Modeling of 4H-SiC multi-floating-junction Schottky barrier diode

This paper develops a new and easy to implement analytical model for the specific on-resistance and electric field distribution along the critical path for 4H-SiC multi-floating junction Schottky barrier diode. Considering the charge compensation effects by the multilayer of buried opposite doped regions, it improves the breakdown voltage a lot in comparison with conventional one with the same on-resistance. The forward resistance of the floating junction Schottky barrier diode consists of several components and the electric field can be understood with superposition concept, both are consistent with MEDICI simulation results. Moreover, device parameters are optimized and the analyses show that in comparison with one layer floating junction, multilayer of floating junction layer is an effective way to increase the device performance when specific resistance and the breakdown voltage are traded off. The results show that the specific resistance increases 3.2 mΩ.cm2 and breakdown voltage increases 422 V with an additional floating junction for the given structure.

多连通域浮式平台波浪载荷水池模型试验研究

大型多连通域浮式平台的典型代表是大型海上旅游浮式综合体,依据概念设计,开展大型多连通域浮式平台的波浪载荷水池模型试验研究,试验对不同海况下4种典型多连通域浮式平台方案进行波浪载荷测量,包括剖面的垂向弯矩、水平弯矩和扭矩等,通过观察试验现象和分析测量数据,获得了不同方案大型多连通域浮式平台的波浪载荷特性。试验结果表明:由于平台质量大、振动阻尼大,所以高频载荷成分小;平台在自由状态下载荷值基本都小于平台只释放垂荡状态载荷值;在方案四高波高状态下,平台波浪载荷的高频成分包含了波浪的非线性、约束柱与平台之间的耦合、平台自身的高频振动等。研究成果可为大型海上旅游浮式综合体的结构设计提供设计载荷输入,支撑平台的强度校核评估。

海上浮式风机多体系统耦合动力模型研究

海上浮式风机是近年来随着海上风电的快速发展,为了捕获深海更丰富、更持久的风能而提出的一种风力发电装置,已成为当今风能开发的主要方向。作为一种多体系统,由于海上浮式风机结构特殊,加上环境复杂,对其进行准确的计算和分析尤为重要。本文对海上浮式风机的耦合动力模型进行了研究,建立了复杂工况下Spar型海上浮式风机改进的14-DOF耦合动力模型,包括气动力模块、水动力模块和结构分析模块等,用于扩展其适用范围和准确计算风机的动力响应,并通过数值仿真对所建模型进行了分析和验证。主要的改进有:不对平台和塔架的转动角度作小量近似,扩展其适用范围;考虑角速度和欧拉角速度的换算关系,不作等化处理。此外,所建模型考虑风机叶片扭转角对叶片变形的影响,得到了较为准确的叶片面内外响应。同时采用线性势流理论对水动力进行计算,较之Morison方程适用性更广。仿真分析表明,本文所建模型可以更准确地计算海上浮式风机系统的动力响应,且具有更广的适用范围。

风浪联合作用下分布式调谐质量阻尼器对海上半潜漂浮式风机的减振控制

海上半潜漂浮式风机在复杂深海环境下产生有害振动会威胁风机的安全性和耐久性,针对该问题并结合美国NREL的5 MW样机的漂浮平台几何结构构造,提出利用分布式调谐质量阻尼器(Tuned Mass Dampers,TMDs),即分别在漂浮平台的3根浮筒中布置TMD,形成等边三角形布置,对随机风浪联合作用下海上半潜漂浮式风机的平台纵摇振动进行控制。为了更好地描述分布式TMDs对海上半潜漂浮式风机的减振效果,基于拉格朗日方程和模态叠加法,对海上半潜漂浮式风机-TMDs耦合系统提出并建立了9自由度多体动力学模型。基于H_(∞)算法,即以平台纵摇频响函数的峰值为优化目标,对分布式TMDs的参数进行优化设计,优化设计中考虑了3个TMDs之间的耦合关系。对风机-TMDs耦合系统开展了风浪联合作用下的数值模拟,分析了分布式TMDs对平台纵摇响应的减振效果。结果表明:最优设计下的分布式TMDs对海上半潜漂浮式风机平台纵摇振动具有良好的减振性能;在三种不同工况的随机风浪荷载作用下,分布式TMDs对平台纵摇固有频率附近的功率谱密度曲线峰值减振率和标准差减振率能分别达到39%和52%以上。

模块尺度效应对多浮体结构连接器载荷的影响特征分析

连接器是模块化多浮体结构至关重要且最易受损的关键构件。结合模块化多浮体结构的尺度选择和连接器安全稳定的需求,基于三维非线性势流理论,考虑多体水动力耦合效应及连接器机械耦合效应,构建代表性三模块浮体结构耦合时域分析模型,重点研究典型海况下模块化多浮体结构尺度效应对连接器载荷的影响特征,揭示模块尺度效应对连接器载荷及各模块动力响应的影响机理。结果表明,大波浪周期的海况下,相同吃水下,模块连接器荷载的增大比例与模块尺度改变近似线性关系,为对应尺度模块的排水量之比;小波浪周期的海况下,相同排水下,大尺度小吃水模块的纵荡运动和连接器纵向受力更优。考虑目前船坞建造能力和各尺度模块水动力响应特征,建议尽量选用尺度较大的模块(如40 m×40 m),为模块化多浮体结构的优化设计提供借鉴。

基于“经筋理论”运用多功能套针浮刺疗法治疗颈源性头痛的临床研究

目的:评价基于“经筋理论”运用多功能套针浮刺疗法对颈源性头痛的临床疗效。方法:将64例颈源性头痛患者随机分为观察组与对照组各31例(各脱落1例)。观察组采用多功能套针浮刺疗法,对照组为常规针刺治疗,两组患者均治疗7 d。分别于治疗前后观察两组患者的视觉模拟量表(VAS)评分、头痛影响测定表-6(HIT-6)评分、颈椎功能障碍指数(NDI)评分和伴随症状量表评分,并于治疗结束后3个月观察复发率。结果:两组患者的VAS量表评分、HIT-6量表评分、NDI量表评分及伴随症状积分治疗后均优于治疗前,差异有统计学意义(P<0.05),且观察组比对照组效果更佳,差异有统计学意义(P<0.05);于治疗后3个月随访,以上量表评分与治疗后相比均有改善,且观察组优于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);观察组临床总有效率为93.55%(29/31),高于对照组的83.87%(26/31),差异有统计学意义(P<0.05)。结论:应用多功能套针浮刺疗法能有效改善颈源性头痛患者症状,见效较快且效果持久,值得临床推广应用。

多模块箱型浮式防波堤强度分析方法研究

针对弹性连接的多模块箱型浮式防波堤的结构强度分析,本文提出一种新的模型约束方法,将多模块箱型浮式防波堤间的弹性连接结构简化为弹簧并实现载荷传递,在每个模块的止链器处采用弹性约束以防止其发生刚性位移并模拟锚链的约束作用,采用三维势流理论对超长箱型浮式防波堤进行载荷计算和强度分析。结果表明,每个箱型浮式防波堤模块在中部因中垂现象产生较大应力,相比其他模块中间模块和两端模块的应力较大,并通过和刚性连接结构强度分析对比发现,由于刚性连接结构无法释放自由度,采用弹性连接计算所得的应力结果要比采用刚性连接结构的小62.07%。本文研究成果可为今后多模块浮式防波堤的结构强度校核提供参考。

浮动式反应堆事故多舱室三维流动对气溶胶重力沉降影响的数值模拟

基于计算流体力学方法对浮动式反应堆破口事故在静态流场及三维流动情况下的气溶胶重力沉降进行仿真分析,可得到如下结论:多舱室的气溶胶输运受热工水力影响,在由堆舱输运至机舱时被水蒸气裹挟主要分布在机舱上部,不均匀性使机舱内重力去除效率逐渐增加。静态下的CFD重力沉降计算结果与集总参数法计算误差在20%之内,但静态下重力沉降高度不断下降,不能假设均匀分布。三维流场的湍流效应会增加重力沉降速率,对于大粒径颗粒来说,主导作用依然是重力沉降,然而小粒径颗粒的主导作用变为湍流沉积,同时沉降特征曲线由线性分布变为指数分布。

多浮球阻力性能海上实测与数值模拟研究

浮球是海上养殖塑胶渔排的主要浮力部件,在海流作用下,浮球阻力可导致渔排受力与变形增加,浮球表面液面爬升可引起渔排踏板上浪,因此研究浮球阻力性能对海上养殖安全生产有重要意义。采用海上实测手段研究单、双浮球的阻力性能;基于黏流理论数值模拟单、双浮球在不同流速下的阻力和波形,并与海上实测结果对比,验证数值模拟的准确性;对方形、菱形两种典型浮球摆放形式进行数值模拟,分析不同流速下的液面高度和阻力。结果显示:数值模拟与海上实测误差小于9.5%吻合良好;菱形浮球摆放形式对应的液面抬升、两浮球中间的流场更加稳定、平均阻力更小,在流速大于1.5 m/s时,平均阻力小于29%,推荐采用该摆放形式生产作业。

悬浮隧道考虑竖向弹性约束的子结构模型与涡振响应特性

通过将跨内支撑锚索与连接边界条件简化为竖向弹性约束,采用尾流振子考虑均匀流作用下结构的流固耦合效应,研究多跨锚索支撑式悬浮隧道的涡振特性。基于Euler-Bernoulli梁理论建立可考虑跨内/边界竖向支撑刚度对涡振特性产生影响的悬浮隧道管体子结构模型,分析多组跨内锚索支撑刚度与边界约束刚度组合下管体的涡振响应规律。研究结果表明:当两类约束刚度增大、结构固有频率增大时,高阶模态越难以被激发,能有抑制涡振响应的作用;当锚索支撑刚度较小和较大时,靠近端部位置的涡振响应幅值随边界约束刚度的增大而减小,且跨度范围内的涡振响应峰值关于中点对称,当锚索支撑刚度中等且相邻阶次频率相差较大时,管体位移由单一模态主导,当相邻阶次频率接近时,在涡振锁定区间内可观察到由模态耦合所导致的“凹陷”和“凸起”的非线性现象;不同位置之间跨内位移响应的极大值在边界约束刚度较小、较大时分别出现在两端、中点位置。

放射状多切口挂浮线引流术对老年肛周脓肿的效果

目的:探讨对老年肛周脓肿患者采用放射状多切口挂浮线引流术的效果。方法:选取2021年2月—2022年2月南平市第一医院收治的100例老年肛周脓肿患者作为研究对象,按照随机数表法分对照组和观察组,其中对照组患者48例,给予多切口引流术治疗,观察组患者52例,给予放射状多切口挂浮线引流术治疗。观察两组患者的临床疗效、疼痛程度、肛门功能、炎症因子。结果:观察组患者总有效率(98.08%)高于对照组(85.42%),差异有统计学意义(P<0.05);观察组患者术后3 d、术后1周、术后3周疼痛模拟评分(VAS评分)均较对照组低,差异有统计学意义(P<0.05);比较,术后两组患者Wexner评分较术前降低,且观察组评分低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);术后两组患者肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素4(IL-4)较术前降低,且观察组低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:对老年肛周脓肿患者采用放射状多切口挂浮线引流术能有效提高患者的临床疗效、缓解疼痛程度,改善肛门功能、降低炎症反应。

不同动力输出系统下多浮体波浪能转换装置性能研究

[目的]旨在对一种兼具防波效果的多浮体波浪能转换装置(MBFWEC)进行动力输出系统控制优化。[方法]应用OpenFOAM程序构建数值波浪水槽,模拟5种不同PTO阻尼(线性阻尼、定常阻尼、线性弹簧阻尼、速度平方阻尼、跳跃阻尼)作用下多浮体波浪能转换装置与波浪的相互作用。同时,比较不同PTO阻尼作用下波能转换装置的能量俘获效率和消波性能。[结果]结果表明,多浮体波浪能转换装置的波浪能俘获效率最高可达52.6%,线性弹簧阻尼和跳跃阻尼作为基于线性阻尼的优化,对波浪能装置的波浪能俘获和防浪消波效果有一定程度的影响。综合考虑波浪能俘获和防浪消波作用,线性阻尼相比线性弹簧阻尼和跳跃阻尼更有优势。[结论]通过研究,找到了定常阻尼、速度平方阻尼等PTO的优势波浪区间,对多浮体的PTO阻尼设置优化有一定参考意义。

考虑浮式安装船的风机叶片安装动力响应研究

为解决传统的自升式风电安装船难以满足浮式风机的安装要求问题,参考起重船的参数,设计了漂浮式海上风电安装船。建立了风电安装船-吊臂-吊钩-叶片系统多刚体模型和浮式风机系统单刚体模型,编写了数值仿真程序,计算了不同海况等级下进行吊装作业时叶根与轮毂之间相对位置的变化。结果表明,海况等级的提高会使叶根与轮毂之间的相对运动标准差增大,应尽量避免在高等级海况下进行海上浮式风机叶片安装作业,且应避免在横浪条件下进行侧吊安装作业,以防叶根与轮毂的纵荡运动幅值过大或发生碰撞。

循环荷载作用下抗浮多铃型扩体锚杆拔出模型试验

为研究地下水位变动导致锚杆抗拔性能劣化的原因,提高扩体锚杆在抗浮过程中的锚固性能,首先,通过单次拉拔试验,得出不同埋深情况下多铃型扩体锚杆拔出过程中承载性能的变化情况;然后,根据单次拉拔试验得出的抗拔极限承载力进行循环试验,在不同循环荷载比、循环次数和循环频率下,探索多铃型扩体锚杆承载性能演化机制;最后,利用图像粒子测速法(PIV)分析周围土体变形机制,得出单次拉拔及循环荷载作用下周围土体位移的变化特性。结果表明:铃型扩体锚杆拔出过程中轴力-位移曲线大致分为弹性、震荡和破坏3个阶段,且随着埋深增加,锚杆的抗拔极限承载力和土体位移逐步递增;在循环荷载作用下,增加循环荷载比、循环次数以及循环频率均会降低锚杆锚固性能。

多场耦合作用下的浮式风机系泊系统疲劳评估

为探究多场耦合作用下的浮式风机系泊系统疲劳问题及其影响因素,利用Openfast-Sesam-Orcaflex软件建立浮式风机多场耦合计算模型,通过时域分析得到系泊链在不同计算工况下的张力-时历曲线。基于改进四峰雨流计数法和线性累积损伤理论的T-N曲线法计算出系泊缆在不同短期海况和分析工况下疲劳损伤并研究风场湍流强度对系泊缆疲劳损伤的影响。结果表明,气动载荷会大幅增加系泊缆的疲劳损伤,疲劳评估时不能忽略此载荷。当短期海况风速在额定风速以下时,湍流强度与系泊缆疲劳损伤呈正相关关系,且系泊疲劳损伤受湍流强度的影响在短期海况风速接近额定风速时达到最大。而当短期海况风速大于额定风速时,风场湍流强度对系泊疲劳损伤的影响较小。所得结论可为类似平台的系泊系统疲劳评估提供参考。

浮动式反应堆事故多舱室气溶胶扩散泳沉积与三维流动的耦合数值模拟

基于计算流体力学方法对浮动式反应堆破口事故在壁面冷却条件下水蒸气冷凝及壁面冷凝引起的气溶胶扩散泳沉降进行仿真分析,并与静态条件下气溶胶扩散泳沉积对比,发现:所采取的冷凝模型经实验对比能很好地预测水蒸气冷凝;静态条件下气溶胶扩散泳沉积速度与气溶胶粒径几乎无关,与集总参数法的规律一致,此外湍流沉积会使气溶胶衰减因子增大约3×10^(-4)。非均匀流场在冷凝环境下会产生大范围的回转流动。气流曳力会使衰减因子产生量级上的增加,同时曳力作用对于气溶胶粒径不敏感;冷凝使堆舱出现很大的湍流强度,会增强扩散泳的沉积效果,增强效果对小粒径颗粒更明显,使1μm颗粒衰减因子明显大于堆舱中的10μm颗粒衰减因子,最大可达0.035。

基于对偶四元数的多体系统动力学建模和控制

空间机械臂的在轨作业是当前空间在轨服务中应用最为广泛的技术之一,然而,机械臂在操作过程中漂浮基座与臂体之间的位姿耦合效应极为显著,这给控制系统设计带来了新挑战.针对多刚体系统的位姿一体化建模与控制问题,文章改进了基于对偶四元数的位姿一体化建模和控制方法,使之可以应用于多刚体系统.该方法不仅能够精确描述复杂的力学关系,还能够在统一的数学框架中有效地处理位姿耦合问题,这为后续设计姿轨一体化的控制系统提供了极大的便利.首先,基于铰链模型建立了对偶四元数形式的铰链和臂体之间的速度和加速度递推关系,然后,利用铰链和臂体间力-力矩传递关系建立了递推形式的逆向动力学方程,为了便于控制系统设计与分析,随后推导建立了矩阵形式的位姿一体化的正向动力学方程.然后针对推进器和控制力矩陀螺讨论了具体的执行机构的动力学建模问题,并分别讨论了机械臂和漂浮基座的位姿一体化控制问题.最后,对一个6自由度机械臂和漂浮基座的组合体进行了动力学建模和控制仿真,动力学仿真的结果证明了所提动力学建模方法的正确性,控制仿真表明控制系统能较快地抵消机械臂运动对基座产生的干扰力和干扰力矩,证明了所提控制方法的有效性和可行性.

智能磁性浮球液位计在线多参测量技术研究

在石油企业的生产经营过程中,计量的准确度和自动化程度将直接关系到石油企业的经济效益。传统的计量一般使用油检尺和万用表检测,需要爬上罐顶,测量液位高度和油水分界面,劳动强度大,使用检尺检测液面,容易受液面泡沫的影响,测量误差大;后来采取远传的雷达式测量、射频导纳式液位测量、超声波测量等,也存在测量准确度不高、连续测量不稳定等缺点。针对上述问题,提出逐点阻抗测量技术,采用互联网+磁性浮球计量仪器设备智能远控计量,加强人工智能在线测量研究,研发智能浮球液位计在线多参测量系统,大幅度提高了计量准确度,减轻了员工的劳动强度,每年可获得经济效益685万元。

基于改进YOLOv5s的水面漂浮物检测算法研究

水面图像具有水波扰动、光线反射、岸上倒影等复杂特征,导致现有目标检测方法不能很好地完成对水面漂浮物的识别。基于此,提出了一种基于改进YOLOv5s的水面漂浮物检测优化模型,通过增加目标检测层以提升模型检测多尺度目标的能力,在特征融合层引入无参注意力机制SimAM以提高模型对漂浮物特征的学习,并采用CARAFE上采样方式增强网络的感受野以提高对特征的重建能力,在YOLOv5s网络结构中融入卷积混合层以保持模型检测精度且减少参数量,从而提高模型运行速度。实例验证结果表明:改进模型检测效果良好,平均精度达97.1%,较原YOLOv5s模型提高了4.9个百分点,能够有效改善水面漂浮物漏检、误检问题。

大直径双浮动端面密封结构多目标优化设计

针对缺乏直径大于600 mm浮动端面密封环结构参数选取标准的问题,建立了密封橡胶O形圈二维轴对称非线性接触模型;结合试验设计、有限元计算、响应面模型、多目标优化算法与优劣解距离决策方法,以密封环最大变形量和端面比压为目标,开展了不同结构双浮动端面密封优化设计研究;分析了密封环结构参数对其端面比压与变形量的影响规律。结果表明:密封环锥面最小半径R_(min)与锥面角 β 越大,密封端面比压越大;R_(min)与 β 越大,安装间隙A越小,密封环变形量越大。影响端面比压的主因素为R_(min)与 β,影响变形量的主因素为R_(min)。浮动环最优结构参数为:R_(min)=381 mm,β=23°,A=18 mm,相应的密封环端面比压为0.49 MPa,最大变形量为12.11 μm。经过静压和运转密封性能测试试验,设计的双浮动端面密封无泄漏,表明优化设计方法有效可行。