激光诱导击穿光谱(LIBS)分析虚拟仿真实验

虚拟仿真实验作为大型仪器分析实验教学模式的新兴趋势,有效地将虚拟仿真技术与实物仪器教学相结合,最大限度地提升了学生对于大型仪器分析的综合应用能力。本文以激光诱导击穿光谱(LIBS)虚拟仿真实验系统为例,完整地模拟了LIBS系统的样品处理、光谱采集、定性分析和定量分析等实际实验场景,通过虚实结合实验教学模式对实验过程进行实时跟踪与综合考评。该实验有助于提高学生自主探究能力和创新意识,培养具有独立思考与实践能力的拔尖人才。

特定湍动激励-响应类型二次非线性系统双谱分析仿真建模

自然界存在一类特定湍动激励类型二次非线性系统,属于一种特殊的非高斯信号系统,其特征是输入信号谱由湍流波动产生,而且这种湍流波动信号功率谱分布接近高斯分布.本文从拓展Choi等(1985 J.Sound Vib.99309]和Kim等(1987 IEEE J.Ocean.Eng.OE-12568)的工作入手,对以海浪激励-系泊船舶响应和充分发展湍流为代表的特定湍动激励-响应类二次非线性系统,基于双谱分析技术进行系统仿真,并对仿真系统进行了扩展的、系统的建模分析,并首次应用完备迭代法(2020 Phys.Scr.95055202)进行模型求解,计算了线性传递函数与二次非线性传递函数.所得结果均符合预期.相干分析表明,随机海浪-船舶摇动系统二次相干性远大于线性相干性,但近高斯输入型充分发展湍流的线性相干性更大.反算验证或与真实系统的对比表明,本文的湍流仿真手段与系统建模方法准确性好,求解算法效率高,可以有效应用于与湍动激励相关的二次非线性系统的模型描述与系统分析.

虚拟仿真技术在材料分析与表征类课程实验教学中的应用

材料分析与表征类课程实验在巩固专业知识、提高学生实践创新能力方面不可替代。但由于设备数量、师资、学时等诸多方面的不足,导致材料分析与表征类课程实验以演示性实验为主,不利于锻炼学生的动手能力。结合材料分析与表征类课程实验的实践经验,针对实验中存在的问题,将虚拟仿真技术应用于实验教学中,形成一种“虚实结合”的实验模式,从而提高实验教学质量。

基于模糊认知图的高铁企业国际声誉形成机制仿真分析

为探究高铁企业国际声誉形成机制的动态演化过程,采用一种结合了结构方程模型和模糊认知图的方法进行仿真分析。预测分析结果表明:宏观因素、企业能力和被感知的能力均与国际声誉呈正相关,与国际声誉之间的相关性大小排序为宏观因素>企业能力>被感知的能力。诊断分析结果表明:宏观因素是引起国际声誉变化的最根本原因。混合分析结果证明了以宏观因素为核心采取综合干预措施,对国际声誉的提升效果最好。基于分析结果,提出了高铁企业提升国际声誉的对策。这种混合方法模拟了因素间的动态交互作用,并在不同假设情景下进行仿真分析,揭示了高铁企业国际声誉形成机制的动态演化过程。研究结果有助于拓展国际声誉形成机制的知识体系,也可为高铁企业采取针对性策略提升国际声誉提供实践参考。

高速磁浮列车搭接结构悬浮系统仿真分析

为模拟高速磁浮列车悬浮系统运动过程并分析不同条件下的系统响应,本文围绕悬浮系统建模、控制器设计和仿真分析展开研究.首先,介绍以搭接结构为基本单元的高速磁浮列车悬浮系统的基本结构与工作原理,通过机理分析方法构建理想情况下的悬浮系统数学模型;然后,对悬浮系统模型进行合理简化,并针对简化模型设计标称控制器;最后,仿真验证了标称控制器的控制效果,并对比分析仿真和实验条件下永磁电磁混合悬浮系统的起浮降落过程.研究结果表明:仿真得到的悬浮间隙、悬浮电流等物理量的变化情况与实际系统的变化趋势吻合,稳态时误差小于5%.

非充气轮胎的滚动越障振动仿真分析

采用仿真分析方法探究非充气轮胎的滚动越障振动特性。建立非充气轮胎的有限元模型,对辐条式原始非充气轮胎(简称原始轮胎)和轮辐仿生优化非充气轮胎(简称优化轮胎)的滚动越障振动进行仿真分析,研究滚动速度和障碍物高度对原始轮胎和优化轮胎的径向和纵向振动的影响,以及两种轮胎的振动特性与其滚动越障时接地压力峰值标准差之间的关系。结果表明:越障时滚动速度和障碍物高度的增大会加剧非充气轮胎的径向和纵向振动;与原始轮胎相比,优化轮胎的减振效果主要体现在滚动速度和障碍物高度变化时其振动特性较为平稳;接地压力峰值标准差能够在一定程度上表征非充气轮胎的振动强度。非充气轮胎的滚动越障振动仿真分析为其动态特性研究奠定了一定的理论基础,对提高车辆的稳定性具有重要的意义。

我国北方沿海区域水文气象特征分析仿真实验设计与开发——以青岛湾为例

为适应现代化教育的要求,国家将虚拟仿真实验课程发展为五大“金课”之一,以助力实验教学质量的提升。针对传统实验教学中存在受区域条件、恶劣天气、长实验周期等因素限制的痛点问题,文章开展了沿海区域水文气象虚拟仿真实验系统建设,搭建了三维地理场景,集成了多种水文气象监测设备的三维模型,设计并实现了包括环境地物认知、仪器设备安装操作、数据采集、水文气象特征分析、考核评价等环节的综合实验过程。该实验系统已上线国家虚拟仿真实验系统,可为水文学、气象学、自然地理学等相关的专业课程提供沿海区域水文气象特征分析虚拟仿真实验服务。

多径信道下无线通信系统性能分析虚拟仿真实验——以“无线通信”课程为例

信道特性直接影响通信的容量和质量。多径是无线信道的重要特性,分析多径特性,对基于多径信道特性进行无线系统性能评估、设计和优化具有重要工程意义。面向通信工程、信息工程专业本科生,文章介绍了多径信道下无线通信系统性能分析虚拟仿真实验的设计思想、主要内容、实施方案和评价方式。教学实践表明,实验有效激发了学生的学习兴趣,明显改善了教学效果,学生的实践能力和工程素养得到了显著提升。

自适应机载式临时支架设计及仿真分析

在井下掘进工作中临时支护是必不可少的一环,但由于掘进巷道临时支护智能化的失调,导致机载式临时支护无法根据打锚杆锚索所产生的围岩变化进行有效的顶板控制,同时根据国家煤矿安全监察局发布的公告《煤矿机器人重点研发目录》,研制开发一种自适应的机载式临时支架,利用SolidWorks软件对其中关键零部件进行设计以实现对不同倾斜顶板的贴合支撑功能,并建立三维模型,通过理论力学原理分析出支护装置在不同支撑姿态下顶架和各液压缸的受力符合支护强度,同时设计相应的液压系统,利用AMESim仿真软件进行仿真分析验证支撑力可以随顶板压力变化进行自适应调整。

纤维包自动除带及拆袋机抱夹装置静力学仿真分析

为降低工人劳动强度,实现面向直行往复式自动抓棉机的纤维包自动化搬运与排放,在所设计的基于自动导向车(AGV)的抱夹车结构基础上,使用ANSYS Workbench对抱夹车的抱夹装置、抱夹支撑装置及其整体进行了静力学仿真分析,得到了各主要机构的最大应力所在位置和最大应力的数值,以及装置在约束下的最大变形量。经分析,抱夹爪最大应力发生在夹爪根部,为57.26 MPa,结构优化后的抱夹爪驱动机构最大应力为217.26 MPa,抱夹车最大变形量为3.0269 mm,最大应力发生在下支撑架上与上部滚轮接触的位置,为108.28 MPa,均满足材料强度要求。该研究验证了抱夹装置结构的强度与刚度,对不符合工作要求的薄弱构件进行了改进设计,确保了装置在实际工况下工作的可靠性与稳定性。

住院医师规范化培训中OBE理念的虚拟仿真模式血气分析操作教学探索

目的:在住院医师规范化培训过程中,探索以学生为中心、以学生成果为导向、以持续改进为重点,基于OBE理念的血气分析虚拟仿真模式在血气分析技能培训中的应用效果。方法:研究选取南京医科大学第一附属医院泌尿外科2022级专硕研究生以及2023年10至12月在本科室轮转的专硕研究生为研究对象(n=34),所有受试者在此前均未接受过血气分析的教学,并在教学前测评学生的血气分析技术掌握程度。通过随机抽样法将研究对象分为对照组(n=17)与实验组(n=17)。对照组采用传统带教模式,实验组采用基于OBE理念的血气分析虚拟仿真模式的教学方法。教学后采用客观考核评分与主观评分两部分对教学成果进行最终评估。结果:两组前测客观平均分无明显差异(P=0.897),教学后两组客观评分均有明显进步(P<0.001);实验组的后测客观评分(60.23±2.70)、主观评分(17.18±1.94)以及总评分(77.41±2.24)均显著高于对照组(P<0.05)。结论:在血气分析技能培训教学中,通过以学生为中心、以学生成果为导向、以持续改进为重点,基于OBE理念的血气分析虚拟仿真模式可以帮助学生明确学习目标,熟练掌握血气分析操作,还应学会解读检验报告并做出相应诊治。这有利于评估教学成果,提高住院医师规范化培训质量。

复杂金融网络级联失效模型仿真及可靠性分析

复杂网络中级联失效现象会导致网络大面积崩溃进而导致一系列灾难性后果,通过对其建模、仿真和定量分析可以有效预防和解决级联失效问题。本文在复杂网络理论基础上,基于复杂网络的动力学特征和级联失效机理,运用图论语言建立了金融网络模型;首次将级联失效经典模型运用到复杂金融网络研究中,提出了金融网络级联失效模型。然后通过仿真定量分析了不同条件下金融网络级联失效模型的可靠性,验证了模型的有效性,有助于复杂金融网络失效的预防及进一步研究。研究发现:第一、在金融网络级联失效模型仿真过程中,增加迭代次数,会导致网络效率下降,节点失效率上升。当网络受到蓄意攻击时,网络效率迅速下降,节点失效率快速上升;网络受到极大冲击,且这种冲击远大于随机攻击情况下。第二、同一种攻击方式下,提升风险容忍系数α,有助于提高网络效率、降低失效率,提升网络可靠性,甚至可以避免网络级联失效的发生,但这会付出相应的成本。

数模—动模混合仿真系统的接口建模与稳定性分析

为满足现代电力系统实时仿真的发展需求,数模-动模混合仿真系统结合实时数字仿真和物理动态模拟仿真的优点,成为现代电力系统研究的重要仿真方法。接口系统是混合仿真系统设计中的核心与难点。为了深入分析混合仿真系统的稳定性,对接口系统各个组成环节进行建模得到系统开环传递函数,分别根据劳斯判据和奈奎斯特判据研究开环传递函数中不同参数对系统稳定性的影响。理论推导表明接口系统中滤波器截止频率、接口延时和阻抗模拟比对系统的稳定性影响较大,并通过所搭建的混合仿真系统进行实验,实验结果表明不同参数对系统的稳定性影响与理论推导一致。

整体式木工硬质合金立铣刀铣削温度仿真分析

以整体式木工硬质合金立铣刀铣削刨花板时铣刀温度分布为研究对象,探究铣削深度、前角、及螺旋角对铣刀温度的影响规律,并通过优化参数提升铣削过程的效率和稳定性。采用动力学仿真分析模拟实际切削工况,对立铣刀铣削温度进行理论分析,得出铣削深度、前角、螺旋角三个主要研究变量。通过Abaqus软件分析以及试验探究,分析以上三个研究变量对立铣刀铣削刨花板过程中刀刃温度变化的影响,验证了立铣刀铣削温度模型的可行性。铣削过程中,铣刀的温度经历快速上涨、缓慢上升、趋于稳定三个阶段。其他条件一定,当切削深度为4.0 mm,前角为17°,螺旋角为22°时,刀刃的平均温度较低。研究结果对立铣刀铣削加工温度的深入研究具有重要的理论和实践意义。

建筑企业数字化转型三方演化博弈及仿真分析

对于建筑企业而言,数字化转型是企业实现可持续发展的核心战略。考虑了政府的奖惩机制,将建筑企业、数字化解决方案供应商与政府纳入统一架构中,以此构建了三方演化博弈模型,利用matlab 2016a软件对三者的演化博弈行为进行了仿真分析。研究结果表明:政府参与意愿、协同收益、奖惩力度等参数对博弈主体策略演化的影响显著。其中,提高协同收益和加强政府惩罚力度将加快系统演化趋于稳定;政府增强奖励和补贴力度均有利于促进建筑企业数字化转型和增强数字化解决方案供应商的参与意愿,但加大奖励力度将增大政府财政压力,故适度的政府补贴和奖励有利于博弈系统达到理想状态。

公众在灾害应急供应链协同中的作用——考虑公众参与的演化博弈与仿真分析

考虑到公众参与行为在突发事件应急响应管理工作中发挥重要作用以及应急供应链协同在应急响应管理中的作用日趋凸显。针对应急供应链协同,考虑在公众参与视角下,构建政府—制造商—零售商的三方博弈演化模型,分析不同主体间的演化稳定策略并通过仿真分析验证模型结论。研究结果表明:在突发事件应急响应中,仅靠政府加强监督与奖惩很难促进应急供应链协同;公众参与已成为促进供应链应急协同的有效力量,在面临政府因突发事件的不确定性和应急救援的紧迫性所导致的“政府失效性”问题时,公众参与可以起到较好的“旁站”监督效果,这将会促进系统趋向政府降低监管,充当“守夜人”身份,从而形成供应链双方主体积极参与应急协同的理想演化稳定均衡状态。

大电流真空电弧开断过程瞬态特性仿真分析

针对开断过程中传统稳态模型无法表征真空电弧动态特性问题,以工频电流下开断峰值为10 kA大电流真空电弧为研究对象,搭建等离子体弧柱区二维物理模型,在已有双温磁流体动力学稳态模型中引入密度、温度、压力及速度等流场参数时变项,同时利用动网格技术控制弧柱区变化速率,模拟触头分闸过程,综合考虑电流及开距变化情况下等离子体各物理场参数变化,以获取开断时电弧微观流场瞬态特性,探究开断过程中电弧形态及能量变化。分析结果可知:离子压力、温度、电子温度和阳极表面能流密度均随动、静触头分离而减小;离子速度无明显变化;等离子体不断向外扩散,由于电流减小,金属蒸汽源也逐渐减少,极间等离子体密度降低,阳极尚未达到活跃程度,最终电弧熄灭。

BMS电路板多模块协同热-力耦合建模及仿真分析

针对现有电动汽车电池管理系统(BMS)电路板研究仅仅考虑单一功能模块的温度场及其散热效果,缺乏考虑BMS多个功能模块在温度场和力场下的相互影响及协同效应的研究的情况,以某商用BMS电路板为研究对象,采用ANSYS构建了表征BMS多模块协同作用下的热-力耦合数值仿真分析模型并验证了其有效性.在此基础上,针对BMS电路板各功能模块温度场及热变形行为开展了数值仿真研究.结果表明:BMS电路板温度分布不均,最大温差达20.5℃.均衡模块存在积热,温度高达54.4℃.高温导致电路板组件发生热膨胀变形,同时电路板约束诱发均衡模块及供电模块边缘的贴片电阻出现热应力集中,两者共同作用致使BMS均衡模块、供电模块产生凸起翘曲变形,且Z轴热变形量随着温度升高而增大,最大变形量达9.5μm,应针对BMS电路板上积热模块开展散热优化设计.

基于Multisim的有源滤波电路仿真设计和分析

本文利用Muism仿真软件对二阶、四阶有源低通、高通滤波电路进行了电路设计、仿真分析和测试,通过幅频特性、相频特性曲线分析了滤波电路的性能,从而方便、直观地分析得到高阶有源滤波电路的性能明显优于低阶有源滤波电路。

某堆石混凝土拦沙坝施工期温度应力仿真分析

为了研究堆石混凝土技术在抽水蓄能电站中热力学性能和温度应力水平,依托某抽蓄水能电站的堆石混凝土拦沙坝工程,对坝体堆石混凝土在施工过程中坝体温度应力进行有限元仿真分析,初步掌握坝体在施工过程中温度应力变化规律,并据此进行坝体宽度和温控措施进行分析。结果表明:在施工过程中坝体内部最高温升低于堆石混凝土的绝热温升,且坝体整体应力水平较低,平均拉应力低于0.83 MPa,满足设计要求;对于不同坝段宽度,坝段宽度对该工程温度场和应力场影响不大,可进一步论证增加坝段宽度,简化施工工艺,降低施工成本。采取相当于8 cm~12 cm厚度的聚苯乙烯泡沫板的保温措施时可有效降低冬季坝体表面的高拉应力,避免产生开裂风险。