表贴式永磁电机在PWM激励下永磁体涡流损耗计算模型

针对现有模型难以计算PWM激励下表贴式永磁电机永磁体涡流损耗问题,提出了一种计算由PWM谐波引起的永磁体内涡流损耗计算模型。该模型通过磁导率分布函数获取气隙径向磁密,能够考虑定子开槽及谐波电流影响。首先,在忽略涡流反作用情况下解析计算了永磁体内磁密变化率;然后,应用有限差分法数值计算了永磁体内电位,综合得到了涡流损耗;最后,用有限元法验证了模型的准确性。研究结果表明:随着永磁体分段数的增大,涡流损耗减小,涡流反作用也随之减弱;永磁体涡流损耗主要由1倍、2倍开关频率附近电流谐波引起。

基于变增益最速梯度下降法的表贴式永磁同步电机位置修正策略

滑模观测器具有响应速度快、鲁棒性强等优点,已广泛应用于表贴式永磁同步电机无位置传感器的中、高速控制系统。然而,具有固定参数的滑模观测器很难在宽速度范围内保持一致的估算精度,而采用基于速度观测器带宽限制的方法进行噪声和扰动抑制会降低电机的动态性能。针对上述问题,该文首先分析滑模观测器估算表贴式永磁同步电机转子位置的误差产生机理,提出一种新型位置误差观测器,主要思想是基于磁链观测进行位置误差连续估算,并采用最速梯度下降法对积分过程进行反馈校正;然后,通过变增益循环迭代优化提高位置误差观测器的速度与准确性;最后搭建表贴式永磁同步电机加载测试平台进行实验,结果验证了所提方法具有位置观测精度高、鲁棒性强的特点。

计及周期/半周期性边界条件的永磁电机子域模型

该文提出的表贴磁极永磁电机考虑周期/半周期性边界条件的子域模型,为舰船大容量直驱多相永磁推进电机的设计优化提供一种快速、高效的工具。介绍周期性边界条件和半周期性边界条件的原理及实现方法,并将其应用到基于等效面电流的子域模型中求解电机气隙磁场,而后通过有限元仿真验证了解析计算的准确性。对比3种求解域下子域模型中谐波系数矩阵的维数和求解速度,表明考虑周期/半周期性边界条件的子域模型在保证结果精度的前提下,能大幅降低矩阵维数,并显著减少求解时间。对实验样机进行空载和负载实验,空载反电势与负载转矩实验结果与解析结果吻合较好,进一步说明了周期/半周期性边界条件下所用子域模型的正确性。

梯度锚固预应力NSM CFRP加固RC梁静力及疲劳性能研究

针对表层嵌贴预应力CFRP加固梁因黏结端部应力集中导致混凝土保护层易剥离破坏的问题,提出了在CFRP端部设置梯度预应力的构造措施,并通过构件试验系统研究了梯度锚固预应力CFRP加固梁的静载和疲劳性能.试验结果表明:在静力荷载作用下,梯度锚固预应力CFRP加固梁极限荷载较普通表层嵌贴预应力CFRP加固梁最大提高35.06%,破坏模式由端部保护层剥离破坏转变为保护层剥离与CFRP断裂复合破坏,梯度锚固预应力CFRP加固显著提高了RC梁的静载性能,且有明显的黏结应力峰值传递现象;疲劳荷载下梯度锚固预应力加固梁的疲劳寿命也较普通嵌贴加固梁显著提高,且疲劳破坏模式由端部保护层剥离转变为纵向受拉钢筋疲劳断裂;梯度锚固预应力构造显著增强了加固梁抵抗剥离破坏发生的能力,提高了加固梁疲劳性能.

表面嵌入式(NSM)加固技术研究现状

表面嵌入式(NSM)加固技术属于在传统FRP加固技术基础之上开展的创新。该技术在实际施工和应用效果方面有着较为显著的优势特点。主要从表面嵌入式(NSM)加固技术在建筑梁体、柱体以及墙体加固技术应用方面的研究为出发点,通过查阅大量国内外研究文献资料,从中获取表面嵌入式(NSM)加固技术的研究发展历程,总结了表面嵌入式(NSM)加固技术诸多理论内容的分析与研究,以为表面嵌入式(NSM)加固技术在我国混凝土建筑结构加固或维修中的创新应用提供参考。

负弯矩区钢-SFRC组合桥面板抗弯性能试验研究

设计制作了4个钢-SFRC组合桥面板试件,通过四点弯曲试验测试各试件的破坏模式、刚度、内力分布情况和延性等,研究配筋率、钢纤维体积率以及采用嵌入CFRP筋法加固对负弯矩区钢-SFRC组合桥面板抗弯性能的影响。结果表明:提高配筋率能够提高试件的刚度、开裂荷载和屈服荷载,但对极限荷载的影响较小;提高钢纤维体积率能够抑制裂纹的扩展并使试件的初始刚度提高8.5%左右;采用嵌入CFRP筋法加固能够有效减小截面应变,试件塑性能更充分地发展,加固试件均发生较明显的屈曲破坏,且组合桥面板在屈曲破坏前均能够较好地满足平截面假定,其延性提高了27%以上。

基于多目标遗传算法的表贴式无轴承永磁电机优化设计

为了改善表贴式无轴承永磁电机的悬浮力和转矩的性能,提出了一种结合多目标遗传算法的响应面法,对电机结构进行优化设计。首先,构建优化目标的响应面,并得到优化目标的回归方程;其次,利用多目标遗传算法对优化目标的回归方程进行寻优,得到了理想的悬浮力、悬浮力脉动和转矩;最后,对多目标优化得出的最优结果进行有限元分析,验证了该优化算法的可行性。

采用改进子域模型的表贴式永磁游标电机磁场解析计算

针对传统子域解析方法在计算气隙谐波磁场丰富的表贴式永磁游标电机磁场时,出现系数矩阵维数高、计算过程复杂的问题,提出了一种改进的子域解析模型。该模型通过坐标变换,将各子域矢量磁位在二维极坐标系下的拉普拉斯方程或泊松方程变换为准笛卡尔坐标系下的方程形式,利用分离变量法计算各子域矢量磁位方程的通解,根据边界条件计算待定系数,以双曲函数的形式表示各矢量磁位的解析解。计算了空载反电动势、气隙磁密和电磁转矩,与传统子域解析方法、有限元法计算结果进行对比。仿真结果表明:改进子域解析方法与有限元法的相对误差均小于1%;与传统子域解析方法相比,空载反电动势、气隙磁密和电磁转矩计算精度分别提升了1.7%、0.87%和3.66%。实验样机的空载反电动势计算波形和测试波形也基本吻合,验证了该方法的有效性和可行性。

船舶用表贴式永磁同步电机的电磁振动分析与抑制

船舶用永磁同步电机的电磁振动水平直接影响船舶的综合性能。该文针对一台50kW船舶用表贴式永磁同步电机,首先基于理论推导详细分析了该电机产生的电磁激振力来源及谐波特征,并利用有限元法进行了验证;其次,分别采用解析法和有限元法求解定子固有频率,并结合电磁激振力的频率特征,验证电机设计的合理性;然后,建立电机的磁-固耦合模型,对其振动响应进行有限元计算,得到监测点的振动频响特性及特征频率;最后,在保持原电机输出平均转矩的前提下,提出一种混合磁极转子结构来削弱低阶电磁激振力谐波分量进而抑制电磁振动。结果表明,优化后的电机在保持良好转矩性能的同时,电磁振动得到了有效抑制,并通过样机实验验证了仿真结果的有效性。

基于极间虚齿的表贴式永磁电机六倍频振动噪声的削弱

采用极间虚齿结构对表贴式永磁电机的六倍频振动噪声进行削弱,与传统的优化方法相比,该方法结构简单,且基本不影响基波磁场和平均转矩。首先,基于麦克斯韦张量法,推导了考虑力波分量相角的六倍频电磁力谐波表达式,分析了六倍频电磁力的产生机理,并以一台8极48槽表贴式永磁电机为例,采用有限元法进行验证;接着,引入凸极磁导函数,基于磁场调制原理,分析了虚齿对磁通密度时间谐波的调制作用及对六倍频电磁力的削弱机理;然后,建立多物理场有限元模型,对比了优化前后电机的关键电磁性能以及振动和噪声频谱,结果表明,极间虚齿可有效削弱电机的六倍频电磁力和振动噪声;最后对优化后的样机进行噪声实验,与仿真结果对比,验证了理论和有限元模型的正确性。

内嵌碳纤维增强塑料板条抗弯加固混凝土梁试验研究

按照正常配筋浇筑了15根钢筋混凝土梁,在部分混凝土梁受拉区保护层内按照不同尺寸沿梁轴向开槽,在槽内嵌入碳纤维增强塑料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,简称CFRP)板条,用专用树脂对槽道进行充填,并对这些梁进行弯曲试验。研究了内嵌碳纤维增强塑料板条加固后混凝土梁的破坏形态、开裂弯矩、极限承载力情况,并与外贴等量碳纤维板条的混凝土梁进行了比较;分析了碳纤维板条加固量及开槽尺寸对承载力的影响及混凝土梁的变形和裂缝发展随加固量及开槽尺寸变化的情况。研究表明,与未加固梁相比,内嵌CFRP板条加固梁的极限承载力提高了11.2%―41.7%;与外贴CFRP板条加固梁相比,其极限承载力提高了15.5%―22.7%。

内嵌CFRP板条加固混凝土梁的抗弯性能试验研究

通过6根足尺混凝土梁的抗弯加固试验,对内嵌CFRP板条加固梁的破坏过程、受力性能、截面应变分布和挠度变形规律进行了研究。试验结果表明,内嵌CFRP板条加固梁跨中截面应变分布和挠度变形规律与外贴CFRP加固梁相似,但内嵌加固能有效避免板条的剥离破坏,其抗弯加固性能优于相应的外贴加固梁;预载加固将会降低内嵌板条的加固效果。基于混凝土结构加固理论,并考虑预加荷载的影响,对内嵌CFRP板条加固梁3种弯曲破坏形态(钢筋屈服前混凝土压碎、钢筋屈服后混凝土压碎和钢筋屈服后FRP拉断)下的抗弯承载力进行理论分析,并建立开裂弯矩、屈服弯矩和极限弯矩的计算公式,其计算结果与作者及国内外已有的试验实测值吻合较好,可用于实际工程加固设计。

表层内嵌桁架螺旋肋筋加固混凝土梁抗弯试验研究

按正常配筋浇筑了18根钢筋混凝土梁,根据螺旋肋筋与钢筋连接方式的不同,在混凝土梁受拉区混凝土保护层内开槽,在槽内嵌入螺旋肋筋或螺旋肋筋与钢筋组成的桁架,用专用树脂对槽道进行充填,待树脂固化完成后,对梁进行弯曲试验。试验研究表明:内嵌螺旋肋筋及其与钢筋组合桁架加固后的混凝土梁,其极限承载能力、刚度及抗裂性能均有明显改善。随着嵌入加固量的增加,加固梁的极限承载能力得到明显提升,钢筋与螺旋肋筋的焊接点是薄弱环节,导致加固梁出现脆性破坏特征;与对比梁相比,内嵌1根螺旋肋筋加固的混凝土梁极限承载能力提高了35.1%和42.2%;内嵌2根螺旋肋筋加固的混凝土梁极限承载能力提高了73.3%和77.8%。

珠峰地区大气边界层结构及近地层能量交换分析

利用2005年中国科学院珠穆朗玛峰地区科学考察期间的无线电高空探测资料和超声风温仪观测资料,分析了珠穆朗玛峰地区边界层高度、风速、风向和比湿的日变化以及两个海拔高度不同的观测站（珠峰站和曲宗站）的近地层能量交换特征,得到珠穆朗玛峰地区5月份边界层高度日变化比较明显,因冰川风的存在影响了大气边界层,边界层高度最高为3888 m;白天珠穆朗玛峰地区低层都存在逆湿现象.因珠峰站和曲宗站海拔高度、下垫面状况不同,能量交换特征也不同：4～5月份白天珠峰站感热大于潜热,而曲宗站潜热大于感热;珠峰站土壤热通量转为正、负值的时间早于曲宗站.

表贴式永磁无刷电机直接解析计算方法

采用直接解析法计算表贴式永磁无刷电机空载气隙主磁场、齿槽转矩和反电动势。求解场域划分为气隙、永磁体和槽区域,三个子区域的拉普拉斯方程或泊松方程通过交界条件建立联系,然后采用解析法直接求解。计算中确切计及了实际槽深和槽间距离。开槽气隙主磁场、齿槽转矩和反电动势解析计算波形分别与二维有限元法计算结果和实验波形作比较,比较结果较为一致,证明了本文方法的正确性和有效性。

实验梁尺寸对简支梁内嵌CFRP板条弯曲性能影响

研究目的:针对外贴碳纤维增强聚合物(Carbon fiber reinforced polymer,简称CFRP)片材加固混凝土梁易剥离等缺点,本文首先在混凝土梁表层开槽并嵌粘CFRP板条,继而开展单调加载的弯曲性能试验,分析了不同试验梁尺寸(缩尺模型梁尺寸与原型梁尺寸的比值为1/2)对混凝土梁特征荷载、裂缝分布及其间距、钢筋及CFRP板条应变等的影响。研究结论:结果表明:(1)实验梁尺寸对嵌入式加固效果有一定影响,特别是对持续荷载作用下混凝土梁加固后的性能影响更为明显;(2)同荷载下,模型梁的挠度大致为原型梁挠度的1/2,接近几何相似系数;(3)持续荷载作用下的混凝土内嵌CFRP片材加固效果也相对较好,承载力提高幅度均小于无初始荷载作用下的混凝土加固梁,与实验梁几何相似系数无线性关系,且模型梁加固后裂缝间距相对更大,设计时应注意;(4)本研究结果可供桥梁加固研究及应用参考。

CFRP板条加固钢筋混凝土梁的抗剪性能试验研究

通过13根碳纤维板条加固混凝土梁的受力性能试验对碳纤维加固梁的抗剪性能进行研究,比较分析了不同加固量、开槽尺寸、内嵌或外贴碳纤维板条等因素对试验梁受力性能的影响。试验梁为2.3 m跨度的混凝土梁和碳纤维板条加固混凝土梁。试验研究表明,采用内嵌碳纤维板条加固可以有效提高混凝土梁的承载力,减小梁的挠度和裂缝宽度,在试验研究的基础上进行了试验梁的全过程受力分析,与试验结果吻合较好。

不同保护型式下的高速表贴式永磁转子应力与温升分析

针对高速表贴式永磁转子的不同保护型式,建立了三层配合下的表贴式永磁转子应力解析计算模型,基于该解析计算模型对钛合金护套和碳纤维护套保护下的永磁转子进行设计,并通过有限元法对解析计算模型的正确性进行验证。研究了不同护套材料、过盈量、极间填充材料、温度等因素对护套等效应力的影响规律。建立了高速表贴式永磁转子涡流损耗与温升的计算模型,研究了不同护套保护措施、不同填充材料下,永磁转子涡流损耗分布与永磁体温升特性。在此基础上,完成了一台高速表贴式永磁电机的设计与制造,并进行了实验,结果证明了该文计算分析的正确性。

碳纤维筋表层嵌贴加固钢筋混凝土梁受弯性能试验研究

通过对4根内嵌碳纤维筋加固钢筋混凝土梁试验研究,在保证嵌入碳纤维筋锚同长度的前提下,尝试采用不同位置的嵌入方式,对不同部位嵌入对承载力提高的影响进行分析,并对嵌入式FRP筋承载力进行理论分析和承载力提高计算,提出了抗弯承载力增强计算方法,结果表明试验取得了较好的吻合效果。