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电力电缆振动模型与振动特性研究

电力电缆振动模型与振动特性研究

作者：方腾华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

电力电缆是电力系统中重要的输电设备。电缆的安全稳定运行对电力系统具有重大意义。振动分析法因具备与电力设备无直接电气连接、可实时在线监测等特点,在电力设备的状态诊断中发挥着独特的优势。然而目前有关电力电缆振动机理的理论... 详细信息

电力电缆是电力系统中重要的输电设备。电缆的安全稳定运行对电力系统具有重大意义。振动分析法因具备与电力设备无直接电气连接、可实时在线监测等特点,在电力设备的状态诊断中发挥着独特的优势。然而目前有关电力电缆振动机理的理论体系尚不完善,进展也相对滞后,难以为基于振动分析法的电力电缆状态诊断提供充足的理论和数据支撑。为此,本文以地下电缆为研究对象,针对电缆振动模型与特性展开研究,主要内容如下:(1)分别基于达朗贝尔原理和哈密顿原理建立了电缆的振动数学模型,其振动方程含有对空间变量x的四阶偏导数和对时间变量t的二阶偏导数;采用振型叠加法对振动数学模型进行求解,得到电缆振动位移关于时间和空间的数学表达式,为振动特性的研究打下理论基础。(2)研究在电磁力作用下的电缆振动特性。首先推导了电缆受到的电磁力解析式;其次通过理论计算得到电缆在电磁力激励下的振动位移数学表达式,分析了电缆的基频振动特性,并以220kV三相单芯电缆为例,计算得出B相电缆的振动响应;最后考虑机电耦合作用导致的电缆相间距微变化,推导得出机电耦合作用下的参变振动方程,采用林兹泰德-庞加莱摄动法分析了当电缆固有频率与电源频率存在特定关系时,电缆的多倍频振动特性,丰富了电缆振动机理。(3)基于COMSOL多物理场仿真软件,首先建立了 220kV三相单芯交联聚乙烯电缆的三维有限元模型,仿真分析了电力电缆的电磁场分布和基频振动特性,验证了理论模型的有效性;其次开展电力电缆振动信号采集实验,验证了电缆的三维有限元模型的正确性;最后基于该有限元模型,对电源频率进行参数化扫描,验证了电缆在机电耦合作用下的多倍频振动特性。(4)分别对电缆的三种不同状态进行仿真分析,首先是三相负荷不平衡,仿真分析了三相电缆振动信号随单相负荷电流的变化趋势;其次是电缆绝缘老化状态,仿真得到了不同绝缘老化状态下电缆的振动特性;最后是电缆局部破损状态,对比分析了破损前后电缆的电磁场分布规律与振动特性。研究发现,不同状态下的电缆振动特性在振动幅值、振动频率方面存在较大差异,为振动分析法应用于电缆状态在线监测提供了一定的可行性。

关键词：电力电缆振动模型有限元分析 COMSOL 多物理场

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引入撞击力的滚动轴承内圈故障振动模型

振动与冲击 2016年第17期35卷 121-126,159页

作者：黄文涛董振振孔繁朝哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150000

轴承动力学建模是深入理解故障产生机理的重要手段,是滚动轴承故障诊断的理论基础和关键环节。为了更准确地预知振动特征,以Hertz接触理论为基础,将轴承内圈与轴、外圈与轴承座之间的接触部分简化为弹簧-阻尼连接,轴承与滚道的接触点等... 详细信息

轴承动力学建模是深入理解故障产生机理的重要手段,是滚动轴承故障诊断的理论基础和关键环节。为了更准确地预知振动特征,以Hertz接触理论为基础,将轴承内圈与轴、外圈与轴承座之间的接触部分简化为弹簧-阻尼连接,轴承与滚道的接触点等效为线性弹簧。并将与轴承转速密切相关的撞击力这一运动参数引入到振动模型中,建立了一种能够综合考虑结构参数和运动参数的三自由度滚动轴承故障振动模型。对滚珠与缺陷的接触过程进行了详细分析,给出了包含转速参量的撞击力求解公式,并采用Runge-Kutta法对得到的非线性振动方程进行数值求解。最后采用6204滚动轴承内圈故障实测信号与所提出的振动模型求解得到的仿真信号进行了比较分析。结果表明,所建立的考虑撞击力的振动模型能够有效地对轴承故障信号的故障频率以及幅值进行预测。

关键词：滚动轴承振动模型撞击力转速故障诊断

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薄壁零件铣削加工的振动模型

机械工程学报 2007年第8期43卷 22-25页

作者：汪通悦何宁李亮南京航空航天大学机电工程学院

利用Kirchhoff薄板挠度弯曲的规律,分析薄壁结构零件的铣削过程中的振动模型,并结合铣削试验建立薄壁零件立铣加工的振动模型。根据实际加工条件,对振动模型进行数值模拟,分析、验证模型在实际切削加工时的准确性,试验测量结果和数值模... 详细信息

利用Kirchhoff薄板挠度弯曲的规律,分析薄壁结构零件的铣削过程中的振动模型,并结合铣削试验建立薄壁零件立铣加工的振动模型。根据实际加工条件,对振动模型进行数值模拟,分析、验证模型在实际切削加工时的准确性,试验测量结果和数值模拟结果误差很小,说明该假设完全可行,可以用于相关薄壁零件的分析和实际加工,为进一步研究薄壁零件加工振动规律莫定了必要的基础。

关键词：薄壁零件振动模型微分方程模拟

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简化振动模型下空间光通信系统误码率分析

激光技术 2002年第1期26卷 4-8页

作者：王骐马晶谭立英韩琦琦哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室哈尔滨150001

在空间光通信系统中 ,由于卫星振动将对系统的误码率产生影响 ,在探讨振动对误码率影响问题时 ,应分析不同振动类型的影响问题。侧重分析了正弦振动 ,并分别对方波、三角波、锯齿波型振动进行了分析。结果表明 ,对于正弦振动 ,当振动持... 详细信息

在空间光通信系统中 ,由于卫星振动将对系统的误码率产生影响 ,在探讨振动对误码率影响问题时 ,应分析不同振动类型的影响问题。侧重分析了正弦振动 ,并分别对方波、三角波、锯齿波型振动进行了分析。结果表明 ,对于正弦振动 ,当振动持续时间为整周期时 ,误码率仅为振幅的函数 ,此时误码率随振幅的增加迅速上升 ,而与振动频率无关 ;当振动持续时间为非整周期时 ,误码率随时间的增加而起伏 ,误码率的改变越来越小 ,且趋于仅与振幅有关的常数。

关键词：振动模型误码率空间光通信

复合型悬臂梁压电振子振动模型及发电试验研究

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机械工程学报 2010年第9期46卷 87-92页

作者：袁江波谢涛单小彪陈维山哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001

单悬臂梁压电振子俘获环境中振动能时,对环境振动频率敏感且频带有限,在谐振频率与环境振动频率不匹配的情况下,会导致压电振子俘能效率低下。基于此,设计复合型悬臂梁压电振子并建立其振动模型,采用激光测振仪对复合型悬臂梁压电振子... 详细信息

单悬臂梁压电振子俘获环境中振动能时,对环境振动频率敏感且频带有限,在谐振频率与环境振动频率不匹配的情况下,会导致压电振子俘能效率低下。基于此,设计复合型悬臂梁压电振子并建立其振动模型,采用激光测振仪对复合型悬臂梁压电振子进行扫频测试。研究结果表明,复合型悬臂梁压电振子谐振频率范围为56～72Hz,与理论分析结果基本吻合,试验验证了理论模型的正确性。相比于单悬臂梁压电振子,复合型悬臂梁压电振子有效地拓宽了其谐振频带,易于实现与环境振动源振动频率匹配以提高压电发电效率。在此基础上,进行复合型悬臂梁压电发电装置的发电能力测试,在负载为820?,工作频率为60Hz时最大输出功率达到4.9mW,产生的能量能够满足网络传感器等低耗能微电子产品的供能需求。

关键词：压电发电复合型压电振子振动模型频带

高速列车轴箱轴承多故障滚动体振动模型及其缺陷定位方法

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振动与冲击 2020年第18期39卷 34-43页

作者：黄晨光张兵易彩靳行西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 潍柴动力股份有限公司大数据部山东潍坊261000

针对传统时域分析方法识别滚动轴承故障滚动体数量和相位信息容易失效的问题,建立了存在多个故障滚动体的滚动轴承振动模型,并提出了基于包络谱和卷积平均思想的故障滚动体定位方法。所提模型综合考虑了包括轴承几何结构、轴转速、轴承... 详细信息

针对传统时域分析方法识别滚动轴承故障滚动体数量和相位信息容易失效的问题,建立了存在多个故障滚动体的滚动轴承振动模型,并提出了基于包络谱和卷积平均思想的故障滚动体定位方法。所提模型综合考虑了包括轴承几何结构、轴转速、轴承载荷分布、传递函数、振动的指数衰减和滚动体随机滑动等多个因素。结合所提模型,推导出不同滚动体缺陷激发的最大冲击的时间间隔受缺陷在滚动体上的位置分布的影响,导致该时间间隔存在较大波动。阐述了传统时域分析中,采用最大冲击间隔定位故障滚动体容易失效的原因。应用高速列车轴箱轴承试验数据验证了所提模型的准确性和所提缺陷定位方法的有效性,结果表明,所提模型对理解滚动体故障轴承的振动机理和对设计具体的分析和诊断工具有所帮助,所提缺陷定位方法能有效识别故障滚动体的数量和间隔信息,相比传统时域分析方法,缺陷定位的效率和抗噪声干扰能力得到了显著提高。

关键词：轴箱轴承振动模型多故障滚动体缺陷定位卷积平均

逆虚拟激励法；路面谱；随机振动；车辆振动模型

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东北大学学报（自然科学版） 2012年第2期33卷 258-261页

作者：张丽萍郭立新东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819

采用逆虚拟激励法对随机路面谱的识别方法进行了理论推导，并用确定性方法求解车辆平稳随机振动路面谱的识别问题．求解过程中通过给定车辆振动响应的自功率谱和互功率谱，反求路面激励功率谱，然后再计算得出车辆对路面激励的振动响应... 详细信息

采用逆虚拟激励法对随机路面谱的识别方法进行了理论推导，并用确定性方法求解车辆平稳随机振动路面谱的识别问题．求解过程中通过给定车辆振动响应的自功率谱和互功率谱，反求路面激励功率谱，然后再计算得出车辆对路面激励的振动响应功率谱．通过模拟仿真，对比了计算路面谱与实际路面谱的差异，验证了推导结果的有效性．研究结果表明，逆虚拟激励法在求解车辆振动响应路面谱方面，具有很好的求解精度和计算效率．该方法为车辆振动平顺性的研究提供了新的思路和方法，具有很好的应用前景。

关键词：逆虚拟激励法车辆振动随机振动路面谱振动模型互功率谱振动响应求解过程

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板式轨道交通引起的地面振动模型

交通运输工程学报 2006年第3期6卷 13-17页

作者：和振兴翟婉明西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

为了研究板式轨道交通引起的地面振动,建立了单个载荷作用下板式轨道引起的地面振动计算模型。在模型中,考虑了板式轨道的结构特性,大地按多层各向同性无限大弹性体建模,其底层为弹性半空间体。对模型的动力学微分方程先在波数-频率域... 详细信息

为了研究板式轨道交通引起的地面振动,建立了单个载荷作用下板式轨道引起的地面振动计算模型。在模型中,考虑了板式轨道的结构特性,大地按多层各向同性无限大弹性体建模,其底层为弹性半空间体。对模型的动力学微分方程先在波数-频率域内进行求解,然后利用傅立叶逆变换得到地面振动的垂向位移幅值计算表达式。算例表明,该模型能反映出层状大地中波的频散特性,荷载移动速度对地面振动有显著影响,荷载速度增大,振动响应及影响范围随之增大,当其超过瑞利波波速时,将会出现多普勒效应,这说明该模型能模拟地质沉积作用下的层状大地特性。

关键词：轨道交通板式轨道地面振动波数域振动模型

连退机组快冷段带钢振动模型及其影响因素研究

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塑性工程学报 2019年第4期26卷 300-306页

作者：白振华王志龙赵圳刘亚星郭丽涛燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心河北秦皇岛066004 燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室河北秦皇岛066004 山东冠洲股份有限公司山东聊城252500

针对连退机组快冷段内部运行带钢的振动缺陷问题,充分考虑到连退机组快冷段的设备与工艺特点,在分析了快冷段带钢振动产生机理的基础上,采用分段离散法,将带钢均匀离散化为微小单元,通过对单元与单元间连接部分作弹簧振子处理的手段,研... 详细信息

针对连退机组快冷段内部运行带钢的振动缺陷问题,充分考虑到连退机组快冷段的设备与工艺特点,在分析了快冷段带钢振动产生机理的基础上,采用分段离散法,将带钢均匀离散化为微小单元,通过对单元与单元间连接部分作弹簧振子处理的手段,研究了单元间的作用力及其向振幅的转化过程,进一步建立了一套适合于连退机组快冷段带钢振动预报模型,实现了带钢振幅大小的函数表达及带钢振动的定量预报。随后,定量分析了带钢加速度、风机转速、风箱与带钢之间的距离、张力等因素对带钢振动的影响规律,带钢加速度、风机转速、风箱与带钢间距和带钢的振幅呈正相关,而张力和带钢的振幅呈负相关。该模型被推广应用到某1420连退机组的生产实践,取得了良好的效果。

关键词：振动模型快冷段分段离散化振动预报