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C/C复合材料与Invar合金钎焊接头组织性能研究

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稀有金属材料与工程 2024年第8期53卷 2232-2240页

作者：潘苏燕钟志宏宋奎晶梁水保吴玉程合肥工业大学材料科学与工程学院安徽合肥230009 合肥工业大学高性能铜合金材料及成形加工教育部工程研究中心安徽合肥230009

C/C复合材料是一种重要的航空航天和核结构材料,实现其与金属材料的连接可以克服其成本高和成形加工困难的问题。本研究采用Cu-Sn-Ti活性钎料钎焊C/C复合材料与Invar合金,研究了钎焊温度和保温时间对接头组织、剪切强度和断裂行为的影... 详细信息

C/C复合材料是一种重要的航空航天和核结构材料,实现其与金属材料的连接可以克服其成本高和成形加工困难的问题。本研究采用Cu-Sn-Ti活性钎料钎焊C/C复合材料与Invar合金,研究了钎焊温度和保温时间对接头组织、剪切强度和断裂行为的影响。结果表明,在C/C复合材料一侧,Cu-Sn-Ti与C/C形成TiC反应层并实现连接,同时Cu-Sn-Ti会渗透进C/C复合材料中,形成凹凸不平的钉扎界面并强化接头;在Invar合金一侧,Cu-Sn-Ti与其相互溶解扩散并发生反应,形成良好界面结合;钎焊接头组织结构为Invar合金/Cu(s,s)+Fe_(2)Ti+Ni_(3)Ti+Ti_(6)Sn_(5)/Fe_(2)Ti+CuTi+Cu_(3)Sn/TiC+Cu(s,s)/C/C复合材料。在钎焊温度为930℃保温10 min时,接头剪切强度最高,为61 MPa,明显高于目前报道的C/C复合材料与金属的钎焊连接强度。

关键词： C/C复合材料 Invar合金钎焊微观组织剪切强度

不平衡磁拉力作用下无刷双馈电机的转子振动特性研究

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电机与控制学报 2024年第4期28卷 102-110页

作者：任泰安吴霞吴松荣阚超豪田杰王群京合肥工业大学电气与自动化工程学院安徽合肥230009 磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室四川成都610031 合肥工业大学本科生院安徽合肥230009 合肥工业大学机械工程学院安徽合肥230009 安徽大学电气工程与自动化学院安徽合肥230601

无刷双馈电机长时间运行会出现转轴弯曲、轴承磨损等状况,导致气隙动偏心,并因此产生不平衡磁拉力,影响转子系统动力学特性。为了研究由不平衡磁拉力引起的转子振动特性问题,建立Jeffcott转子动力学模型,得出考虑不平衡磁拉力作用下转... 详细信息

无刷双馈电机长时间运行会出现转轴弯曲、轴承磨损等状况,导致气隙动偏心,并因此产生不平衡磁拉力,影响转子系统动力学特性。为了研究由不平衡磁拉力引起的转子振动特性问题,建立Jeffcott转子动力学模型,得出考虑不平衡磁拉力作用下转子系统的振动微分方程组,并对其自由振动响应进行了计算。以某型号无刷双馈电机的样机尺寸为例,分析气隙动偏心状态下电机气隙长度、转子材料及几何尺寸等对电机振动特性的影响,并利用Runge-Kutta法对振动微分方程组进行分析,结果表明:当转子动偏心率较小时,利用该转子系统的振动微分方程组计算出的解析解与数值计算结果吻合较好,转子的一阶振幅误差仅为0.2%,二阶振幅误差为2%,具有较高的精度且计算较为简便,为电机的高可靠运行提供理论支撑。

关键词：无刷双馈电机转子系统动偏心振动特性不平衡磁拉力

全超导托卡马克核聚变发电装置快控电源的干扰抑制离散积分滑模电流控制

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电工技术学报 2024年第10期39卷 3141-3151页

作者：黄海宏陈昭王海欣合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

全超导托卡马克核聚变发电装置(EAST)快控电源的首要性能指标是快速跟踪参考信号,以输出电流实现负载线圈的励磁,对等离子体的垂直位移进行反馈控制。EAST快控电源负载线圈受装置内部部件和真空内等离子体的影响,线圈感值会出现小范围... 详细信息

全超导托卡马克核聚变发电装置(EAST)快控电源的首要性能指标是快速跟踪参考信号,以输出电流实现负载线圈的励磁,对等离子体的垂直位移进行反馈控制。EAST快控电源负载线圈受装置内部部件和真空内等离子体的影响,线圈感值会出现小范围内慢时变波动以及线圈上存在互感电动势干扰,传统比例-积分(PI)控制方法在电流跟踪控制过程中存在不足。为了实现干扰的抑制和应对负载波动,提出一种带干扰抑制的离散积分滑模控制方法,根据系统状态方程设计离散积分滑模控制器,结合滑模干扰观测器实现集总干扰的观测,对集总干扰进行前馈补偿控制。为了抑制抖振和加快收敛速度,设计一种新型平滑饱和函数和增益自适应观测器,根据观测电流误差和跟踪电流误差自适应调整观测器增益。对比传统PI控制,仿真和实验验证了所提控制方法具有更加优良的电流跟踪特性,在输出电流超调更小的情况下动态响应更快,能够有效地抑制负载侧扰动,具有良好的鲁棒性。

关键词： EAST快控电源离散积分滑模控制滑模干扰观测器前馈补偿

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并联IGBT占空比的温度特性建模与分析

电工技术学报 2024年第14期39卷 4422-4431页

作者：黄海宏彭岚王海欣合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

并联IGBT是解决托卡马克(Tokamak)装置中等离子体垂直位移快速控制电源容量逐渐增大问题的有效途径。而并联IGBT之间的结温平衡是并联系统安全稳定运行的关键因素之一。因此,研究结温对并联IGBT功率损耗差异的影响对提高并联系统的稳定... 详细信息

并联IGBT是解决托卡马克(Tokamak)装置中等离子体垂直位移快速控制电源容量逐渐增大问题的有效途径。而并联IGBT之间的结温平衡是并联系统安全稳定运行的关键因素之一。因此,研究结温对并联IGBT功率损耗差异的影响对提高并联系统的稳定性至关重要。然而现有的研究成果主要集中在单个器件损耗模型或者是并联IGBT的最佳工作频率范围而未涉及对并联IGBT最佳工作占空比范围的讨论。研究发现,当IGBT工作在正温度系数区间时,结温差异造成的通态损耗差异与开关损耗差异呈不同的温度特性。因此,提出零温度-占空比的概念来估计并联IGBT之间结温失配趋势。该文建立零温度-占空比模型,并以此来分析电路设计参数、IGBT器件参数以及结温差异对并联IGBT最佳工作占空比范围的影响。实验结果表明,通过零温度-占空比模型可以对并联IGBT的可靠性、电路设计参数以及器件选型提供可行的参考。

关键词：并联IGBT 开关损耗导通损耗温度特性零温度-占空比

基于U-net卷积神经网络的电磁场快速计算方法

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电工技术学报 2024年第9期39卷 2730-2742页

作者：张宇娇赵志涛徐斌孙宏达黄雄峰合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

有限元法(FEM)是物理场分析常用的方法,但庞大的求解自由度导致FEM计算成本很大。针对FEM计算时间长的问题,构建一种基于U-net卷积神经网络的物理场快速计算方法,将样本数据通过栅格化或点云化处理后作为神经网络的输入和标签数据,通过... 详细信息

有限元法(FEM)是物理场分析常用的方法,但庞大的求解自由度导致FEM计算成本很大。针对FEM计算时间长的问题,构建一种基于U-net卷积神经网络的物理场快速计算方法,将样本数据通过栅格化或点云化处理后作为神经网络的输入和标签数据,通过网络训练实现物理场的快速计算并研究该方法在电磁场计算中的应用。结果表明,该方法能准确有效地预测电势、电场强度、磁感应强度等物理量的分布,且预测时间较FEM仿真计算时间大幅缩短。同时,通过合理选择数据集大小,即使在小数据集下也能有较高的预测精度。

关键词：电磁场卷积神经网络快速计算有限元法

基于断层量化隐伏型煤矿基岩含水层水化学空间演化机制研究

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地质学报 2024年第7期98卷 2245-2257页

作者：陈陆望郑忻张杰张苗胡永胜郑剑殷晓曦合肥工业大学资源与环境工程学院安徽合肥230009

地质构造是控制地下水化学场形成的关键因子,但由于其类型、性质和组合方式存在较大差异,致使定量表征地质构造对含水层水化学空间演化是个难点问题,亟待解决。本文以典型隐伏型煤田——淮北煤田袁店一矿的二叠系主采煤层砂岩裂隙含水层... 详细信息

地质构造是控制地下水化学场形成的关键因子,但由于其类型、性质和组合方式存在较大差异,致使定量表征地质构造对含水层水化学空间演化是个难点问题,亟待解决。本文以典型隐伏型煤田——淮北煤田袁店一矿的二叠系主采煤层砂岩裂隙含水层(简称“煤系”)和石炭系太原组灰岩岩溶裂隙含水层(简称“太灰”)为研究对象,基于主成分分析和离子比例分析,阐明控制含水层水化学空间演化的关键因素,利用断层复杂系数量化地质构造对地下含水层水-岩作用的影响,揭示袁店一矿水化学空间演化机制。研究结果表明,袁店一矿煤系主要水-岩作用为阳离子交替吸附与脱硫酸,太灰主要水-岩作用为碳酸盐溶解与黄铁矿氧化。袁店一矿东部断层复杂系数平均值为0.56,中部为0.61,西部为0.71。随着断层复杂系数平均值的增加,断层愈发育,煤系在袁店一矿主要水-岩作用阳离子交替吸附与脱硫酸有向非碳酸盐溶解转变的趋势;太灰在袁店一矿主要水-岩作用碳酸盐溶解与黄铁矿氧化有进一步增强的趋势。研究成果为研究华北隐伏型煤田地下水化学演化的构造控制机制提供了新思路,奠定了良好的理论基础。

关键词：隐伏型煤田水-岩作用水化学特征断层量化

基于场路结合的大功率直线超声波电机压电-热-结构多物理场分析

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电工技术学报 2024年第2期39卷 423-433页

作者：李响郭鹏涛丁远合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

物理场分析对于大功率直线超声波电机的设计与优化至关重要,该文提出一种基于场路结合的超声波电机压电-热-结构多物理场解耦分析方法,解决了超声波电机传统多物理场分析方法无法兼顾分析效率与计算精度的问题。基于场的观点建立压电-... 详细信息

物理场分析对于大功率直线超声波电机的设计与优化至关重要,该文提出一种基于场路结合的超声波电机压电-热-结构多物理场解耦分析方法,解决了超声波电机传统多物理场分析方法无法兼顾分析效率与计算精度的问题。基于场的观点建立压电-结构耦合以及热-结构耦合有限元模型,基于路的观点构建定子电-振-热耦合损耗计算模型及其二维热网络模型,在此基础上通过超声波电机内部固有的电-振-热耦合效应实现压电-热-结构多物理场耦合分析,并实现了对多场耦合作用下电机作动性能、电气特性、温升特性以及关键部件机械强度的快速同步评估。利用该方法对一台V型定子大功率直线超声波电机进行理论建模与分析,仿真和实验结果表明,所提出的方法可为大功率直线超声波电机的多物理场分析及多场耦合优化设计提供理论参考。

关键词：超声波电机多物理场场路结合性能评估

高频方波电场-温度场作用下环氧树脂介电特性劣化协同效应

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高电压技术 2024年第9期50卷 4007-4018页

作者：司剑文韬赵毅马波黄辛毅孙绪乾合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

高频变压器环氧树脂固封绝缘系统长期承受高频方波电压应力和热应力,环氧树脂在高频方波电压应力和热应力下的绝缘性能劣化严重制约着高频变压器的运行可靠性。以往研究多在交流正弦电场与温度场作用下对环氧树脂介电特性进行分析,缺乏... 详细信息

高频变压器环氧树脂固封绝缘系统长期承受高频方波电压应力和热应力,环氧树脂在高频方波电压应力和热应力下的绝缘性能劣化严重制约着高频变压器的运行可靠性。以往研究多在交流正弦电场与温度场作用下对环氧树脂介电特性进行分析,缺乏环氧树脂在高频方波电场-温度场作用下介电特性变化的研究。搭建高频方波电压与温度联合老化实验平台,对不同老化电场强度、温度条件下环氧树脂样片进行介电特性研究,并将电热联合老化结果与单独热老化、电老化结果进行对比分析。实验结果表明,电热联合老化对环氧树脂介电特性的影响更显著,且大于电、热的叠加作用,即电热联合老化过程中存在着协同效应。通过构建环氧树脂在高频方波电压下的极化损耗计算模型,阐明了在高频方波电场作用下,由环氧树脂极化损耗引起的样片温度升高是加剧环氧树脂介电特性劣化的重要原因。该研究结果可为高频变压器绝缘状态评估提供参考。

关键词：环氧树脂方波电压介电特性极化损耗协同效应

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配电网用气体间隙开关触发腔性能劣化进程及剩余寿命预测方法

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电工技术学报 2024年第13期39卷 4127-4138页

作者：董冰冰陈子建合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

气体间隙开关重复触发动作导致其触发腔的机械性能、电气性能降低,在配电网快速控制与保护应用场景中的影响或将更加显著,亟须开展触发腔性能劣化及其寿命预测研究,为此搭建了气体间隙开关触发放电研究平台。研究结果表明,随着触发放电... 详细信息

气体间隙开关重复触发动作导致其触发腔的机械性能、电气性能降低,在配电网快速控制与保护应用场景中的影响或将更加显著,亟须开展触发腔性能劣化及其寿命预测研究,为此搭建了气体间隙开关触发放电研究平台。研究结果表明,随着触发放电次数的累积,触发腔针电极处内径、喷口直径与内壁表面粗糙度均逐渐增大,喷口内壁出现凹坑、凸起点,针电极处的烧蚀孔洞由“点—线—面”发展,引起气体开关触通过程中的等离子体喷射特性参数(喷射高度、喷射直径、喷射面积)逐渐减小,触通时延、击穿时延均明显增大。在强绝缘、强电负性SF6触发环境中,计及放电烧蚀分解产物的电负性效应,致其喷射等离子体发展过程受到明显抑制,显著制约了触发寿命。选取喷射高度为预测因子,建立基于长短期记忆神经网络(LSTM)的气体开关剩余触发寿命预测模型,模型预测值与试验值间的方均根误差、平均绝对百分比误差分别低至0.063、0.055,剩余触发寿命预测误差在10%以内。研究结果可为气体开关运行稳定性及寿命预测提供参考。

关键词：气体间隙开关等离子体喷射重复触发放电烧蚀累积寿命预测配电网