特高压装备Box-in结构的腔内声学参数与隔声性能研究

特高压变电站、换流站内常见的噪声治理手段是装设声屏障、Box-in隔声罩等被动吸隔声结构,主要用在辐射声功率较大的换流变、特高压并联电抗器等设备的近场以及噪声敏感点厂界处。此类噪声治理工程的实际效果除与隔声结构的布局有关以外,还与所选结构隔声性能,甚至与设备声场的动力耦合密切相关。比如,Box-in的隔声量与壁面材质、结构型式、室内声场分布、辐射噪声的谱特性都有关联。然而,以往研究多侧重于材料、结构设计,而对罩内声源、声场特性的关注较少。针对隔声罩内声场以及换流变的声源特征,研究某特高压换流站Box-in内的空间声场分布,从声模态的角度解释Box-in隔声量的差异。给出Box-in闭空间声学参数的现场测定方案,获取典型特高压换流站Box-in腔体的混响时间、插入损失等声学参数。基于上述研究,提出一种从空腔内声场调控的角度提高隔声罩相对隔声量的方法。

基于振动声调制的金属微裂纹定位方法研究

针对传统线性超声检测无法检测闭合微裂纹的问题,搭建了铝板的微裂纹振动声调制(VAM)检测系统,提取检测信号中的一阶旁瓣非线性信号和只滤除基波的全部非线性信号并对其时域反转,在ABAQUS有限元软件下,将其加载在铝板的无损模型上实现时间反转聚焦,获取铝板模型能量分布云图和各质点的位移信息,以此对微裂纹进行定位。结果表明,在时反信号的聚焦时刻原裂纹位置处有较强能量聚焦,只滤除基波的全部非线性信号聚焦效果优于一阶旁瓣非线性信号,振动声调制技术与时间反转方法结合能够实现对微裂纹的检测和定位。

分布反馈光纤激光器封装工艺

分析了分布反馈光纤激光器的声波敏感机理,发现阻断"弦"结构对声振动的传递和响应是隔声隔振封装工艺的关键.根据分析设计了一种主体为弧形中性轴线槽的封装结构,分布反馈光纤激光器有源相移光栅在一定预拉力下粘结固定在封装结构的槽中,光栅各点均贴附在弧形平面上.实验结果表明,这种结构有效消除了声致弯曲等效应的影响,使激光器窄线宽特性在外界声波和振动冲击下能够得到良好保持.同时,实现了激光波长大范围的温度调谐,波长温度调谐系数由10 pm/℃提高到30 pm/℃以上,且激光器输出性能稳定.

测量微振动的光纤Sagnac干涉传感器

提出了一种光纤Sagnac干涉传感器,用于固体表面传播的超声波产生的微弱振动检测.当超声波信号在固体中传播并作用于光纤传感器的敏感环时,干涉仪的输出光强度受到了超声信号的调制;通过检测干涉仪的输出光强度并利用Fourier变换,获得了超声信号的频率特征.对传感系统的相位调制特性进行了仿真,并对实验结果进行了分析,结果表明该系统可用于固体中传播的超声波的频率特征识别.

有源声学结构次级声源的布放规律研究

有源声学结构是近年来提出的一种控制结构低频声辐射的有效方案,它是智能结构在有源噪声控制领域的具体应用。次级声源的优化布放是有源声学结构研究中的核心问题,本文对此进行了研究。首先建立了有源声学结构的计算模型,然后基于声辐射模态和结构振动模态理论,推导总结出各种情况下次级声源的最优布放规律,最后用一系列的计算机仿真实例对该规律进行了验证。

非线性振动声调制的混凝土梁微裂缝损伤检测试验

目的针对混凝土构件微裂缝损伤检测问题开展试验研究,以解决传统线性损伤识别方法敏感度和精度偏低等问题。方法在非线性振动声调制技术基础上,搭建了振动声调制试验平台并进行激励参数优化,研究混凝土梁在不同微裂缝损伤状态下的调制特性及规律。结果在优化激励参数试验中,高频和低频信号的频率对非线性调制效应的影响规律并不明显;非线性调制效应与高频信号幅值呈现线性正相关规律,而低频幅值存在激振力阈值。并且,在损伤识别过程中,该方法能够对损伤程度在0%~70%的混凝土梁有较好的识别敏感度。结论振动声调制技术所产生的非线性效应与裂缝开合过程中界面接触面积变化密切相关,从而有效解决了传统线性损伤识别技术对微裂缝识别不敏感问题。

调制气流声源振动系统有限元分析与实验

用动力有限元方法对调制气流声源振动系统进行了数值模拟,基于电涡流传感器构建了实验系统进行了相关验证,并对产生低频强声和远距离语音广播条件下橡胶弹性元件特性进行了探讨。结果表明,M-R橡胶本构模型描述的振动系统与实验保持了较好的一致性,证明该本构模型描述初始小变形条件下的橡胶振动特性是有效的;理想情况下,动圈-橡胶结构的振动系统为单自由度振动系统,低频振动时,振动位移失真以橡胶等效刚度非线性引起的三次谐波失真为主,随着频率升高至共振频率附近,磁场不均匀等因素引起的二次谐波失真逐渐增大并成为主要失真分量;音圈偏置是导致系统出现多阶振动模态的主要诱因之一。

振动场下微裂材料的非线性超声调幅特征

一般在材料损伤后,其非线性力学特征更加明显.在高频声波和低频振动位移场下,开裂材料会出现非线性超声调幅现象.介绍了非线性超声调幅现象,对微裂材料的非线性超声调幅特征进行探讨,提出以旁频能量与振动输入能量之比,作为描述材料损伤的定量参数,并进行试验研究,采用碱骨料反应对2根混凝土试件引入微裂缝损伤,与1根无损试件进行对比.试验结果显示,振动场下微裂材料的非线性超声调幅特征十分明显,2根损伤试件在不同损伤水平上的相对损伤参数有较大改变,且在相同损伤水平上两者十分接近;而对比无损试件的相对损伤参数变化很小.表明该方法对微裂缝损伤极为敏感,运用相对损伤参数能够对损伤的程度给出定量化的描述,且具有较好的一致性.

基于振动声调制的金属微裂纹检测方法

为克服传统线性超声无法检测微纳级宽度裂纹的缺点,开展了振动声调制法检测金属微裂纹的研究。用有限元分析软件ABAQUS开展了仿真研究,并验证了该方法的有效性,为实验参数设置提供了参考。搭建振动声调制检测系统,分析了不同长度微裂纹的调制特性,提出了基于振动声调制信号的信息熵定量表征方法。结果表明,存在微裂纹的铝板的振动声调制信号中的旁瓣信号明显,且检测信号的信息熵随裂纹长度单调增大,可作为振动声调制法检测微裂纹长度的特征参数。

Fast Calculation of Electromagnetic Forces in IPMSMs Under PWM VSI Supply Based on Small-Signal Time-Harmonic Finite Element Method

This paper introduces a novel method for fast calculating the electromagnetic forces in interior permanent magnet synchronous machines(IPMSMs)under pulse width modulation(PWM)voltage source inverter(VSI)supply based on the small-signal time-harmonic finite element analysis(THFEA),which has been successfully utilized for fast calculating the PWMinduced losses in silicon steel sheets and permanent magnets.Based on the small-signal THFEA,the functional relationships between high-frequency harmonic voltages(HFHVs)and corresponding airgap flux densities are established,which are used for calculating the flux density spectra caused by each HFHV in the PWM voltage spectra.Then,the superposition principle is applied for calculating the flux density spectra caused by fundamental currents and all HFHVs,which are converted to the electromagnetic force spectra at last.The relative errors between the force density spectra calculated with the proposed method and those obtained from traditional time-stepping finite element analysis(TSFEA)using PWM voltages as input are within 3.1%,while the proposed method is 24 times faster than the traditional TSFEA.

基于振动声调制信号协整分析的螺栓预紧状态识别

振动声调制(vibro-acoustic modulation,VAM)利用低频振动和高频信号在损伤处相互作用所产生的非线性旁瓣信号进行结构损伤识别。在实际工程中,边界条件往往会影响被监测结构,干扰旁瓣的识别,导致损伤状况的误判。针对边界条件影响下的螺栓连接状态监测问题,提出了基于VAM信号协整分析的螺栓预紧状态识别方法。首先提取不同边界固定力下旁瓣信号的幅值作为协整变量,然后根据残差序列判断螺栓的预紧状态,建立具有鲁棒性的螺栓预紧力状态量化指标。实验结果表明:协整分析可以消除边界条件对VAM的影响,能够很好地表征螺栓的状态;协整残差的均方根(root mean square,RMS)值作为量化指标,能够有效地识别螺栓预紧力状态。

基于不连续脉宽调制永磁同步电机边带声振响应数值预测

以轻型电动汽车驱动用永磁同步电机为研究对象,针对不连续脉宽调制策略所引入的边带谐波成分,建立多物理场协同仿真模型,实现边带电流谐波与声振响应的特征识别。首先,阐述不连续脉宽调制(DPWM)策略的空间矢量原理及实现方法。其次,基于麦克斯韦张量法,揭示边带谐波成分与径向电磁力的频谱分布规律;并建立Simulink&JMAG协同仿真模型,对DPWM策略所致边带声振响应进行仿真预测,验证了解析模型的正确性。最后,搭建12槽-10极永磁同步电机测试平台,对比分析6种典型DPWM方案的稳态工况仿真与实测数据。结果表明,所构建的多物理场协同仿真模型不仅可以反映边带频谱分布规律,而且能够准确预测边带电流谐波及声振响应的幅值特征。

一种固定采样频率随机PWM调制策略研究

针对电压源型逆变器提出了一种新颖的随机PWM调制策略,其开关频率在允许的范围内随机变化,而采样频率固定不变。该方案保持了确定性PWM调速系统闭环控制器设计不变,而又使高幅值窄带高频谐波连续分布到一个相对较宽频带范围内,有效减小高频谐波幅值,从而能使系统声学噪音及机械振动得到有效抑制。为评价不同调制策略的谐波分布水平,引入了一个谐波分布因数的评价指标,对本文提出的方案进行了仿真和试验,结果证明了本文提出的随机PWM调制策略的正确性。

柔性直流输电模组振动噪声测试及仿真分析

为研究柔性直流输电系统整体振动噪声水平,基于换流阀单模组噪声产生机理,通过传感器绝缘措施建立了单模组高电压运行测试系统,对其振动特性与辐射噪声进行了测量分析,并基于声学边界元理论,利用分析软件开展了仿真计算。试验与仿真结果表明,柔直模组的振动、噪声具有明显的频率特性,工作噪声主要分布在3000 Hz频率范围内,且都是以100 Hz为基频的谐波成分为主,在700 Hz左右的高次谐波噪声成份较大;辐射噪声仿真与测试结果特性一致,验证了所建分析模型的正确性。研究结果对探究直流工程中高压带电设备的振动、噪声特性,进而对特高压工程设计及分析都具有指导意义。

离心风机风井噪声治理隔振研究

利用结构被动调谐减振原理,在煤矿风井噪声控制加层设计中应用了隔振支座,结合轻钢结构体系和 轻质墙体的有效运用,取得了良好的效果,可供类似工程设计借鉴。

基于朴素贝叶斯分类器的多螺栓预紧状态识别

螺栓是机械和土木工程等领域广泛应用的连接件,利用振动声调制(VAM)技术可检测钢结构连接节点的螺栓松动,但现有的相关研究多针对单螺栓连接结构,无法应用于多螺栓结构。针对多螺栓连接结构,本文以梁间的螺栓拼接板为研究对象,采用VAM实验进行特征提取,提出了基于朴素贝叶斯分类器(NBC)的多螺栓预紧状态识别方法。相比于传统的VAM,该方法的高频激励采用线性调频信号,避免了选频的困扰。通过小波变换处理VAM信号,将不同尺度下小波系数的信息熵和均方根(RMS)作为状态指标,进而找到对调制作用敏感的频段,训练NBC;多螺栓连接不同预紧状态的实验验证了方法的可行性与有效性。实验结果表明,NBC能有效识别多螺栓预紧状态,且本文所提出的状态指标具有良好的鲁棒性。

调控管道声波以主动抑制高精度喷墨打印中的次级液滴

按需喷墨打印技术主要依赖于通道内的声波来实现液滴的喷射,其在气体环境中的各前沿领域发挥了不可取代的作用.喷墨打印液滴直径通常在20–100微米范围内,难以进一步减小.对于管道声波触发的受约束界面的振动而开发的新兴的液中高精度打印技术,其可以产生小于喷嘴直径数十倍的液滴,并可以灵活地调整液滴尺寸.然而,当激励很强的时候,受约束界面的残余振动会产生次级液滴,进而影响打印的均一性.在此,本文提出了通过调控管道声波进而调控界面行为的策略,在实现显著主振动的同时有效抑制残余振动.基于实验现象构建了数学模型以描述界面行为是如何调控的,回波时间对界面振动的影响,残余振动影响后续主振动和主液滴的机制都得到了较好的解释.本文的工作为通过调控管道内的声波来调控液滴尺寸和改善打印精度提供了理论指导,并证实了其实际应用的潜力.