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圆振动筛的结构有限元分析及优化

圆振动筛的结构有限元分析及优化

作者：周靖皓安徽理工大学

学位级别：硕士

振动筛是近几十年来得到迅速发展的一种新型机械,广泛应用于矿山、冶金、化工、建筑等工业部门。目前国内生产的振动筛在使用寿命和无故障运行时间上与国外的产品相比较还有一定的差距。通过对振动筛的整体结构的改进,降低了振动筛的应... 详细信息

振动筛是近几十年来得到迅速发展的一种新型机械,广泛应用于矿山、冶金、化工、建筑等工业部门。目前国内生产的振动筛在使用寿命和无故障运行时间上与国外的产品相比较还有一定的差距。通过对振动筛的整体结构的改进,降低了振动筛的应力水平,使应力分布趋于均匀,降低了振动筛工作时所产生的噪声。从而提高振动筛工作的可靠性,对延长振动筛的使用寿命具有深远的意义。本文运用三维建模软件Pro/e和有限元分析软件ANSYS对圆振动筛的结构进行了设计和分析,主要做了以下几个方面的工作：1)对圆振动筛工作原理进行介绍,使用Pro/e软件对圆振动筛各主要部件进行三维模型的建立,并且对圆振动筛的各主要参数进行计算;2)利用有限元软件ANSYS,建立了圆振动筛筛箱的有限元模型,并对其进行模态分析,得到筛箱的前20阶固有频率和前10阶的振型图。并以此为依据,对圆振动筛的结构进行改进;3)对圆振动筛的激振原理的分析,采用静力学分析的方法对圆振动筛的激振器工作一周时的应力分布情况进行分析,求出其应力最大值和应力分布情况,对不符合应力要求的地方进行结构改进;4)根据分析所得的圆振动筛工作时的应力分布和固有频率值,对圆振动筛的结构提出改进方案。本文通过对圆振动筛的筛箱的有限元分析,得出其固有频率和工作时的应力分布情况,并对圆振动筛的结构进行改进。使得圆振动筛的固有频率远离了其工作频率,避免了共振现象的发生,并且使筛箱应力分布趋于均匀,应力值满足设计要求。本文的研究方法和分析结果可以给同类的产品的生产和研发提供一些有效的而且可靠的方法,对其他振动机械的研究也有参考价值。

关键词：振动筛 ANSYS 模态分析固有频率静力学分析

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基于聚乙烯醇缩甲醛海绵的变刚度技术研究

基于聚乙烯醇缩甲醛海绵的变刚度技术研究

作者：周靖皓中南大学

学位级别：硕士

变刚度能力是软体机器人技术的关键指标之一,现存的变刚度技术存在变刚度范围不大或变刚度不连续的缺点,而聚乙烯醇缩甲醛海绵(PVF海绵)作为一种生活中常见的材料,具有优异的变刚度能力,变刚度过程即为其干燥/湿润过程,同时其刚度随其... 详细信息

变刚度能力是软体机器人技术的关键指标之一,现存的变刚度技术存在变刚度范围不大或变刚度不连续的缺点,而聚乙烯醇缩甲醛海绵(PVF海绵)作为一种生活中常见的材料,具有优异的变刚度能力,变刚度过程即为其干燥/湿润过程,同时其刚度随其含水量连续变化。本文提出了PVF海绵分子层次变刚度机理的猜想,同时针对其干燥过程极为缓慢的缺点,提出了一种海绵内部预制排气孔和表面吹气组合湿份调控方案,可有效提升海绵的干燥/湿润转换速度,结合该方案,设计了一款基于PVF海绵变刚度机理的软体驱动器,验证了该变刚度技术应用于软体机器人领域的可行性。论文的主要内容和结论如下:(1)对PVF海绵变刚度机理进行了分析,并测试得到了其刚度随含水量变化的关系。分析PVF海绵制备过程中缩醛化反应主要产物的分子链结构,结合其侧基官能团的性质提出了海绵的变刚度机理。通过海绵的力学性能测试分析了海绵不同含水量下的刚度性能,海绵刚度随含水量的下降而增大,其中含水量60%与干饱和状态下海绵的拉伸、压缩、弯曲刚度差分别为:150倍、135倍、75倍,PVF海绵具有优秀的变刚度能力。结合高聚物的热变形理论,对海绵进行DCS测试,得到其玻璃转化温度T:90.6℃,海绵干燥过程中若加热温度超过T,海绵将发生软化,刚度下降。(2)对PVF海绵热风干燥过程进行了仿真分析。以COMSOL为平台建立了海绵热风干燥仿真模型,分析了不同环境温度、风速、环境相对湿度对海绵干燥过程的影响,仿真结果表明海绵内部湿份的扩散速度对其干燥速度的影响较大,提高环境温度、风速、降低环境相对湿度均有利于海绵的快速干燥。综合考虑海绵刚度结构热稳定性及设备能耗下,环境温度、风速应设置为:80℃、4 m/s。(3)研究了PVF海绵渗流干燥过程规律。渗流干燥下,海绵内部会形成局部干燥区域,该区域会由内向外扩展。通过实验对海绵渗流干燥效果进行表征,研究渗流热风的压力、温度对渗流干燥的影响。研究发现:提高气压可以在干燥过程初期提高干燥效率,但在干燥过程后期作用减弱,应该配合密集气孔来发挥高气压的作用,同时,提高温度在干燥过程全过程均有提高干燥效果的作用。(4)基于PVF海绵变刚度机理的驱动器设计、制备及性能测试。结合海绵热风干燥及渗流干燥过程的特点,提出了一种海绵内部预制排气孔和表面吹气组合湿份调控方案,该方案下海绵内外能同时干燥,有效地提升了海绵的整体干燥速度。对驱动器进行性能测试。通过实验定量分析了驱动器的各项性能:海绵初始含水量低于60%时,弯曲工作角度将会下降,同时,受海绵内预制管本身的弯曲刚度及其弯曲过程中产生的摩擦力所影响,其对海绵的弯曲性能会产生较大的影响;海绵具有优秀的保形能力,弯曲状态下经干燥,其弯曲形状不会恢复;初始含水量为60%时,海绵内外通热风的干燥速度为18 min,是仅表面通热风干燥速度的4.2倍。预制管影响下驱动器平均变刚度能力约为13.89倍,若消除预制管的影响驱动器变刚度范围最高可达32.89倍。图69幅,表13个,参考文献71篇

关键词：聚乙烯醇缩甲醛海绵变刚度技术软体驱动器热湿传递

基于图论的动态调整拓扑限制短路电流措施对系统可靠性影响研究

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电网技术 2024年第1期48卷 334-342页

作者：郄鑫胡杰韩彬倪秋龙许刚周靖皓华北电力大学电气与电子工程学院北京市昌平区102206 中国电力科学研究院有限公司北京市海淀区100192 国网浙江省电力有限公司浙江省杭州市310007

随着电力系统规模的逐渐扩大和负荷密度的提升,短路电流超标问题逐渐成为制约电网发展的重要因素。基于系统拓扑动态调整的短路电流限制措施,不影响系统正常运行,仅在故障期间调整系统结构,这一措施的引入可能对系统的可靠性造成一定的... 详细信息

随着电力系统规模的逐渐扩大和负荷密度的提升,短路电流超标问题逐渐成为制约电网发展的重要因素。基于系统拓扑动态调整的短路电流限制措施,不影响系统正常运行,仅在故障期间调整系统结构,这一措施的引入可能对系统的可靠性造成一定的影响。该文研究了电网连通性的图论建模方法及计算方法,并以典型电网为例建立了系统拓扑仿真算例,分析了不同拓扑调整方法下,短路电流抑制效果和对系统可靠性的影响。结果表明,220kV系统典型接线下,拓扑调整开关配置母线分段开关处可作为首先考虑的方案,其短路电流抑制效果较好,对系统可靠性影响相对较小。

关键词：短路电流系统可靠性拓扑调整图论

多馈入直流系统电压稳定中静态负荷影响的定量分析和评估方法

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电工技术学报 2024年第23期39卷 7379-7393页

作者：王奕鑫唐宇叶琳周靖皓柳昂辛焕海浙江大学电气工程学院杭州310027 国网浙江省电力有限公司杭州310000 国网浙江省电力有限公司湖州供电公司湖州313000

随着多回直流集中落点受端电网负荷中心,交流电网相对变弱,因此分析负荷对直流多馈入系统电压稳定的影响,对精确度量受端电网电压支撑能力至关重要。该文首先建立了直流、负荷、交流电网的准稳态模型,推导了单馈入系统短路比受负荷影响... 详细信息

随着多回直流集中落点受端电网负荷中心,交流电网相对变弱,因此分析负荷对直流多馈入系统电压稳定的影响,对精确度量受端电网电压支撑能力至关重要。该文首先建立了直流、负荷、交流电网的准稳态模型,推导了单馈入系统短路比受负荷影响的定量关系式;其次,基于结构保持和模态摄动理论,将包含负荷的多馈入系统雅克比矩阵近似解耦,分析了负荷对广义短路比的作用机理;最后,给出了基于数据驱动的广义短路比实用计算方法和稳定裕度评估流程。研究表明,考虑负荷影响后,广义短路比实际值改变,而临界值不变。仿真算例验证了所提分析方法的合理性和有效性。

关键词：电压稳定广义短路比负荷特性多馈入系统模态摄动

基于数值逼近与值集分析的多直流间换相失败预测模块参数优化研究

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电网技术 2021年第2期45卷 776-784页

作者：陈民权郝文清周靖皓甘德强浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027 国网浙江省电力公司浙江省杭州市310007

直流换相失败预测等附加控制策略具有开关特性,所以关键的电气输出量可作为系统稳定指标。提出了一种能够优化多个换相失败预测模块中参数配置的分析方法。首先采用非侵入式多项式或有理分式数值逼近法快速确定稳定指标与多参数之间的... 详细信息

直流换相失败预测等附加控制策略具有开关特性,所以关键的电气输出量可作为系统稳定指标。提出了一种能够优化多个换相失败预测模块中参数配置的分析方法。首先采用非侵入式多项式或有理分式数值逼近法快速确定稳定指标与多参数之间的输入输出关系式。然后采用一种值集分析方法,将稳定指标含参表达式与临界值结合,构造一个二维值集函数。在复平面上的值集图提供了多参数问题的可视化分析结果,揭示了多直流换相失败预测模块参数对系统暂态响应的不同影响,有助于优化多参数协调整定,改善暂态响应,从而提高混联电网稳定性。

关键词：换相失败预测多参数数值逼近值集可视化

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电力系统摇摆方程的侵入式谐波解及分析

电网技术 2024年第5期48卷 2022-2030,I0061,I0063,I0064页

作者：李京甘德强倪秋龙周靖皓曹建伟浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027 国网浙江省电力有限公司浙江省杭州市310027 国网浙江省电力有限公司湖州供电公司浙江省湖州市313000

开展了大干扰背景下电力系统摇摆方程的侵入式谐波解研究。首先,针对二次微分代数系统的初值问题,提出了系统化的二次型谐波平衡方法;其次,将电网运动方程映射至解耦空间,扩展了摇摆方程的高阶分块解耦形式,并借助二次型谐波平衡方法,... 详细信息

开展了大干扰背景下电力系统摇摆方程的侵入式谐波解研究。首先,针对二次微分代数系统的初值问题,提出了系统化的二次型谐波平衡方法;其次,将电网运动方程映射至解耦空间,扩展了摇摆方程的高阶分块解耦形式,并借助二次型谐波平衡方法,给出了摇摆方程的侵入式谐波解;然后,基于该谐波解分析了电网稳定运动形态特征的数学机理,建立了电力系统暂态稳定的非线性状态-输出方程;最后,单机无穷大系统、IEEE 3机9节点系统的仿真算例进一步验证了所提方法及理论分析的有效性。

关键词：摇摆方程功角动态谐波平衡法暂态稳定

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考虑多振荡模式的多频段电力系统稳定器参数整定方法

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电力系统自动化 2020年第4期44卷 142-149页

作者：江崇熙石鹏黄伟周靖皓甘德强浙江大学电气学院浙江省杭州市310027 云南电力调度控制中心云南省昆明市650011

安装电力系统稳定器是增强电网小干扰稳定性的有效手段。相较于传统单频段电力系统稳定器,多频段电力系统稳定器具有更多的频段支路与更高的控制自由度,可更好地抑制频率较低的振荡模式,但其整定流程与方法未见广泛研究。文中提出了一... 详细信息

安装电力系统稳定器是增强电网小干扰稳定性的有效手段。相较于传统单频段电力系统稳定器,多频段电力系统稳定器具有更多的频段支路与更高的控制自由度,可更好地抑制频率较低的振荡模式,但其整定流程与方法未见广泛研究。文中提出了一个基于多输入多输出系统频域裕度指标的多频段电力系统稳定器参数整定方法,该方法在性能指标中考虑了多个弱阻尼振荡模式,同时调整了多个多频段电力系统稳定器的幅频特性与相频特性,使它们在提供合适相位补偿量的同时最大化系统稳定裕度,且能保证各机组励磁模式稳定。所提方法的有效性通过云南电网算例得到了验证。

关键词：电力系统稳定器多频段电力系统稳定器低频振荡参数整定频域稳定裕度

值集法在大电网鲁棒稳定分析中的实现及与μ方法比较

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电力系统自动化 2018年第1期42卷 98-104页

作者：周靖皓石鹏甘德强高洵贾琳徐英浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027 国家电网公司华北分部北京市100053

值集法是基于特征多项式的图形化分析方法,能够分析不确定参数对系统稳定性的影响。文中介绍了值集法在大规模电力系统中的实现方法,包括大数处理、内存优化、降阶效果的评估与调整以及鲁棒D稳定性的应用等,这些对于值集法的实际使用至... 详细信息

值集法是基于特征多项式的图形化分析方法,能够分析不确定参数对系统稳定性的影响。文中介绍了值集法在大规模电力系统中的实现方法,包括大数处理、内存优化、降阶效果的评估与调整以及鲁棒D稳定性的应用等,这些对于值集法的实际使用至关重要。此外,还从鲁棒稳定性判断、稳定裕度计算、参数作用分析、保守程度、计算速度等方面对值集法和电力系统常用的结构奇异值(μ)方法进行了比较。最后,以华北电网方式数据为例介绍了值集法在大规模系统中的实现方法,并将值集法与μ方法的结果进行了比较,体现了两种方法的特点。

关键词：不确定性结构奇异值鲁棒稳定性值集法

考虑光伏无功补偿的多馈入直流受端电网强度分析

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电力系统自动化 2021年第15期45卷 28-35页

作者：李羽晨王冠中张静周靖皓叶琳辛焕海浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027 国网浙江省电力有限公司调度控制中心浙江省杭州市310007

具有多馈入直流外受电和新能源集中并网的受端电网稳定运行需要交流系统提供足够的电压支撑强度。有必要研究如何准确量化受端电网强度。文中考虑定性分析和定量评估2个方面,从广义短路比及其临界值变化的角度研究了光伏电站接入对受端... 详细信息

具有多馈入直流外受电和新能源集中并网的受端电网稳定运行需要交流系统提供足够的电压支撑强度。有必要研究如何准确量化受端电网强度。文中考虑定性分析和定量评估2个方面,从广义短路比及其临界值变化的角度研究了光伏电站接入对受端电网静态电压稳定裕度的影响。首先,建立系统的准稳态模型,利用光伏电站接入对交流网络雅可比矩阵主导特征值的灵敏度,定性分析了不同控制方式下光伏电站对系统静态电压稳定性的影响;其次,基于模态摄动,给出考虑光伏电站接入后的广义短路比及其临界值的计算方法和评估流程;最后,通过量化光伏电站无功补偿对系统强度的影响,给出光伏电站电压-无功功率下垂控制系数的选择方法。仿真结果验证了所提方法的可行性和有效性。

关键词：多馈入直流系统静态电压稳定光伏广义短路比电网强度