基础静载试验.得到不同桩距条件下群桩的Q-S曲线和S-lgt曲线,测得3d、4.5d、6d(d为桩径)群桩在静载条件下的极限承载力F_(u),研究各个桩段的桩身轴力、桩侧摩阻力以及桩端阻力的变化趋势.研究结果表明:群桩的Q-S曲线为缓变型,S-lgt曲线为渐变型,桩基承载变形大致分为稳定、渐进以及破坏3个阶段,相较于3d群桩,4.5d、6d群桩沉降发展更缓慢,F_(u)更高;同等桩距下,钙质砂地基表现出比陆源砂地基更强的群桩效应,钙质砂地基中群桩最佳桩距应在4.5d~6d之间.该研究为群桩在钙质砂地基中的应用提供数据支撑和理论参考.

复杂载荷、极端环境下焊接结构疲劳寿命预测研究综述

焊接接头易出现缺陷和应力集中,在疲劳载荷作用下将成为疲劳裂纹萌生和扩展的薄弱区域。与均质材料相比,接头各区域微观组织及应力局部化使得焊接结构疲劳问题进一步复杂化。区别于理想实验条件,实际焊接结构服役环境复杂,疲劳寿命预测须考虑环境因素与焊接结构耦合特性。为此,对影响焊接结构的内在因素进行总结分析,从复杂载荷和极端服役环境两方面对现有焊接结构寿命预测模型进行综述,结合最新研究进展对改进焊接结构疲劳寿命评估方法提出建议。

基于应变测试矿用汽车车架结构优化设计分析

矿用铰接车采用液压举升机构实现货物卸载,受力情况复杂,对车架结构影响大且要求高。针对某自卸车后车架和货箱在不同运行条件下的承载特性进行分析,获取各工况的载荷情况和边界条件;根据前述分析,建立后车架和货箱的有限元分析模型,选取多个典型工况开展分析,获取应力应变的分布情况;采用材料升级、圆角优化及焊接工艺提升等,针对应力集中和较大位置进行优化设计,降低应力值,保证安全裕度满足要求;采用直角应变测试法,针对实际自卸车车架开展应力测试,在分析的关键位置布置应变片,选取典型工况开展测试,并与仿真结果开展对比。结果可知:自卸车铰接点和液压举升缸鹅颈支撑处应力较大,并且出现了应力集中,但均在许可范围之内;采用厚度提升、直径增大及焊接工艺提升等方法,有效提升应力分布,最大值明显降低;实车测试和仿真分析,满载工况应力分布基本一致,最大值误差低于5.8%;优化后结果明显低于优化前;结果表明分析模型和优化方法的可靠性,为此类分析设计提供参考。

基于减载风电和储能的双层模型预测控制风电波动平抑策略

储能在平抑风电功率快速波动过程中频繁地充放电和过高地放电将深度影响储能寿命。为此,提出一种减载风电和储能协同平抑风电功率的方法,利用减载风电出力来减小储能充放电切换次数和放电深度。建立风储系统模型,利用双层模型预测控制优化方法:上层控制基于风功率预测数据进行滚动优化,在满足风电并网波动要求基础上,以储能和减载风电总出力最小为目标函数,通过模型预测控制方法求得储能和减载风电总功率;下层控制以储能功率变化率最小和出力能力最大为目标函数,通过模型预测控制方法分配储能和减载风电出力。最后对某风电场进行仿真研究。结果表明,所提控制策略使储能寿命和出力能力得到有效提升。

储煤筒仓内钢制螺旋溜槽脱落事故分析

螺旋溜槽是块煤仓防碎的重要手段,但在其应用过程中,事故的发生却屡见不鲜。针对某储煤筒仓内钢制螺旋溜槽脱落事故,在现场踏勘的基础上,通过检测、有限元分析和理论计算,分析了钢制螺旋溜槽脱落的原因。结果表明:荷载取值不当是造成此次事故的直接原因,而框架和溜槽结构选型和连接构造不合理是间接原因。溜槽支架宜采用多边形框架结构,也可加设框架间支撑体系;其结构宜选用底板宽度较小的U形或L形;计算时,应取溜槽底板投影一个螺距范围内的全部贮料重力且应考虑放料时的动压;螺旋溜槽计算模型应按空间螺旋曲梁计算,并充分考虑扭矩的影响。