不依赖GNSS的输电线路双端行波故障测距

双端行波故障测距技术是实现输电线路快速故障恢复的有效手段。传统双端行波测距方法依赖全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)同步线路两侧采样数据,存在信号误差、丢失等风险。基于行波的传播时延和时移不变性,该文提出一种不依赖GNSS的双端行波故障测距方案。理论层面,定量分析时间同步误差及其对故障前工频方向行波相角关系的影响,推导证明通过本地计算方向行波相量进行双端故障测距的可行性。算法层面,首先,通过小波变换检测故障初始行波到达时间;其次,通过对故障前工频方向行波的傅里叶变换求解附加相角差,进而完成双端测距。仿真结果表明,在考虑电压互感器传变特性的条件下,所提方案在不同故障情况、采样频率和噪声干扰等影响下均保持了良好的测距性能。由于无须增设GNSS、硬件时间戳等辅助硬件设备,所提方案便于现存设备的技术更新与工程应用。

数字化学习实验设计的思维逻辑

目前，所有中小学新课程都以“核心素养”为理念。核心素养条目较多，与具体学科知识有一定的差异，又有学科核心素养等概念，一线教师可能会很难一下子适应。本期解码，我们结合数字化学习实验设计和高中信息技术新教材即将采用的Python语言，共同探讨学科核心素养如何在学习实践中落地。

基于高灵敏激光吸收光谱技术的稳定气态同位素测量及其应用(特邀)

稳定同位素测量技术已经在地球化学、地球物理、农业、生物、临床医学和生态科学等领域得到了众多应用。相对于传统的稳定同位素分析方法,基于激光吸收光谱技术的同位素分析技术,作为一种较新的同位素丰度测量方法,具有选择性好、精度高、体积小、无需样品预处理、可以实时原位同时测量气体浓度及同位素丰度等众多优点,得到了极大的关注和使用。本文主要以目前同位素测量的可调谐半导体激光吸收光谱技术、积分腔吸收光谱技术、腔衰荡吸收光谱技术三种激光吸收光谱方法为例,阐述了其基本原理、谱线选择、温压影响因素及其控制、系统组成结构以及部分应用测试结果。通过对测量系统的压力与温度的稳定控制的前提下,选取了合适的同位素测量谱线对,实现了大气CO_(2)气体的13C测量精度为0.3‰,煤层气CH4气体的13CH4测量精度为1.25‰,冰川水H_(2)O中18O、17O和2H的测量精度分别为0.3‰、0.2‰和0.5‰,以及呼吸气体中的13CO_(2)判识“金标准”。通过分析验证了激光吸收光谱技术在同位素测量方面的可行性和可靠性,也充分说明了基于激光吸收光谱技术的测量方法具有非常好的技术优势,将是光谱研究领域关注的重点内容,并在后续的科学研究中占据举足轻重的作用。

脉冲电流处理对轧制316L不锈钢的快速强化

目的探究不同参数的脉冲电流处理(EPT)对轧制316L不锈钢拉伸性能、显微硬度及微观组织的影响。方法将轧制的316L不锈钢作为原始样,调节流过样品的脉冲电流密度,分别为130、170、190、260、310A/mm2,分析脉冲电流密度与其拉伸性能和显微硬度的关系。结果轧制316L不锈钢的抗拉强度和显微硬度随着脉冲电流密度的增大呈现先增大后减小的趋势,其中当脉冲电流密度为170 A/mm2时达到峰值,抗拉强度由1485MPa提升到1625MPa,同时显微硬度也由431HV增大到473HV。通过电子背散射衍射分析微观组织可知,与原始样相比,经过脉冲电流处理的样品晶粒尺寸明显减小,马氏体含量明显增多,脉冲电流处理可以促使微观组织快速均匀化。结论脉冲电流处理可以在短时间内实现轧制316L不锈钢组织的均匀化调控,有效改善轧制316L不锈钢的微观组织,减少轧钢形变织构,促使参与的奥氏体转变为马氏体,使微观组织趋于稳定,同时还可以使轧制316L不锈钢晶粒快速细化,达到细晶强化的效果,有效提高整体抗拉强度和显微硬度。

具有媒体报道的SVIR传染病模型的生存性分析

该文研究了具有Logistic增长和媒体报道的饱和发生率的随机SVIR模型.为了研究模型的动力学性质,首先证明了随机模型全局正解的存在唯一性,其次通过构造合适的李雅普诺夫函数,探究疾病持久和灭绝的充分性条件.研究表明:当R^(s)_(0)>1时,疾病长时间持续存在.当R^(e)_(0)<1时,疾病在流行一段时间后灭绝.最后,通过数值模拟验证了以上结论.

基于GTN损伤模型的均质平板非共线平行双裂纹合并方式研究

为了对裂纹合并方式进行系统性研究,以均质平板中非共线平行双裂纹为研究对象,基于Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)损伤模型,结合试验,对双裂纹不同水平距离s(从0~1 mm)和垂直距离h(从0.4~2.0 mm)组合下,49个模型的合并方式进行研究。并以双裂纹水平距离s与裂纹长度a的比值为横坐标,双裂纹垂直距离h与裂纹长度a的比值为纵坐标绘制图形,对双裂纹合并规律进行了探索。结果表明:非共线平行双裂纹呈现出裂尖与裂尖合并、裂间与裂间合并以及裂尖与裂间合并3种合并方式,且各有特征。在以s/a和h/a为坐标绘制的图形中,3种裂纹合并方式有规律地分布在3个区域。在左上角h/a较大、s/a较小的区域发生裂尖与裂间合并,在右下角h/a较小、s/a较大的区域发生裂尖与裂尖合并,在中间区域发生裂间与裂间合并,可根据该图方便地确定裂纹合并方式。3种合并方式中,发生裂尖与裂尖合并的概率约占50%,发生裂间与裂间合并、裂尖与裂间合并的概率分别约占30%和20%。

故障下新能源场站间主动电压支撑协调控制策略

针对逆变型新能源场站在电网发生不对称故障时可能出现的电压暂降、电流越限等运行风险,提出一种适用于电压跌落场景的站间协调控制策略,该策略可有效实现故障下多个新能源场站对并网点电压的主动支撑。首先,基于逆变器控制系统的输出特性,分析不对称故障下的电压支撑原理;其次,为了解决输出电流在各新能源场站间的配置问题,引入白鲸优化算法对场站的功率进行优化,并在此基础上推导出相应的参考电流;最后,对电压跌落场景进行区分,在各自场景下通过逆变器注入不同的参考电流以实现并网点电压支撑、电流限幅、改善不平衡度等多个控制目标。在Matlab/Simulink仿真平台上搭建含逆变型新能源场站的并网运行系统,通过仿真模拟验证所提控制策略的有效性。

基于无线传感器网络的奶牛行为特征监测系统设计

奶牛等大型动物的疾病和发情状况目前主要依赖饲养员目测判断,大规模集约化养殖仍采用人工观测方法,这不仅带来繁重的人力负担,也容易误判。为了能自动准确地识别奶牛是否发情或生病,该文提出在奶牛颈部安装无线传感器节点,通过各种传感器获取奶牛的体温、呼吸频率和运动加速度等参数,采用K-均值聚类算法对提取的各种参数进行行为特征多级分类识别,以此建立的动物行为监测系统能准确区分奶牛静止、慢走、爬跨等行为特征,从而可以长时间监测奶牛的健康状态。而且,这种监测系统易于推广到对其他动物的监测,对促进养殖业和畜牧业的发展也具有指导意义。

基于雷电物理的风机叶片动态击距与电气几何模型

风机叶片遭受雷击现已成为风电场亟需解决的问题之一。该文将电气几何方法与雷电先导发展的物理过程相结合,提出了针对风机叶片的电气几何分析模型。通过引入风机叶片动态击距的概念及分析方法,模拟了雷电先导的发展过程,使得击距的物理意义更加清晰,并进一步推导了叶片防雷系统效率的计算方法,最后基于风机叶片长间隙下击穿实验验证了该模型的有效性。利用提出的风机叶片电气几何模型,分析了叶片角度、雷电流幅值和接闪器布置对防雷系统效率的影响,分析发现叶片越接近水平、雷电流幅值越小叶片防雷系统效率越低,增设叶片侧接闪器能够有效提高防雷系统效率。该文提出的方法拟为风机叶片的防雷设计与评估提供理论依据。

采煤机虚拟现实装配仿真系统研究

针对煤矿装备虚拟装配应用问题,基于Visual Studio 2010、OSG、Cegui、VC++等软件平台和相关硬件设备,搭建了功能完整、使用方便、交互性好、沉浸感强的某型号电牵引采煤机虚拟现实装配应用系统,详细描述了系统的功能结构、技术方案与构建方法;针对构建方法中的模型制作技术,结合UG与3Ds Max的建模优势,提出先在UG中建立CAD精确模型,后利用3Ds Max对模型进行转换、修改、优化和渲染,最终生成高质量虚拟现实模型的模型处理方法,弥补了艺术类模型装配精度较低和工程CAD模型很难直接生成虚拟现实模型的不足。

基于证据推理的电力变压器故障诊断策略(英文)

在变压器绝缘劣化之前,可以进行油中溶解气体分析、局部放电检测、传递函数测量等试验方法对其状态进行评估。所有这些试验现象需要很多实际经验才能正确解释。因此人工智能技术逐渐被应用于提高单一试验数据的分析中。但是,仅使用一种方法,可能难以得到满意的诊断结果,如油中溶解气体分析是不能准确对局部放电进行定位。然而,应用不同的方法可能产生各异的诊断结果,因此文中引入模糊信息融合系统来解决此问题,提出了产生一致性结论和处理不同方法中不确定性的证据推理策略。并在信息融合的帮助下,建立了有机组合多种诊断方法系统框架。通过实例证明,基于信息融合的变压器绝缘故障诊断方法是有效的。

船冰碰撞载荷下船舶结构加强方案研究（英文）

为了探究水介质对船—冰碰撞结构响应的影响,文章首次对考虑水介质中的船—冰碰撞问题进行了研究。模拟了船舶与冰体在水介质中的碰撞场景,研究船—水—冰三者共同耦合作用对船—冰碰撞的影响。将该计算方法应用于船—冰碰撞的多种工况计算,对比分析了增加外板厚度、横隔板厚度以及肋骨间距等多种加强方案对船体结构响应的差异。揭示了碰撞区域的损伤变形、碰撞力、结构吸能随外板厚度、横隔板厚度和肋骨间距的变化而变化的规律,分析了船舶肩部各主要构件对于抵抗冰载荷作用的能力及贡献。所得结论对于进行冰区船舶结构设计具有参考作用。

考虑多源信息耦合的高速涡轮泵转子动力学公理化设计方法

强耦合轴承、密封、平衡盘等部件的高速涡轮泵转子在设计过程需要处理不同领域的信息,如摩擦学、动力学、流体力学等学科的信息。为实现对这些多源信息的解耦和知识融合,提出基于公理设计的高速涡轮泵设计方法。该方法实现了对高速涡轮泵动力学设计的四层次功能需求域(Functional requirements,FRs)分解及其设计参数域(Design paramenters,DPs)映射,将14个DPs集成在5个物理部件(轴承、端面密封、推力轴承、平衡盘、转子)中,并由此发展了14×14的公理设计矩阵;由此矩阵获得了基于多源信息耦合的涡轮泵转子动力学设计顺序的流程图;对在该设计方法的指导中完成了对某涡轮泵转子的动力学设计,并对设计结果进行了评估。结果显示提出的基于公理设计方法优化了高速涡轮泵动力学设计过程和结果。

3D打印碳纤维增强PLA试件的力学性能分析

以300目短切碳纤维(CF)和聚乳酸(PLA)为实验原料,分别配制CF质量分数为5%、10%、15%和20%的CF/PLA混合料,再经双螺杆挤出机挤出造粒后得到CF/PLA复合材料。分别以纯PLA和不同组分的CF/PLA复合材料为实验材料,在粒料3D打印机上制备抗拉伸、压缩、弯曲和冲击试样,并做力学性能测试。实验结果表明,随着CF含量的增加,材料最大拉伸强度呈先增大后减小的趋势,当CF含量为5%时,材料的平均拉伸强度最大,为48.45 MPa。材料的平均弯曲和压缩强度随CF含量的增加均呈先减小后增大再减小的趋势,且无CF填充时,二者的强度值最大,分别为114.77 MPa和103.94 MPa。材料的抗冲击强度随着CF含量的增大呈先增大后减小的趋势,当CF含量为5%时,材料的抗冲击强度最大,为14.49 kJ/m^2。

包含构件成组约束的多目标产品架构模块划分

针对传统的基于设计结构矩阵和设计产品矩阵/模块指示矩阵的产品模块划分方法中优化解往往不符合特定构件局部成组的实际要求、粒度过大等问题,提出一种包含局部成组约束条件的多目标优化方法。设计人员根据设计结构矩阵和设计产品矩阵/模块指示矩阵的单独聚类结果以及先验知识确定所期望的特定构件局部成组方案。建立以设计结构矩阵的模块度、设计产品矩阵/模块指示矩阵的正交度和模块内聚度为优化目标、以局部成组方案为约束条件的聚类优化模型。采用改进型非支配排序遗传算法对该问题进行求解,得到Pareto解集;利用逼近理想解排序法帮助设计人员在Pareto解集中选择出合适的折衷解作为模块划分方案。以手提式吸尘器的模块划分为例,运用数值仿真手段验证了该方法的有效性和可行性。

水润滑螺旋槽端面密封的理论及试验研究

螺旋槽端面密封是液体火箭发动机涡轮泵用轴端密封的首选;考虑粘温、流体泄漏及热传导,建立了适合于内外双槽中间密封坝结构端面密封的理论分析模型,发展了螺旋槽密封膜厚控制方程和合适的边界条件;以此研究了密封特性参数(端面开启力、液膜刚度、摩擦力矩等)受不同运行参数(工作转速、压差等)和结构参数(槽深等)的影响规律。以水为密封介质,试验研究了处在不同压差和转速条件两类不同槽深的双螺旋槽端面密封的性能。理论和试验研究表明密封端面温升和摩擦力矩随转速和密封压差的增加而增加,槽深对温升和端面摩擦力矩影响不大;试验研究结果很好地验证了理论模型的正确性,为液体火箭发动机涡轮泵轴端密封的设计提供了理论和试验基础。

煤仓内煤散料流动状态与力学行为影响因素

针对煤仓内煤散料流动问题及其力学行为,采用三维颗粒流模拟程序PFC3D建立了某型号煤仓与某种煤散料的离散元模型,简述了其力学模型与求解步骤,模拟分析了煤仓内煤散料卸料流动状态。通过分析水平向侧压力、颗粒速度场和接触力场,重点讨论了煤仓下部锥体内壁面摩擦系数、锥仓倾角和卸料口径等对煤散料颗粒流动状态和力学行为的影响。结果显示,深仓卸料流动为整体流动与中心流动混合状态,煤仓内壁摩擦系数、锥体倾角和卸料孔开口半径均对煤散料流动和水平侧压力有较大影响。

非平稳信号短时快变过程的时频分析方法及实现

针对强烈的非线性、非Gauss性和非平稳性的旋转机械振动信号,提出一类基于小波包分析技术和传统的时频分析技术相结合的非平稳信号的短时快变过程时频分析方法,利用小波变换来实现变尺度的时频原子(小波族函数)信号的分解,用FFT完成对信号的时频分析。以此短时快变时频分析方法仿真完成了对含有冲击信号的轴承轴颈振动信号的分析,获得了其时域振动情况和频域特性。一组模拟仿真结果表明:该方法能够清晰地获知旋转轴承轴颈处受到的冲击响应的频率范围,并能在一定程度上反映出冲击的幅值;其对非平稳信号的时频特性提取精度较FFT和STFT有显著提高。

刀具磨损对于单点金刚石切削单晶硅的影响

单点金刚石切削(SPDT)是加工单晶硅最常用的方法,刀具磨损是影响加工表面或工件表面质量的重要因素,但是其中的磨损机制尚不清楚。为了研究刀具磨损对于切削机制的影响,本研究建立了单点金刚石切削单晶硅的分子动力学(MD)仿真模型。仿真结果表明随着刀具磨损程度的增加,切削力、表面损伤层厚度、位错分布面积、剪切变形和相变程度均增加。当使用已经磨损的刀具切削单晶硅时,挤压起主要作用,当使用未磨损刀具时,剪切变形起主要作用,工件表面损伤层主要是由硅的非晶相组成,使用磨损的刀具时产生的轴向力F t约是未磨损刀具的四倍。模拟结果同时表明使用未磨损金刚石刀具时会导致工件发生塑性变形,当刀具发生磨损后切削过程中会伴随有脆性断裂。

二维自适应粗糙表面表征参数相关性研究

采用自适应粗糙表面表征的弹塑性接触模型,能在确保良好计算精度的同时,有效地减少接触计算时间。利用随机函数和傅立叶变换技术生成了一系列不同粗糙度、不同相关长度的随机粗糙表面轮廓,研究粗糙表面轮廓的坡度参数、峰顶曲率参数随轮廓相关长度的变化规律,并提出自适应阈值与峰顶曲率参数的比值参数δ-,为不同粗糙表面轮廓的自适应阈值的选择建立了依据。最后,分析了数值生成的自适应粗糙表面与一刚性平面的弹塑性接触情况。结果显示,当比值参数δ-<1.3×10-6 mm2,不同粗糙度、不同相关长度的自适应粗糙表面轮廓与刚性平面的接触计算,均可获得较佳精度。