基于弹性云计算集群的国际TEAM Problem 7基准问题计算方法

针对智能制造所需的大规模计算问题,对比分析不同云计算技术的发展模式,选取适合大规模计算密集型的云架构,部署了9节点弹性计算平台。选取电磁领域的国际TEAM Problem7基准问题为案例,使用基于消息传递机制的开源并行编程模型Open Mpi编写典型涡流场的并行计算程序,实现了计算案例数百万自由度的并行计算,得到了不同节点下不同计算规模的计算时间与速率分布图。研究结果表明,典型电工装备的大规模有限元仿真计算可在云计算平台部署的弹性计算集群中实现并行化。对比于传统高性能计算机的并行计算方法,本文的云计算弹性计算集群具有投入成本低、动态可分配、按需索取的优点,为传统纯粹制造业转型升级智能制造产业发展提供了一种灵活、便捷的新型高性能计算方案。     

电磁超声管道周向兰姆波仿真分析及缺陷检测特性研究

根据管道周向兰姆波(CLamb波)在管道中对称传播的特点,采用有限元软件仿真分析了管道周向兰姆波的传播特性,得到CLamb0、CLamb1模式沿管道周向传播的规律。在研究兰姆波声场特征的基础上,建立含有槽型缺陷的有限元模型,仿真分析了缺陷两侧周向Lamb波的响应特性,并对周向兰姆波遇到缺陷时的模式转换进行了仿真分析,得出缺陷深度和埋深与反射波幅值、透射波幅值的关系,为管道裂纹缺陷的定量检测奠定了基础。最后,对铝材管道中两种不同深度的缺陷进行了实验研究,证明了仿真分析的正确性和有效性。     

用于电磁声发射的脉冲激励源设计

对金属结构进行电磁加载,会在裂纹处产生应力波信号,利用该现象可以实现对金属缺陷的无损检测,即电磁声发射技术。脉冲激励源作为电磁加载的核心,其输出电流的频率、幅值等参数对加载效果有显著影响。针对电磁加载实验中对激励源的要求,设计基于半桥型开关电路原理的可调稳压电源、以电容器作为储能元件的充放电回路,并利用单片机实现对电容充放电过程的调控,以产生频率和幅值可调的脉冲电流。将激励源应用于电磁加载实验,输出结果达到了设计要求。     

基于Lamb波的金属材料涂层厚度测量

针对金属板材的涂层厚度检测问题,提出利用双层介质中Lamb波的频散效应对表层厚度变化敏感的特性,通过测量特定模态波速的变化进而实现对涂层厚度的无损检测。推导了双层结构中超声Lamb波的频散方程,得出了铝板-聚氨酯双层介质中不同涂层厚度下的导波频散曲线,分析了不同模态Lamb波群速度对涂层厚度变化的敏感程度,建立了涂层厚度与导波波速的规律性关系。最后通过对铝板上不同厚度的聚氨酯涂层进行超声导波检测实验,基于A0模态群速度与涂层厚度的线性关系计算出了涂层的厚度,误差在10μm以下,满足工程的需要。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统阻抗分析与匹配电路设计方法

针对无线电能传输系统中阻抗失配引起的效率低和烧毁射频功放等问题,综合考虑耦合因数、电源和线圈内阻,利用互感耦合理论对四线圈结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统中射频功放的负载阻抗进行等效分析;并针对通过改变系统互感系数来调整阻抗难以达到理想效果的缺陷,提出和设计阻抗匹配电路方法来调整阻抗。根据阻抗特性设计了π型结构的阻抗匹配电路,给出了系统器件参数的计算方法和结果。最后设计了基于磁耦合谐振技术的无线电能传输装置,并进行了阻抗匹配实验,实验结果与理论分析具有较好的一致性,证明了理论分析的正确性。也为进一步研究自适应阻抗匹配,提高无线电能传输功率和效率提供了有益的参考。     

基于分层控制策略的光伏-蓄电池系统动态提高并网点功率因数

提出了一种利用多功能光伏-蓄电池组合发电系统提高并网点功率因数的新方案,可降低光伏发电的成本、减少无功补偿设备的投资、增加用户经济效益以及提高电网供电能力。在综合考虑并网逆变器的额定容量、光照条件及负荷功率瞬时变化等实际情况下,分析系统多种运行模式,提出一种分层控制策略,实现了运行状态的无缝转换,保证在逆变器额定容量下输出有功的同时提供无功补偿以动态提高并网点功率因数。当电网需求逆变器输出无功较多导致有功输出受限而光伏仍有更多有功输出时,将光伏剩余出力储存至蓄电池以尽可能减少弃光,提高光伏利用率。在低光照或夜间时,蓄电池放电维持直流母线电压,使逆变器可继续发出无功功率,同时实现光伏软关闭。建立了多功能光伏-蓄电池发电仿真系统,仿真结果验证了所提方案的可靠性。     

过耦合无线电能传输功率降低机理与提高方法

针对磁耦合谐振式无线电能传输系统在过耦合区负载接收功率降低的问题,对无线电能传输模型进行理论分析,得到负载接收功率与输入阻抗定量关系,并根据功率降低机理提出解决功率降低问题的根本措施。为验证功率降低机理理论分析的正确性和功率提高方法的有效性,最后进行建模仿真和实验验证。理论分析、建模仿真和实验验证具有较好的一致性,因而建模仿真和实验实现了对理论分析和结论的验证。     

电动汽车动态充电中耦合结构研究及其效率分析

针对电动汽车无线充电技术中充电电池体积大、充电时间长、续航能力不足等问题,本文提出了一套发射线圈可选择性开断的电动汽车动态充电方案。该方案基于近场谐振式无线电能传输原理,对发射线路和接收线路耦合结构进行研究。通过数学模型变换,探讨了系统电能传输效率关系,并对系统实验平台进行搭建,经过分析电动汽车动态充电过程,得出接收线路不同位置时线路耦合情况及系统传输效率变化规律。经过实验,得出在进一步改进线路结构后,系统电能传输效率平均提升18%,并在70%左右保持稳定趋势,满足实际应用需要。     

一种新型窄磁铁聚焦式电磁超声表面波换能器EI北大核心CSCD

窄磁铁电磁超声换能器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)利用较强的边缘磁场能够在铝板中激发出比常规EMAT幅值更大的超声波信号,但是窄磁铁磁场会导致激发的波形发生畸变,从而影响超声检测的可靠性。该文设计出一种新型窄磁铁聚焦式表面波EMAT,不仅修正窄磁铁磁场引起的波形畸变,而且使得激发的表面波幅值得到有效提升。首先,考虑磁场、相位、洛伦兹力贡献度等因素,推导出窄磁铁EMAT激励超声的合成公式,并通过并联分裂导线排布实现对波形畸变和频率偏移的修正。其次,研究磁铁与线圈尺寸参数对换能器激励效率的影响,并通过三维仿真对超声传播特性和聚焦效果进行分析。最后,制备窄磁铁聚焦式EMAT并进行表面波激励实验,结果表明:该文设计的表面波EMAT不仅实现对窄磁铁磁场引起的波形畸变的修正,而且同等磁通密度下激发的表面波信号时域幅值比常规EMAT提高55.92%,频域基频幅值提升69.7%,这为电磁超声表面波换能效率的提升及缺陷检测信号的有效提取提供新方法。     

基于三参数表征电动汽车无线充电系统互操作性评价方法研究

针对电动汽车无线充电系统多方面差异,导致不同地面发射端与车辆接收端之间难以实现互联互通、汽车充电效率低下、严重时存在安全隐患等问题,该文提出一种基于三参数判别电动汽车无线充电系统互操作性的方法。利用车辆端回路失谐因子ξ、互操作性特征阻抗δ、地面端阻抗实部Re(ZGA)表征不同补偿网络及耦合线圈的参数变化对系统互操作性的影响,通过判断系统是否满足三参数的判别条件,对电动汽车无线充电系统的互操作性进行评价,并通过仿真及实验验证理论的正确性。该方法对电动汽车无线充电互操作性评价具有指导作用。