AN IMPROVED ARC-LENGTH METHOD AND APPLICATION IN THE POST-BUCKLING ANALYSIS FOR COMPOSITE STRUCTURES

Based on the conventional arc-length method, an improved arc-length method with high-efficiency is proposed. The weighted modifications with respect to the variation of structural stiffness and extra-interpolation modification by using the information of known equilibrium points are introduced to improve the incremental arc-length. An approximate expansion method for the accumulated and expected arc-length is used to ensure the convergence at given load levels in large range of applications. Numerical results show that the improved arc-length method has well adaptability and higher efficiency in the post-buckling analysis of plates and shells structures for tracing whole load-deflection path and obtaining the convergence values at any specified load levels.

基于样条插值的非线性自干扰对消技术

针对雷达干扰机收发天线之间存在的非线性自干扰耦合问题,研究一种基于样条插值的非线性自干扰对消方法。该方法将样条插值和自适应滤波相结合,分别建立样条哈默斯坦模型和样条维纳模型,通过引入鲁棒性较强的反正切(arctangent,ARC)函数作为代价函数,得到两种模型下样条控制点和滤波器系数的自适应学习规则,并分析样条控制点数量对自干扰对消性能的影响。仿真实验表明,对于带宽为60 MHz的信号,所提基于ARC参数学习方法与传统最小均方参数学习方法相比,对消比获得4 dB左右的提升,收敛速度提高1倍。另外,针对信道突变的场景,所提方法跟踪性能好且稳态误差低。当背景噪声中存在非高斯脉冲干扰时,所提方法能够有效应对脉冲噪声环境下的干扰。

共旋梁单元几何非线性分析的子结构方法

采用有限元方法分析结构的非线性行为必须进行多次迭代求解,因此在保证非线性计算精度的同时提高其计算效率是关键。该文以内含2个平面梁单元的子结构为例,建立一种平面梁结构基于共旋法与子结构的几何非线性分析方法。共旋法具有将刚体位移从结构的大位移中扣除而得到准确的小变形的特点,子结构法则能将内部节点的自由度凝聚到边界节点从而大大减少结构非线性平衡方程组的阶数,该文将两者结合并利用有较好的通过荷载和位移极限点功能的修正弧长法编制了计算程序,对荷载-位移曲线具有“位移跳跃”或“荷载跌落”显著特征的数个算例进行分析,与已有文献的结果对比验证了方法及程序的正确性。

基于动态电阻串联的高阻接地故障精确建模

现有各类高阻接地故障模型缺乏对故障发展全过程的物理解释,难以准确模拟故障的非线性特征。该文根据现场录波数据,深入研究高阻接地故障的物理过程,归纳可知故障电流波形的非线性畸变来源于两个方面:空气间隙击穿引起的非线性与接地介质本身的非线性。据此提出高阻接地故障的故障电阻由电弧电阻和接地电阻串联组成,进而建立基于动态电阻串联的高阻接地故障新模型。首先,利用汤逊原理分析空气介质击穿过程中动态电弧的产生,建立了故障点指数电弧模型;然后,研究故障电流在土壤中的流散过程,结合土壤电阻率变化规律,求解接地电阻随故障电流变化的表达式,建立接地电阻模型;最后,在PSCAD中将二者串联,搭建高阻接地故障新模型,结合现场故障数据并与其他模型对比,验证了该文所提模型能更准确地表征不同接地介质下高阻接地故障的非线性特征,为后续研究高阻接地故障辨识提供更精确的数据支撑。

中压电缆瞬时电弧击穿故障行波测距研究

中压电力电缆瞬时性电弧可为永久性故障提供预警。为研究中性点经低电阻接地系统的电缆瞬时性电弧故障信号与行波测距,提出一种基于磁流体动力学与曲线拟合的电弧非线性时变电阻等效方法。首先,通过多物理场仿真获取瞬时性电弧的信号与燃弧时长,并分析电导与温度变化。然后,对电导变化曲线进行拟合,获取数学解析式,构建中性点经低电阻接地的10 kV电缆线路模型,使用可变电阻元件代替电弧,并通过解析式计算得到等效电阻。最后,对电缆线路的瞬时性电弧故障信号进行仿真,并通过监测电缆双端金属屏蔽层电流行波,基于小波变换提取行波到达时间,实现故障点定位。通过仿真分析,结果表明该方法定位误差小于0.5%。

采油井架钢结构非线性力学行为分析

本文对采油井架钢结构进行了非线性有限元分析。采用空间梁单元，通过包含单元几何刚度阵和变形刚度阵的增量切线刚度法考虑大变形问题；用杆端集中塑性法来简化材料非线性；采用弧长法迭代计算，最终可得到考虑几何和材料双重非线性情况下，井架钢结构的极限承载力。文中最后给出了A型采油井架的算例。

非线性电阻限制10kV电网弧光接地过电压分析

以贵州某变电站10 kV电网为例,用电力系统电磁暂态程序(EMTP)对中性点不接地和经非线性电阻接地2种情况下的弧光接地过电压进行了计算、分析和比较.结果表明,中性点经非线性电阻接地方式基本保留了中性点经小电阻接地和中性点不接地2种方式的优点,既能很好地限制弧光接地过电压,又能使单相接地时供电不中断,保障了电网供电可靠性.可以认为中性点经非线性电阻接地是一种新型的中性点接地方式,有待于进一步的分析和研究.

基桩屈曲的几何非线性有限元分析

将桩身视为空间受力的梁单元,利用更新的拉格朗日坐标体系考虑梁单元的几何非线性:并采用弧长控制法求解有限元非线性方程组,进行基桩屈曲的几何非线性有限元分析。利用 Matlab 语言编制了相应的计算程序,将某现场木桩压屈试验实测屈曲临界荷载与理论分析比较,吻合良好。大量计算分析表明,桩周土地基系数、基桩埋入比、桩身材料和基桩长细比是影响基桩屈曲荷载大小的重要因素,在设计和施工中都应重视和考虑。

拱结构屈曲的几何非线性有限元分析

通过能量泛函的变分原理,推导出空间梁单元的几何非线性刚度矩阵,采用弧长控制法进行拱结构的几何非线性有限元分析,用以处理屈曲时载荷下降的问题,并通过算例,说明文中算法和程序的正确性和有效性。

结构极限承载力计算方法及其收敛性

在考虑双非线性影响的结构极限承载力的计算时,为提高计算精度和效率,对弧长增量法和位移增量法中的增量参数、不平衡力收敛计算过程进行了比较分析,并提出了考虑全自由度的位移增量法。通过按不同增量法对几种类型的结构进行极限承载力计算,分析了各种增量方法的精度、效率和适用范围。结果表明:在结构的双非线性分析时,弧长增量法和位移增量法均较为有效,且位移增量法的适用性更好。结论为结构双非线性分析时确定合理的算法提供了参考。

斜靠式拱肋系极限承载能力研究

以斜靠式拱桥拱肋系为研究对象,采用弧长法,对拱肋系的侧倾失稳全过程进行了跟踪分析,获得了失稳极值点,揭示了稳定拱肋刚度,主拱肋和稳定拱肋拱顶间横撑抗弯刚度,矢跨比,主拱边界条件对极限承载力的影响规律.研究表明:斜靠式拱肋系的极限承载能力随着横撑切向抗弯刚度的增大而增大,而稳定拱肋侧向抗弯刚度和抗扭刚度对极限承载能力的影响较小;主拱边界条件和矢跨比对斜靠式拱肋系的极限荷载有明显的影响.

局部双层网壳结构非线性屈曲分析

以局部双层球面网壳为研究对象,采用Newton-Raphon增量迭代及弧长法对节点承受均布载荷的网壳进行了非线性有限元分析,对比研究了单层、双层及局部双层网壳的极限屈曲荷载及位移。研究结果表明,局部双层网壳能够明显改善单层网壳的稳定性能,提高其节点屈曲载荷。

一种新的电弧炉电弧时域模型

由于电弧的非线性,炼钢电弧炉在生产过程中会产生大量的高次谐波,并导致供电网络的电压波动和闪变,为解决这一问题,建立了一个新的电弧炉电弧时域模型.新的电弧模型从电弧物理机理出发,选择电弧电导作为状态变量,用非线性微分方程描述,并且给出了模型参数的计算方法.通过调整模型中的参数,可以模拟电弧炉电气系统参数变化时的电弧特性.仿真结果表明,模型输出的电弧电压、电流与现场实测数据基本一致,验证了模型的正确性.

多频激励磁悬浮能量采集

研究多频激励下磁力悬浮非线性磁电能量器采集系统的动力学特性.结合谐波平衡法、牛顿迭代法和弧长延伸法近似分析非线性电力耦合的常微分方程组,研究多简谐频激励下系统的非线性稳态幅频响应特征.通过改变激励的频率,研究磁力悬浮非线性振动能量采集器的幅频特性.研究结果表明,多频激励的稳态幅频响应随非线性系数的增大而位移幅频响应的共振峰变小但带宽变宽.另外,还通过对比电学参数对共振响应幅度以及区域的影响,确定了电阻、电感和耦合系数对增强两个共振强度、扩大两个共振区域,也就是提高能量采集的强度和带宽的影响.数值模拟验证了近似解析分析结果.

非线性对石油井架承载力的影响

对JJ300/43-A型井架进行了非线性有限元分析,采用空间梁单元,通过包含单元几何刚度阵和变形刚度阵的增量切线刚度法考虑大变形问题,采用弧长法迭代计算,最终得到考虑几何和材料双重非线性情况下井架钢结构的极限承载力。计算结果表明,采用几何和材料双重非线性的分析方法能准确评估井架的极限承载力。为深入研究井架结构的安全度和可靠性评定提供了分析基础。

确定结构分支点及跟踪平衡路径的改进弧长法

在非线性有限元法的基础上，提出了一个新的搜索及确定结构非线性分支点并跟踪屈曲平衡路径全过程的求解方法─—改进弧长法.利用弧长控制多数和结构协线刚度矩阵特征值之间的非线性关系，建立了搜索并确定位于结构屈曲平街路往任一区段内的分支点的精确分析方法.改进弧长法已用于薄壳结构的非线性屈曲分析之中，数值结果表明了新方法的精确性、可靠性及计算效率.

弧焊逆变器的频域数学模型

弧焊逆变电源是一个非线性、离散的病态系统，理论上很难得到精确的解析解。本文利用状态空间分析法建立系统的平均状态方程，经线性化后得出逆变器的数学模型，该模型为一二阶振荡环节。根据弧焊逆变器中参数配置满足（１ＲＣ）２＞＞４ＬＣ的情况，对该数学模型进行简化，将该数学模型简化成一个积分环节和一个一阶惯性环节相串联的结构。在此基础上用频域法进行分析和校正，在理论校正参数附近取多组实际校正参数，分别进行电阻负载实验和焊接工艺实验。实验结果与理论分析结果相符。本文还对负载突然开路、短路以及开机、停机等大信号过程进行了模型的实用性分析。研究表明，弧焊逆变电源系统在工程中可用频域分析法进行分析和校正。推导的小信号平均频域数学模型反应了系统的基本特性，模型由系统的结构参数Ｒ、Ｌ、Ｃ及静态导通比Ｄ决定。推导的小信号频率数学模型简单明了，关系清楚，可以用来对弧焊逆变电源系统进行分析和设计以及指导动特性调试。

圆弧滑动有限元土坡稳定分析

提出一种基于有限元应力变形计算的边坡稳定分析方法,仍假定滑动面形状为圆弧形,有限元网格由一组同心圆作为纬线,一组竖向线为经线构成。对两相邻圆弧线所夹的弧形带分析滑动力和抗滑力,建立平衡方程,确定安全系数,其中小值安全系数对应的弧形带为可能的滑动带。变化圆心位置用优选方法寻找最小安全系数对应的圆心,从而得出真正的滑动面。算例分析表明,该方法计算所得安全系数与Bishop法接近,是合理的,其突出优点是由有限元计算直接得出滑面上的应力,而不须作近似的插值处理,因而应力更准确。该方法可以考虑土的非线性变形特性,也更符合土的实际情况。此外,用有限元计算得出位移,亦可将稳定分析和变形联系起来,为现场通过位移监测来估计边坡的稳定性提供了可能性,同时也为膨胀土边坡的稳定分析中考虑膨胀性的影响提供了可能性。

纤维模型在平面框架非线性静力分析中的应用

为准确描述钢筋混凝土结构局部的受力情况,通常需要采用微观模型来进行非线性有限元分析.将梁柱单元建立在弹塑性纤维模型的基础上,直接从材料本构关系出发,对平面钢筋混凝土框架结构进行了全过程非线性静力分析.在框架结构与梁柱单元之间用刚度法,组装杆件刚度得到结构刚度;杆件与杆件内部积分点处的横截面之间采用柔度法,基于杆端力和截面力的平衡获得杆件刚度;每个横截面通过平截面假定协调纤维变形,同时考虑了几何非线性,由纤维的刚度得到截面刚度.为追踪非线性反应的软化段,求解时选取柱面弧长法.同时选取实例分别进行单向推覆和低周反复加载试验的程序模拟,得到了较好的效果,并提出进一步优化改进的建议.

CO_2电弧焊动态过程的MATLAB仿真研究

针对短路过渡型 Ｃ Ｏ２ 电弧焊系统存在本质非线性的特 点，采 用目前国际控制领域内 应用最广的 Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ 软件，建立了“弧焊逆变器—非线性负载”系统的数字仿真模型。该模型以组合图形方式，直观、有效地表征了各环节的特性。通过系统仿真定量 地研究了 Ｃ Ｏ２ 电弧焊动态过程，给出 了负载电压、焊接电流随时间变化的仿真波形和短路过渡型 Ｃ Ｏ２ 电弧焊系统的相平面图。应用德国产 Ｈａｎｎｏｖｅｒ － Ｘ Ｉ Ｉ型焊接过程动态分析仪所获得的实测数据与计算机仿真结果基本相符。从而为研制工艺适应性优良的新型弧焊逆变电源和定量分析非线性弧焊系统的动态过程提供了一个强有力的工具。