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分段线性系统经典数学模型的修正与动力学分析

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力学学报 2024年第1期56卷 225-235页

作者：张瑞良申永军韩东石家庄铁道大学机械工程学院石家庄050043 省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043

由于间隙的存在,很多机械系统可以简化为分段线性模型,而简化后的模型中副簧系统通常包含阻尼.在大多数文献建立的数学模型中,主、副系统的接触点与分离点固定在间隙处.文章研究发现,由于副簧系统中弹簧与阻尼的力学特性不同,主、副系... 详细信息

由于间隙的存在,很多机械系统可以简化为分段线性模型,而简化后的模型中副簧系统通常包含阻尼.在大多数文献建立的数学模型中,主、副系统的接触点与分离点固定在间隙处.文章研究发现,由于副簧系统中弹簧与阻尼的力学特性不同,主、副系统的接触点与分离点位置实际上是随着系统参数和运动状态而变化的.若忽视这一点,后续的包括分岔和混沌在内的动力学分析就会出现误差甚至错误.首先基于经典的数学模型,用数值方法揭示了在简谐激励下主系统未返回到间隙处就与副簧系统提前分离,证明了经典数学模型的不当之处.进一步研究发现主系统不仅会出现提前分离,还会出现接触滞后的现象.因此对系统的接触与分离条件提出了修正,得到了更合理的数学模型.研究发现修正后的接触点、分离点位置与修正前相差较大,修正后的幅频响应曲线与修正前存在一定差别;在复杂运动中,修正前后的运动性质也可能发生改变,证明了修正后的模型更加合理,更能反映工程实际.然后,采用平均法并对平均法的积分区间进行推广,求得了修正模型的幅频响应的解析解,并通过龙格库塔法验证了解析解的正确性.对解析解进行稳定性分析,得到了解析解的稳定性判别式.最后,探究了修正模型的副簧系统参数对主系统幅频响应的影响.

关键词：非线性振动分段线性系统平均法动力学行为接触

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多喷管火箭起飞噪声环境预示方法

清华大学学报（自然科学版） 2024年第8期64卷 1357-1366页

作者：王浩轩容易曾耀祥北京宇航系统工程研究所北京100076 中国运载火箭技术研究院北京100076

为提高多喷管火箭起飞噪声环境预示能力,该文基于Kudryavtsev方法提出了3点修正:利用分布源方法(distributed source method, DSM)修正自由喷流段声源指向性,并重新分配噪声源功率;通过噪声遮蔽模型估计发射台和勤务塔的噪声衰减;采用... 详细信息

为提高多喷管火箭起飞噪声环境预示能力,该文基于Kudryavtsev方法提出了3点修正:利用分布源方法(distributed source method, DSM)修正自由喷流段声源指向性,并重新分配噪声源功率;通过噪声遮蔽模型估计发射台和勤务塔的噪声衰减;采用芯级多喷流等效为单喷流计算和助推单喷流独立计算的方法预示多喷流噪声。利用修正方法预示了某火箭起飞不同时刻勤务塔附近噪声环境。对比修正方法和Kudryavtsev方法发现,修正方法在火箭起飞2 s内最大预示误差小于5.0 dB,预示精度相较Kudryavtsev方法提高约10.0 dB;修正方法能更准确预示声压级峰值时刻,且峰值时刻附近声压级误差小于3.0 dB;修正方法的1/3倍频程声压级谱全频段预示误差小于6.0 dB,关键频段预示误差小于3.0 dB。修正方法预示精度更高,具有重要工程应用价值。

关键词：起飞噪声环境指向性噪声遮蔽多喷管火箭导流槽

非线性电导调制SiC/环氧树脂绝缘涂层热氧/湿热老化研究

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机械工程学报 2024年第6期60卷 207-215页

作者：梁玉陆国权梅云辉天津大学材料科学与工程学院天津300350 弗吉尼亚理工大学电气与计算机工程系美国黑堡镇24061 天津工业大学电气工程学院天津300387

高压电力电子器件的发展对其绝缘封装提出了更高要求。提出一种可以提升功率器件高压绝缘性能的非线性电导调制绝缘涂层,并对其性能进行研究分析。首先研究了非线性电导调制SiC/环氧树脂复合材料的制备工艺方法,并研究了材料电导率随电... 详细信息

高压电力电子器件的发展对其绝缘封装提出了更高要求。提出一种可以提升功率器件高压绝缘性能的非线性电导调制绝缘涂层,并对其性能进行研究分析。首先研究了非线性电导调制SiC/环氧树脂复合材料的制备工艺方法,并研究了材料电导率随电场强度及温度的变化规律。之后采用非线性电导调制SiC/环氧树脂作为绝缘涂层封装器件,通过有限元电场仿真结合试验的方法,验证了复合材料对器件局部放电性能的改善效果,结果表明采用非线性电导调制SiC/环氧树脂封装的器件的电场峰值相较于对照组降低了38.6%,且局部放电试验结果表明,非线性电导调制SiC/环氧树脂绝缘涂层可以将器件的局部放电起始电压提升44.9%以上。最后,对非线性电导调制SiC/环氧树脂绝缘涂层的长期可靠性进行了研究,通过热氧老化与湿热老化试验对其长期绝缘可靠性进行了试验验证,并从微观机理对试验结果进行分析。最终结果表明,采用非线性电导调制SiC/环氧树脂涂层封装的功率器件长期绝缘可靠性仍优于对照组。

关键词：非线性电导涂层局部放电绝缘材料功率器件封装

物联网数据收集中基于负载均衡的无人机-车联合轨迹规划

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通信学报 2024年第1期45卷 41-53页

作者：朱雨超王少尉南京大学电子科学与工程学院江苏南京210023

为了提升大规模物联网数据收集的效率,提出了一种基于负载均衡区域划分的多无人机-车联合轨迹规划算法,其中,无人机作为空中基站收集物联网设备的数据,地面无人车作为移动电池更换站以弥补无人机能量的不足。为了缩短整体任务完成时间,... 详细信息

为了提升大规模物联网数据收集的效率,提出了一种基于负载均衡区域划分的多无人机-车联合轨迹规划算法,其中,无人机作为空中基站收集物联网设备的数据,地面无人车作为移动电池更换站以弥补无人机能量的不足。为了缩短整体任务完成时间,优化目标为最小化所有无人机-车中最长的任务完成时间,将该问题建模为多站点车辆路由问题的一个变种,并从负载均衡的角度对其进行求解。具体来说,首先通过负载均衡区域划分算法将物联网设备分配到无人机-车的服务区,在此基础上,多站点无人机-车的轨迹规划问题退化为多个独立的单站点单组无人机-车的轨迹规划问题,进而设计联合轨迹规划策略优化各个服务区中的路径。数值结果验证了所提算法在任务完成时间和负载均衡度方面优于对比算法。

关键词：无人机数据收集轨迹规划区域划分负载均衡

基于动态电-碳需求响应的综合能源系统日前多元低碳交易方法

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电力系统自动化 2024年第12期48卷 24-35页

作者：李伊竹林韩肖清李廷钧周鑫肖春太原理工大学电气与动力工程学院山西省太原市030024 国网山西省电力公司营销服务中心山西省太原市030001

随着电力行业碳减排任务的推进,电-碳耦合愈加紧密,为综合能源系统优化运行带来了新机遇、新挑战。根据新型电力系统多能互补、清洁低碳、安全可控、灵活高效、开放互动的基本特征,提出需求侧动态电-碳双响应的日前多级市场交易方法。首... 详细信息

随着电力行业碳减排任务的推进,电-碳耦合愈加紧密,为综合能源系统优化运行带来了新机遇、新挑战。根据新型电力系统多能互补、清洁低碳、安全可控、灵活高效、开放互动的基本特征,提出需求侧动态电-碳双响应的日前多级市场交易方法。首先,基于碳排放流理论,将源侧碳排放信息传递至各园区,实现差异运行方式下电力系统源-网-荷的精细化“电-碳”联动。然后,构建需求侧电-碳-绿证多元交易市场,鼓励更多主体参与市场,充分挖掘需求侧在经济、环境等方面的价值。最后,建立主网与各园区间的双层综合能源系统优化调度模型。上层主网发布动态电价与动态碳排放因子,下层需求侧的各园区生成有效的减排方案,使得源荷双侧形成有效互动,综合能源系统整体实现低碳经济运行。仿真结果表明,所提策略能够在较为精确表征碳排放的基础上,通过完善需求侧多元交易市场,深度挖掘园区的碳减排潜力,提高新能源的消纳率,有效平衡系统的经济性、安全性和低碳性。

关键词：需求响应碳排放碳交易绿证交易综合能源系统

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基于旋转动能释放的风机一次调频策略优化

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第7期52卷 60-68页

作者：高俊诚郭剑波王铁柱马士聪罗魁侯玮琳中国电力科学研究院北京100192

电力系统发生扰动后的频率动态响应过程中,针对不留取备用功率而只依靠转子动能释放提供短时频率支撑的风力发电机组,提出一种调频策略以接近最小化调频代价.分析了调频能量释放对频率响应的影响,使用状态转移矩阵推导量化了不同时刻能... 详细信息

电力系统发生扰动后的频率动态响应过程中,针对不留取备用功率而只依靠转子动能释放提供短时频率支撑的风力发电机组,提出一种调频策略以接近最小化调频代价.分析了调频能量释放对频率响应的影响,使用状态转移矩阵推导量化了不同时刻能量释放对频率变化的作用;构建了基于聚合模型的调频能量短时释放的最优控制问题,从能量视角解析得到调频能量释放的最优轨迹;进一步考虑其实际实现方法,提出一种一次调频阶段风电机组短时频率支撑策略,将该策略应用于典型算例,验证了该辅助调频策略的有效性.结果表明:提出的调频策略能够在保证电网频率安全稳定的前提下,优化风电机组转子动能释放、降低风电机组调频代价,兼具可靠性与经济性.

关键词：风机转子动能释放一次调频调频能量暂态频率稳定最优控制

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应对极端冰灾的电力系统多阶段韧性提升策略

电力自动化设备 2024年第7期44卷 69-77页

作者：李雪张涵帅姜涛张儒峰陈厚合东北电力大学现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室吉林吉林132012

为提升冰灾下电力系统的韧性,降低系统负荷削减量,提高系统恢复速率,提出一种应对极端冰灾的电力系统多阶段韧性提升策略。对冰灾场景以及受冰灾影响的线路故障率进行建模;从线路抗冰能力、系统负荷损失、系统恢复情况、线路受损情况、... 详细信息

为提升冰灾下电力系统的韧性,降低系统负荷削减量,提高系统恢复速率,提出一种应对极端冰灾的电力系统多阶段韧性提升策略。对冰灾场景以及受冰灾影响的线路故障率进行建模;从线路抗冰能力、系统负荷损失、系统恢复情况、线路受损情况、维修资源充裕度多个角度构建电力系统综合韧性评估指标,以定位冰灾下系统的薄弱环节;在此基础上,通过灾前线路故障风险预测、灾中机组出力调整以及除冰线路筛选和主动停运除冰、灾后维修顺序规划等策略提升冰灾下的系统韧性。基于IEEE 39和IEEE 118节点系统进行仿真分析,结果验证了所提韧性评估方法和提升策略的有效性。

关键词：极端冰灾电力系统韧性评估韧性提升负荷削减线路停运除冰

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大跨度索穹顶结构半主动振动控制分析

东南大学学报（自然科学版） 2024年第1期54卷 17-24页

作者：韩庆华张晓龙芦燕罗奇星天津大学中国地震局地震工程综合模拟与城乡抗震韧性重点实验室天津300350 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300350 天津大学建筑工程学院天津300350

为了实现大跨空间结构半主动振动控制,提出了一种基于模糊控制算法的半主动振动控制方法.以某体育馆大跨度索穹顶屋盖为分析对象,建立了基于台站与地震信息的地震动记录选择集,采用研发的新型压电摩擦阻尼器,开展索穹顶结构被动控制研究... 详细信息

为了实现大跨空间结构半主动振动控制,提出了一种基于模糊控制算法的半主动振动控制方法.以某体育馆大跨度索穹顶屋盖为分析对象,建立了基于台站与地震信息的地震动记录选择集,采用研发的新型压电摩擦阻尼器,开展索穹顶结构被动控制研究.将地面加速度和结构变形量2个指标作为控制参数,进行索穹顶结构半主动振动控制分析.结果表明:被动控制时不同地震动强度下结构峰值加速度、最大相对变形量的最小减振率平均值仅分别为3.7%和-1.6%;半主动控制下的压电摩擦阻尼器能够适应不同强度地震动,有效降低结构的峰值加速度和峰值位移,且峰值加速度减振率平均值为20.0%~41.9%,最大相对变形量减振率平均值为12.0%~19.0%.

关键词：压电摩擦阻尼器索穹顶半主动控制地震响应模糊控制

边部感应加热过程中的轧件热行为与温度均匀性研究

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机械工程学报 2024年第2期60卷 119-131页

作者：彭文张丽李旭东刘军孙杰张殿华东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室沈阳110819 东北大学低碳钢铁前沿技术研究院沈阳110819 首钢集团有限公司技术研究院北京100043 鞍钢集团北京研究院有限公司北京102211

用边部感应加热器提高带材边部温度,改善产品质量是近年来带材生产的新工艺。目前对于边部感应加热过程中带材的温度分布及感应加热后带材的温度均匀性的研究较少。为获得感应加热过程轧件宽向温度的分布规律,利用COMSOL软件建立了C型... 详细信息

用边部感应加热器提高带材边部温度,改善产品质量是近年来带材生产的新工艺。目前对于边部感应加热过程中带材的温度分布及感应加热后带材的温度均匀性的研究较少。为获得感应加热过程轧件宽向温度的分布规律,利用COMSOL软件建立了C型边部感应加热器的电磁-热耦合的有限元模型,系统探讨轧件运动过程中工艺参数变化对电磁场分布、涡流密度及轧件宽向温度分布的影响规律。结果表明,使用边部加热器能够快速补偿边部温降,轧件边部温升与电流频率、电流大小成正比,与轧件厚度和运行速度成反比;为进一步研究感应加热后轧件运行过程中温度变化对温度分布均匀性的影响,用宽向温度标准差对宽向温度分布均匀性进行评价,研究发现边部温度提高有助于减小温度标准差,提升温度分布均匀性,但仍会由于边部过热出现“猫耳状”高温区,在感应加热过程中当边部温度提高约80℃时,精轧入口测温点处的宽向温度分布均匀性最优,温度标准差由13.71℃减小至6.15℃。研究结果能够为运动条件下轧件边部加热工艺的优化提供参考依据。

关键词：热连轧感应加热电磁场温度场温度均匀性