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POD和DMD方法对燃料棒流致振动特性的分析

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原子能科学技术 2024年

作者：闵光云姜乃斌广东省极端条件重点实验室中山大学中法核工程与技术学院

燃料棒的流致振动是造成燃料失效和反应堆停堆的重要因素之一，研究其流致振动机理非常必要。本文建立了燃料棒的高保真有限元模型，基于ANSYS Batch和随机振动理论批量计算了不同支撑刚度下燃料棒的流致振动响应，并搭建了1个流致振动... 详细信息

燃料棒的流致振动是造成燃料失效和反应堆停堆的重要因素之一，研究其流致振动机理非常必要。本文建立了燃料棒的高保真有限元模型，基于ANSYS Batch和随机振动理论批量计算了不同支撑刚度下燃料棒的流致振动响应，并搭建了1个流致振动响应数据库。该数据库采用不同支撑刚度值来模拟和检查燃料棒可能遇到的情况。基于数据库组装快照矩阵，采用两种数据驱动方法（POD方法和DMD方法）搭建了1个高保真降阶模型（ROM），该ROM能够实现流致振动响应的快速重构。对比了POD方法和DMD方法重构燃料棒流致振动响应的效果以及各自的优点和缺点。研究发现：使用相同数量的模态重构燃料棒的流致振动响应时，POD方法的重构效果优于DMD方法；基于相同数量的模态重构时，刚度为1 N/mm的重构效果最差，这主要是因为刚度越小，频率越小，系统的振幅越大，需要更多数量的模态才能捕捉大幅振动带来的影响；DMD方法不仅能够高效地重构燃料棒的振动响应，还能够判断每个DMD模态的稳定性。

关键词： POD DMD 流致振动模态燃料棒

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新型分段式设计燃料棒流致振动分析

中山大学学报(自然科学版)(中英文) 2024年

作者：闵光云吴海卢志威郭严廖业宏李沂垅姜乃斌中山大学中法核工程与技术学院中广核研究院有限公司

以某新型分段式设计燃料棒为研究对象，基于ANSYS-APDL和多跨连续梁理论建立了有限元模型，该有限元模型将燃料棒等效为BEAM 4梁单元，将刚凸和弹簧片等效为COMBIN 14弹簧单元。接着，基于ANSYS-APDL所得模态数据和半经验公式系统地研... 详细信息

以某新型分段式设计燃料棒为研究对象，基于ANSYS-APDL和多跨连续梁理论建立了有限元模型，该有限元模型将燃料棒等效为BEAM 4梁单元，将刚凸和弹簧片等效为COMBIN 14弹簧单元。接着，基于ANSYS-APDL所得模态数据和半经验公式系统地研究了湍流激振、流弹失稳以及漩涡脱落现象，并与传统结构的燃料棒进行了对比。最后，评估了格架失效对燃料棒湍流激振、流弹失稳以及漩涡脱落现象的影响。

关键词：新型分段式设计燃料棒流致振动格架失效 ANSYS-APDL

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离散方法对覆冰输电线主共振的影响分析

力学季刊 2024年第2期 506-518页

作者：包婉玉闵光云刘小会蔡萌琦周林抒成都大学机械工程学院中山大学中法核工程与技术学院重庆交通大学土木工程学院成都大学建筑与土木工程学院国网四川综合能源服务有限公司

为对比分析覆冰输电线主共振响应的两种不同离散方法，对固有频率和激励频率接近情况下的覆冰输电线做影响分析，本文主要采取位移响应曲线以及幅频响应曲线分析导线的舞动特征及主共振响应．基于哈密顿原理推导输电导线舞动控制偏微分... 详细信息

为对比分析覆冰输电线主共振响应的两种不同离散方法，对固有频率和激励频率接近情况下的覆冰输电线做影响分析，本文主要采取位移响应曲线以及幅频响应曲线分析导线的舞动特征及主共振响应．基于哈密顿原理推导输电导线舞动控制偏微分方程，在面内方向施加谐波荷载以定义主共振，基于三阶模态分别采取直接使用Galerkin方法转换偏微分方程为常微分方程；以及先将动张力平均分配在长度范围内离散后再采用Galerkin离散转换成常微分方程的方法；应用多尺度法求解幅频响应曲线，研究第二种离散方法下调谐参数与激励幅值对覆冰输电线主共振响应的影响以及气动荷载对幅频响应曲线的影响．结果表明，不同的离散方法会影响导线的舞动特征与主共振响应，调谐参数与激励幅值也会对导线的主共振造成影响，第二种离散方法的舞动幅值和相位明显大于第一种离散方法．

关键词：动张力主共振分析谐波荷载幅频响应

基于POD方法的燃料棒模态特征及流致振动响应降阶模型研究

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核动力工程 2024年

作者：闵光云姜乃斌中山大学中法核工程与技术学院中山大学中法核工程与技术学院

本文搭建了一个快速预测燃料棒模态特征及流致振动响应的降阶模型（ROM）。首先，基于有限元分析软件ANSYS的批处理功能得到不同刚度下燃料棒的模态数据，将模态数据组装成快照矩阵。接着，基于商用数学软件MATLAB和半经验公式批量计算... 详细信息

本文搭建了一个快速预测燃料棒模态特征及流致振动响应的降阶模型（ROM）。首先，基于有限元分析软件ANSYS的批处理功能得到不同刚度下燃料棒的模态数据，将模态数据组装成快照矩阵。接着，基于商用数学软件MATLAB和半经验公式批量计算燃料棒的流致振动响应，将流致振动响应数据组装成快照矩阵。然后，采用本征正交分解（POD）方法将快照矩阵投影到低维空间，并根据特征值大小选出能量占比最高的POD模态。基于选出的POD模态将快照矩阵重构回物理空间，实现了模态和流致振动响应的快速计算。研究发现：对于1阶模态和流致振动响应的重构，刚度越小所需要的POD模态数量越多；对于相同刚度下不同阶模态的重构，模态阶次越高，所需要的POD模态数量越多。本文研究结果对于燃料棒模态特征和流致振动响应的快速计算具有一定的意义。

关键词：本征正交分解(POD)方法燃料棒降阶模型(ROM) 模态特征流致振动响应

基于POD-ANNS的架空输电线路舞动响应预测

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电网与清洁能源 2024年第5期40卷 10-18页

作者：蔡萌琦田博文闵光云杨曙光包婉玉成都大学建筑与土木工程学院四川成都610106 四川大学破坏力学与工程防灾减灾四川省重点实验室四川成都610065 成都大学机械工程学院四川成都610106 中山大学中法核工程与技术学院广东珠海519082 中南大学土木工程学院湖南长沙410075

针对塔线体系下覆冰八分裂导线的舞动特性,通常采用有限元法(FEM)获取舞动响应,但是FEM往往会花费大量时间,获取舞动响应的时间成本巨大,有限模型搭建难度大、类型繁多,同时也必须考虑动力学求解中计算不收敛等棘手问题。因此,获得不同... 详细信息

针对塔线体系下覆冰八分裂导线的舞动特性,通常采用有限元法(FEM)获取舞动响应,但是FEM往往会花费大量时间,获取舞动响应的时间成本巨大,有限模型搭建难度大、类型繁多,同时也必须考虑动力学求解中计算不收敛等棘手问题。因此,获得不同参数、工况下的舞动响应比较困难。该文提出了一种混合代理模型,该模型能基于本征正交分解(POD)和人工神经网络(ANNS)实现舞动响应的快速预测。将FEM得到的舞动响应组合成快照矩阵,然后基于POD方法得到快照矩阵的POD模态基系数和POD模态;使用3种代理模型(BPNN、RBFNN、CNN)预测POD模态基系数,线性组合预测的POD模态基系数和POD模态,实现舞动响应的快速预测;还对比了3种混合模型下(POD-BPNN、POD-RBFNN、POD-CNN)的预测误差,预测时间。结果表明:3种混合模型均能快速、准确地得到目标响应,并且POD-RBFNN混合模型的误差更小;快照数量达到60个,基本可表征出全部样本的特征。

关键词：本征正交分解神经网络有限元分析舞动特征塔线体系

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不同材料绝缘子串在风荷载下的数值模拟

成都大学学报（自然科学版） 2024年第2期43卷 166-171页

作者：丁顺利闵光云邵俊虎杨华平蔡萌琦周林抒成都大学机械工程学院四川成都610106 清华四川能源互联网研究院四川成都610299 中山大学中法核工程与技术学院广东珠海519082 成都大学建筑与土木工程学院四川成都610106 国网四川综合能源服务有限公司四川成都610031

利用ABAQUS有限元软件建立三档覆冰八分裂导线的数值模型,模拟研究输电线路在不同风荷载下的舞动.基于导线动力特性和舞动特征,分析玻璃、环氧树脂及陶瓷等不同材料绝缘子串对导线舞动的影响,获得特征线路段的舞动响应时程分析、频谱分... 详细信息

利用ABAQUS有限元软件建立三档覆冰八分裂导线的数值模型,模拟研究输电线路在不同风荷载下的舞动.基于导线动力特性和舞动特征,分析玻璃、环氧树脂及陶瓷等不同材料绝缘子串对导线舞动的影响,获得特征线路段的舞动响应时程分析、频谱分析与轨迹分析.结合数值模拟结果,进一步对线路在不同风速的风荷载作用下的风偏响应进行时程分析,比较不同材料的绝缘子串对风偏起振现象的抑制效果.结果表明,绝缘子串材料的不同对导线舞动影响较小,对导线风偏幅值起不到抑制效果,因此,在输电线路实际工程应用中,应结合工程造价和防舞性能等因素综合考量选择绝缘子串.

关键词：绝缘子串不同材料风荷载舞动数值模拟

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基于POD方法的EPR燃料棒流致振动特性分析

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力学学报 2023年

作者：闵光云冯琳娜姜乃斌中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室中山大学中法核工程与技术学院

(European Pressurized Reactor,EPR)燃料棒相比M310燃料棒的棒长更长，导致其频率降低、幅值增大，在冷却剂的作用下，会加剧格架与棒束之间微动磨损（Grid-To-RodFretting,GTRF），进而造成放射性物质的泄漏。将EPR燃料棒简化为3D梁... 详细信息

(European Pressurized Reactor,EPR)燃料棒相比M310燃料棒的棒长更长，导致其频率降低、幅值增大，在冷却剂的作用下，会加剧格架与棒束之间微动磨损（Grid-To-RodFretting,GTRF），进而造成放射性物质的泄漏。将EPR燃料棒简化为3D梁模型，将刚凸和弹簧对燃料棒的约束等效为弹性约束，将带格架的燃料棒简化为多跨连续简支梁模型，然后基于ANSYS-APDL建立了EPR燃料棒的有限元模型。阐述了湿模态分析和湍流激振响应分析的基本原理，整理了12个格架失效工况，系统地研究了格架失效对湿模态和湍流激振响应的影响。针对EPR燃料棒流致振动问题，提出了采用本征正交分解（Proper Orthogonal Decomposition, POD）原理分析EPR燃料棒流致振动特性的方法，通过对快照矩阵进行POD分解生成投影子空间，将湍流激振响应投影到子空间进行模型降阶，最后在物理空间快速地重构湍流激振响应。结果表明：格架失效会导致频率降低，且湍流激振响应的幅值会在格架失效处增大；当格架失效使得EPR燃料棒模型成为悬臂梁结构时，湍流激振响应最大；前2阶POD降阶模型基本能快速重构燃料棒的湍流激振响应，且误差非常小。本文的研究将有助于核反应堆工程的优化和设计。

关键词：流致振动 POD方法 EPR燃料棒模态分析格架失效

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架空覆冰输电线路舞动研究进展

南方能源建设 2023年第5期10卷 116-128页

作者：闵光云赵鑫刘小会中山大学中法核技术与工程学院广东珠海519082 成都大学建筑与土木工程学院四川成都610106 重庆交通大学土木工程学院重庆400074

[目的]输电线路的舞动会引发线路跳闸、金具磨损、绝缘子串破碎、塔臂损坏等事故,严重时可能出现倒塔事故,因此建立输电线的舞动模型并对其进行舞动分析是一项十分有意义的课题。[方法]系统地研究了国内外经典、前沿的文献,全面地总结... 详细信息

[目的]输电线路的舞动会引发线路跳闸、金具磨损、绝缘子串破碎、塔臂损坏等事故,严重时可能出现倒塔事故,因此建立输电线的舞动模型并对其进行舞动分析是一项十分有意义的课题。[方法]系统地研究了国内外经典、前沿的文献,全面地总结了输电线路弯曲刚度、气动力系数、数值仿真、舞动方程的解析法等方面的研究现状,分析了现有研究的优点、缺点,并总结了有关输电线路舞动课题的发展趋势。[结果]文章的相关成果将对我国的覆冰输电线路舞动发展具有较高借鉴价值。[结论]现阶段对架空覆冰输电线路舞动的研究取得了一定的进展和结论,但仍有许多挑战和问题需要解决。

关键词：输电线舞动舞动方程弯曲刚度气动力系数数值仿真

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温度效应对覆冰导线舞动特征的影响研究

计算力学学报 2022年第6期39卷 812-817页

作者：沈祺航刘小会闵光云伍川张博重庆交通大学土木工程学院重庆400074 重庆交通大学省部共建山区桥梁及隧道工程国家重点实验室重庆400074 中山大学中法核工程与技术学院珠海519082 国网河南省电力公司电力科学研究院郑州450052

以某耐张段单跨导线作为研究对象,基于哈密顿原理和增量热场理论,建立了考虑温度效应的覆冰导线非线性舞动模型并推导出其舞动方程。分别使用近似模态和复杂模态得到离散后的面内-面外耦合的有限维度舞动方程,接着采用多尺度法得到该方... 详细信息

以某耐张段单跨导线作为研究对象,基于哈密顿原理和增量热场理论,建立了考虑温度效应的覆冰导线非线性舞动模型并推导出其舞动方程。分别使用近似模态和复杂模态得到离散后的面内-面外耦合的有限维度舞动方程,接着采用多尺度法得到该方程的近似解。数值算例研究表明,温度对频率的影响与Irvine参数有关,对张力的影响与初始张力的范围有关,而且降温会增大导线舞动幅值;采用精确模态计算得到的舞动幅值显著小于使用近似模态计算得到的幅值。

关键词：温度效应非线性舞动模态舞动特征覆冰导线