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非平稳极端风作用下大跨桥梁瞬态风致效应分析

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吉林大学学报（工学版） 2023年第6期53卷 1638-1649页

作者：冯宇郝键铭王峰张久鹏黄晓明长安大学公路学院西安710064 长安大学风洞实验室西安710064 东南大学交通学院南京211189

为了研究非平稳风场瞬态效应对风致桥梁响应的影响,基于Hilbert谱进行全桥非平稳风场模拟,采用Cholesky分解嵌入风场空间相性,并引入2-D阶跃响应函数建立了考虑瞬态效应的非平稳风致桥梁抖振响应分析方法。通过下击暴流和台风实测数据提... 详细信息

为了研究非平稳风场瞬态效应对风致桥梁响应的影响,基于Hilbert谱进行全桥非平稳风场模拟,采用Cholesky分解嵌入风场空间相性,并引入2-D阶跃响应函数建立了考虑瞬态效应的非平稳风致桥梁抖振响应分析方法。通过下击暴流和台风实测数据提取Hilbert谱,从而高精度地重现真实下击暴流/台风风场。依托某大跨度悬索桥进行非平稳抖振响应分析,探究了非平稳风场瞬态效应对桥梁气动力和抖振响应的影响。研究结果表明:下击暴流风场表现出显著的非平稳特征,时变平均风致瞬态效应明显改变了风-桥耦合系统的气动特征,使阶跃响应函数呈现出显著的时变性,进而影响大跨度桥梁的抖振响应;而在台风风场中,时变平均风致瞬态效应并不显著,对气动力和桥梁抖振响应的影响几乎可以忽略。

关键词：桥梁工程瞬态效应非平稳风场抖振大跨度桥梁

应急供水多级泵意外停机水力过渡过程瞬态特性

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农业工程学报 2024年第4期40卷 72-81页

作者：司乔瑞夏欣武凯鹏邓凡杰袁寿其江苏大学流体机械工程技术研究中心镇江212013

应急供水多级泵的意外停机会引起系统性能参数的剧烈变化,严重威胁供水安全。为了探究多级泵停机水力过渡过程内部流场的瞬态效应,该研究建立了基于叶轮转动平衡方程的泵停机过程转速预测方法,数值模拟分析了意外停机过程中多级泵内部... 详细信息

应急供水多级泵的意外停机会引起系统性能参数的剧烈变化,严重威胁供水安全。为了探究多级泵停机水力过渡过程内部流场的瞬态效应,该研究建立了基于叶轮转动平衡方程的泵停机过程转速预测方法,数值模拟分析了意外停机过程中多级泵内部流动特性。研究结果表明:在意外停机过程中,多级泵分别经历水泵工况、制动工况、反转工况以及飞逸工况4个阶段,转速呈现先减小至0后沿负方向增大的趋势,最后稳定在飞逸转速-4210 r/min附近;流量呈现先减小至0后沿负方向增大的趋势,然后再沿正方向增大,最终稳定在飞逸流量-14.32 kg/s附近;扭矩呈现先减小再增加,最后减小并稳定在零点附近。泵内流量和转速的大小、方向不断变化引起叶轮流道内流体的流动分离和回流,伴随着涡的形成、发展和破碎等时空演变;熵产值的变化与多级泵内不稳定流动密切相关,由湍流耗散所带来的损失起主导作用,在达到飞逸工况后湍流耗散熵产占比约65.2%,能量损失主要发生在叶轮流道内,且制动工况中内流场的损失较大;多级泵首级流道内监测点压力变化最为剧烈,各级监测点的压力脉动系数波动幅值随着级数的增加呈减小趋势;压力脉动振幅主导频率与多级泵转速呈现正相关关系,主导分量对应于叶轮流道的叶片通过频率,且沿着流体流动方向压力脉动频率振幅逐渐增大,压力脉动的频率特性可以反应出意外停机过程中流量的不稳定变化。研究成果可为应急供水系统安全稳定运行提供理论指导。

关键词：离心泵瞬态效应内部流动意外停机熵产分析

考虑高斯移动热源瞬态效应的传热结构拓扑优化

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应用数学和力学 2023年

作者：周崇伟赵清海陈建良时高松青岛大学电动汽车智能化动力集成技术国家地方联合工程研究中心青岛大学机电工程学院

针对热源位置随时间发生变化的结构热传导问题，考虑高斯移动热源进行瞬态热传导拓扑优化设计。分别以整个时间历程内传热结构散热弱度最小化与区域温度最大值最小化为设计目标，体积分数为约束条件，采用伴随变量法推导目标函数与约束... 详细信息

针对热源位置随时间发生变化的结构热传导问题，考虑高斯移动热源进行瞬态热传导拓扑优化设计。分别以整个时间历程内传热结构散热弱度最小化与区域温度最大值最小化为设计目标，体积分数为约束条件，采用伴随变量法推导目标函数与约束条件的敏度信息，借助移动渐进线法更新设计变量，研究不同高斯热源移动路径与移动速度对拓扑优化结果的影响。结果表明，瞬态拓扑结构相较于稳态结果具有明显时变性，同时最佳传热构型受到热源加热时间和移动速度及路径的多重影响。

关键词：瞬态效应高斯移动热源拓扑优化散热弱度传热结构

考虑瞬态效应的结构多尺度并行拓扑优化方法研究

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考虑瞬态效应的结构多尺度并行拓扑优化方法研究

作者：李丙震西安理工大学

学位级别：硕士

拓扑优化是一种结构化的、功能强大的工具,拓扑优化通过寻找材料分布和空隙的分布,在规定的设计域内提供最佳的材料分布,以获得最佳的结构性能。拓扑优化已被广泛用于航空航天、电子器件等行业。传统的拓扑优化主要是在单一尺度和单一... 详细信息

拓扑优化是一种结构化的、功能强大的工具,拓扑优化通过寻找材料分布和空隙的分布,在规定的设计域内提供最佳的材料分布,以获得最佳的结构性能。拓扑优化已被广泛用于航空航天、电子器件等行业。传统的拓扑优化主要是在单一尺度和单一物理场上对结构进行优化,然而随着工业生产的进步,工业生产的零部件以及火箭、航天飞机等受到热载荷、力载荷等多种物理场共同作用,传统的拓扑优化已经不能满足其设计要求。多尺度拓扑优化与单一尺度相比具有质量轻、比刚度大的特点,在工程应用中也越来越广泛。目前大多数关于拓扑优化的研究都集中在稳态效应拓扑优化问题,但是在一些工程应用中,热负荷往往表现为短期的,具有显著瞬态效应的周期特性,因此在一些场合中,必须要考虑瞬态效应。基于以上所述,本文构建了考虑瞬态效应的结构多尺度并行拓扑优化数学模型,对考虑瞬态效应的热传导结构和考虑瞬态效应的热力耦合结构进行了研究。首先,基于稳态热传导SIMP插值模型,构建了考虑瞬态效应热传导SIMP插值模型,并通过将瞬态热传导拓扑优化构型和稳态热传导拓扑优化构型进行对比,验证了考虑瞬态效应的必要性。然后提出了考虑稳态效应结构多尺度并行拓扑优化模型,构建了宏观与微观的数学模型,通过将宏观设计域划分为多个子设计域,同一个子设计域内采用相同微结构,降低了设计变量规模,提升了计算效率。其次,提出了考虑瞬态效应的热传导多尺度并行拓扑优化方法,然后将瞬态温度载荷进行等效静态转化,然后将等效热载荷应用于瞬态热传导问题的拓扑优化模型,采用伴随变量法进行灵敏度分析。建立均匀热源四边散热优化模型对芯片散热片进行了优化,结果证明了所构建的数学模型在工程应用中的可行性。随后,提出了以结构柔度为优化目标的考虑瞬态效应的热力耦合多尺度并行拓扑优化方法。并且将动载荷转化为等效静载荷,并将等效静载荷引入多尺度优化模型,求解宏微观优化目标函数和灵敏度,降低了拓扑优化求解的时间成本。最后以悬臂梁和火箭隔热层为案例进行拓扑优化,验证所提出的数学模型的可靠性与实用性。最后,通过折衷规划法将热力耦合多目标问题转化为单目标问题,提出了考虑瞬态效应的多目标热力耦合多尺度并行拓扑优化模型,利用所提出的拓扑优化数学模型对火箭隔热层进行优化,通过灰度关联法对各权重进行比较,得到结构柔度和散热弱度综合性能最优的最终拓扑优化构型,验证了所提方法的正确性。

关键词：瞬态效应多尺度热传导热力耦合多目标

考虑瞬态效应的周期性多材料传热结构拓扑优化

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航空学报 2022年第12期43卷 506-518页

作者：李信卿赵清海龙凯张洪信青岛大学机电工程学院青岛266071 青岛大学电动汽车智能化动力集成技术国家地方联合工程研究中心青岛266071 华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206

常规传热结构的周期性拓扑优化通常基于稳态热传导模型,并未考虑瞬态效应对设计结果的影响。针对瞬态热传导目标响应最大值最小化问题,搭建基于Ordered-RAMP法的多材料插值模型,提出一种周期性多材料瞬态热传导拓扑优化设计方法。该方... 详细信息

常规传热结构的周期性拓扑优化通常基于稳态热传导模型,并未考虑瞬态效应对设计结果的影响。针对瞬态热传导目标响应最大值最小化问题,搭建基于Ordered-RAMP法的多材料插值模型,提出一种周期性多材料瞬态热传导拓扑优化设计方法。该方法分别以时间历程内传热结构最高温度最小化与最高散热耗能最小化为设计目标,引入聚合函数处理设计变量的瞬态响应不可微问题,并通过重新分配单元目标函数基值实现子区域周期性约束设置。数值算例验证了所提方法的有效性和可行性。结果表明:不同热负荷工作时间下,均可得到材料分布合理、边界清晰的周期性拓扑构型,并能实现不同设计目标下的性能最优;周期性约束会对拓扑构型产生影响,且子区域数目越多优化目标越差。

关键词：瞬态效应传热结构周期性多材料最高温度散热耗能

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离心式水泵快速开启过程的瞬态效应分析

浙江大学学报（工学版） 2007年第5期41卷 814-817页

作者：平仕良吴大转王乐勤浙江大学化工机械研究所浙江杭州310027

为了对离心泵快速开启过程的瞬态效应进行分析,根据动量矩定理分别推导转速稳定和不稳定时的离心式水泵基本方程式,给出了叶轮旋转加速和流体加速对性能影响的数学描述方程,为进一步理论分析和数值计算打下基础,并结合一台快速启动的混... 详细信息

为了对离心泵快速开启过程的瞬态效应进行分析,根据动量矩定理分别推导转速稳定和不稳定时的离心式水泵基本方程式,给出了叶轮旋转加速和流体加速对性能影响的数学描述方程,为进一步理论分析和数值计算打下基础,并结合一台快速启动的混流泵进行实例分析.分析显示在启动初始阶段出现大附加扬程而在转速到达最大之后非稳态因素造成的扬程为负值,该过程表现出明显区别于稳态过程的瞬态效应.分析结果与实验基本相符合,该模型可以用来分析离心泵快速开启时的瞬态效应,并为进一步预测离心泵的启动瞬态水力性能打下了基础.

关键词：加速离心泵瞬态效应性能方程

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星敏感器瞬态效应仿真及抗干扰算法

空间控制技术与应用 2017年第4期43卷 25-30页

作者：周建涛张春明北京控制工程研究所北京100190

分析星敏感器在南大西洋异常区(south atlantic anomaly,SAA)工作异常的机理,建立空间粒子干扰仿真模型;并在此基础上,提出星点甄别和帧间比对两种抗空间粒子干扰算法.仿真结果表明,SAA环境下采用改进后的算法,星敏感器在捕获和跟踪模... 详细信息

分析星敏感器在南大西洋异常区(south atlantic anomaly,SAA)工作异常的机理,建立空间粒子干扰仿真模型;并在此基础上,提出星点甄别和帧间比对两种抗空间粒子干扰算法.仿真结果表明,SAA环境下采用改进后的算法,星敏感器在捕获和跟踪模式下其识别成功率高、耗时少,空间辐射环境适用性较强.

关键词：星敏感器空间辐射环境瞬态效应

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光纤拉曼放大器瞬态效应的时域差分研究

红外与激光工程 2006年第Z3期35卷 334-338页

作者：黄必昌高致慧洪泽华虞爱华深圳大学师范学院广东深圳518060 深圳大学工程技术学院广东深圳518060 昂那集团广东深圳518000

首次提出了将中心时域有限差分法(FDTD)用于研究拉曼放大器(FRA)的瞬态效应,该算法能够适合前向和后向泵浦拉曼放大器。经过模拟表明:此法速度快,效率高,能够实时计算出输出信号的功率,适合 FRA 瞬态效应的研究和 FRA 实时增益比例、微... 详细信息

首次提出了将中心时域有限差分法(FDTD)用于研究拉曼放大器(FRA)的瞬态效应,该算法能够适合前向和后向泵浦拉曼放大器。经过模拟表明:此法速度快,效率高,能够实时计算出输出信号的功率,适合 FRA 瞬态效应的研究和 FRA 实时增益比例、微分、积分(PID)控制系统。运用此方法,在20km 的高非线性单模光纤(SMF)中模拟得到瞬态发生延迟100μs,结束于300μs,中间为一振幅不断减小的类似于正弦的运动曲线,这与实验结果一致。实践表明:此法和传统 Runge-Kutta 相比,简单易懂,对于动态系统研究有明显的优势。

关键词：拉曼放大器瞬态效应时域有限差分法

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抑制EDFA瞬态效应方法的研究

激光与光电子学进展 2005年第7期42卷 31-34页

作者：黄红斌刘伟平郑力明陈舜儿陈晓峰暨南大学电子工程系广州510632

分析了掺铒光纤放大器(EDFA)瞬态效应的产生机理,讨论了其对DWDM网的危害,给出了采用抽运源控制法对其进行抑制的实验,从实验结果可以看出此方法对EDFA的瞬态效应确实起到了一定的抑制作用。

关键词：瞬态效应掺铒光纤放大器(EDFA) 产生机理 WDM网抑制作用控制法抽运源实验