风轮和塔架耦合作用和旋转效应对大型风力机动态响应的影响

通过自行编制的风剪切和Davenport脉动风谱程序建立了更加贴近实际工况的风场,以UG建立的5 MW大型风力机实体模型作为研究对象,基于单向流固耦合技术(UFSI),运用有限元软件Ansys数值模拟了不同转速下考虑风轮-塔架耦合作用的风力机结构动态响应。结果表明:叶轮与塔架耦合作用会显著增大叶片与塔架的最大位移和应力响应值;耦合作用使得叶片最大应力由相对翼展0.5处移动到0.7处且塔架出现多处应力极值;需考虑结构间耦合与旋转效应的联合作用时,才能得到风机准确的运行参数。     

来流条件对风力机叶片流固耦合特性影响研究

针对不同来流条件引起的风力机叶片振动问题,通过数值方法研究流速以及风剪切指数对叶片流固耦合振动的影响规律.以NREL5MW风力机叶片实尺度模型为研究对象,采用不同风剪切指数的来流入口条件,利用数值方法获取不同来流工况下叶片表面载荷、压力分布以及载荷随方位角的变化规律;基于单向流固耦合方法计算不同工况下结构耦合形变、应力...     

气弹耦合作用下旋转对海上风力机叶片振动特性的影响

针对大型风力机叶片,采用UG软件完成了叶片的实体建模,利用ANSYS开展了气弹耦合作用下旋转叶片振动特性的模拟和分析。结果表明:旋转不但显著增加了叶片位移和应力响应峰值,而且加剧了响应曲线的波动,旋转效应的贡献先减小后增大且随来流风速的增加呈现相同的变化;随着转速或来流风速的增加,叶片最大位移及其增幅沿翼展方向均呈非线性增长趋势,叶片根部和中部应力峰值的增幅均较为明显。结果可为风力机叶片优化设计提供技术参考。     

某型雷达天线阵面流固耦合分析

基于计算流体力学和弹性力学理论,联合应用Fluent软件与ABAQUS软件对某型雷达受风载荷条件下的刚强度进行了流固耦合模拟分析。对比了理论方法与直接耦合方法下雷达应力云图分布的不同;提取了瞬态流场的风压脉动频率特征;采用正弦载荷形式分析了雷达结构响应,为雷达设计过程中的刚强度校核提供更精确可靠的分析方法。     

基于弯扭耦合的大型风力机复合材料叶片结构特性研究

为研究不同类型弯扭耦合叶片结构特性,以NREL 5 MW风力机叶片为研究对象,结合复合材料铺层设计建立不同弯扭耦合叶片有限元模型,通过CFD方法求解叶片气动载荷并对各叶片开展结构模态、强度及屈曲计算,分析不同耦合区域及耦合角度对叶片结构特性影响.结果 表明:弯扭耦合叶片各阶固有频率大多低于传统叶片,其中蒙皮耦合叶片变化最小而全耦合叶片影响最大;弯扭耦合叶片可降低内部von Mises应力及应变峰值,提高叶片疲劳寿命,其中蒙皮耦合叶片降幅最大而主梁耦合叶片降幅最小,尤以蒙皮耦合叶片θ=20°减载效果最佳;弯扭耦合叶片切应力大多高于传统叶片,仅蒙皮耦合叶片θ=20°最大切应力低于传统叶片;叶片的弯扭耦合特性对其稳定性产生一定影响,其中主梁耦合叶片临界屈曲载荷降幅较大而其他弯扭耦合叶片有小幅上升,且一阶屈曲变形量均低于传统叶片.     

风力机塔筒在风-地震耦合作用下的非线性时程分析

为了研究一个典型的风力机塔筒在风-地震耦合作用下的结构性能。通过有限元软件ABAQUS建立塔筒的精细模型，并对其进行非线性时程分析。其中，风载荷基于IECKaimal谱，根据叶素动量理论(BEM)，由风力机载荷计算软件Ashes输出叶片载荷；且将运行状态分为正常运行与故障运行。同时，为了研究不同周期地震波作用下塔筒的结构响应以及失效形式，将地震运动分为两组，一组为短周期地震，另一组为长周期地震。研究发现在风-地震耦合作用下塑性铰首先出现在风力机塔分段连接处，这与风单独作用时失效位置相同；且在短周期地震作用下一旦形成塑性铰将很快导致塔筒整体倒塌；当地震波峰值加速度(PGA)相近时，长周期地震对运行中风力机塔的结构性能影响较大。     

10kW直驱型风力机整机数值模拟分析

基于SIMPLE算法,采用RNG k-ε湍流模型,结合有限体积法对流场的控制方程进行离散,运用ANSYS Workbench软件中的CFX模块和Static Structure模块进行流固耦合模拟,在考虑风力机机舱与塔架的影响下对风力机整机在4种不同风速下的流场特性和风力机运行过程中结构的应力应变进行模拟仿真,与无机舱和塔架情况下的流场特性进行了对比。结果表明:机舱和塔架的存在对流场的特性有明显的影响;叶片的风压分布在叶尖部位比较明显;风力机整机最大应力集中在叶片上距叶根2/3处;在风速增加的情况下,叶根与轮毂连接处的应力有比较明显的增加。     

充液管道中弯头流固耦合振动分析数学建模研究

基于特征线14方程模型,对充液管路系统中弯头处的流固耦合进行了建模研究,得出了弯头处的平衡方程,通过C++软件开发管道流固耦合时域响应计算程序,结合文献算例验证了建模的正确性,研究了弯头对管道流固耦合振动特性的影响。结果表明,和直管相比,弯接头的存在能够降低流固耦合作用中流体压力和管道所受轴向应力脉动的峰值;弯头角度为90°时,弯头处流体压力脉动以及管道轴向应力脉动的峰值最小。     

飞机废水管路流固耦合动力学仿真分析

以某型民机废水管路系统为研究背景,采用有限元法仿真分析管道在周期脉动流作用下的单双向流固耦合动力学特性及气液两相流作用下的动力学响应,并作卡箍位置布局优化。结果表明,流固耦合作用使得管道固有模态频率降低;相较于单向耦合,双向耦合时流体的突载对管道冲击更大,流体阻滞作用能降低管道振动幅值;两相流作用下,通过在弯管附近布置卡箍能降低管道的振动,卡箍布局优化后监测点处Y向位移及加速度峰值分别降低约84%和85%,管道最大应力减小近51%。     

大型风力机叶片腹板偏置对弯扭耦合特性研究

为研究大型风力机叶片内部腹板结构偏转对叶片弯扭耦合特性的影响,基于NX二次开发建立NREL 5 MW叶片CAD模型,通过计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)方法求解叶片表面的分布载荷,采用节点位移法求解叶片弯曲角及扭转角,分析腹板偏置对叶片弯扭耦合效应的影响。结果表明,偏置腹板可使叶片产生自适应特性;在气动载荷作用下,弯曲角与扭转角均沿叶展逐渐增大,于叶尖达到幅值;正向偏置时,叶片扭转角与偏转幅度呈负相关,反向偏置与之相反;正偏置结构耦合叶片弯扭耦合系数随偏转角增大呈递减趋势,反偏置叶片均大于传统叶片。     

力觉交互系统稳定性研究

在中国国家自然科学基金资助项目《牙科手术模拟力觉交互系统稳定性研究》和《基于双模式力觉交互的灵巧动作技能训练方法研究》,以及中国国家高技术研究发展计划(863计划)项目《面向手眼协调操作的触(力)觉合成和视觉-力觉融合再现技术》的共同支持下,以开发高性能牙科手术模拟训练系统为目标,针对力觉交互设备控制过程中振动或噪声所导致的力觉感受稳定性丧失,围绕探索复杂虚拟环境下的力觉交互系统(HIS)失稳机理,基于力觉交互设备和力觉渲染算法,探索提高力觉交互系统稳定性和逼真度的方法,提出学术报告.通过模拟牙面探查实验,发现用虚拟工具接触牙齿表面时,若接触刚度较大会导致设备振动.通过模拟牙体预备实验,发现用虚拟工具切削牙齿时,大的接触刚度也导致设备振动.大刚度所引发的设备振动,可以通过减小刚度减少或消除,但随之而来的是由于接触力过小,导致系统丧失逼真度.因此,HIS稳定性研究的核心任务是探索在非解析表达复杂虚拟环境下的基于阻抗显示设备的HIS稳定性丧失的物理机理及其稳定合成算法.基于力觉交互系统(HIS)组成结构,假定操作者为系统的被动环节,将HIS稳定性问题分解为力觉交互设备和力觉合成算法等两部分,通过确定各自的验证任务和验证指标,实现问题解耦,方便HIS的设计和调试.在力觉设备稳定性研究方面,讨论了多自由力觉交互设备性能与系统稳定性的关系,建立了HIS控制参量与系统稳定性的关系模型,建立了提高系统稳定性的控制算法.研究发现,通过改变系统的物理参数和控制策略可以有效地提高力觉交互系统的稳定性.采用电流闭环控制策略(CCLC)和多更新率控制策略(MC)等两种方案提高了系统稳定性.CCLC是指在电机回路增加电流传感器,测量电机的实际电流,构成电流反馈;进而计算电机实际输出力矩,得到设备末端的实际输出力.MC是指在不增加上位机更新频率的前提下,在下位机微控制器上实现更高频率的插补运算,包括以更高的频率对设备末端的位置采样,以及对设备末端的输出力进行预估计算.控制器利用当前插补时刻的设备位姿,实时计算虚拟力增量,从而实现在两个连续上位机虚拟力的间隔内的高频率插补.基于自主开发的3自由度(3DOF)力觉交互设备实验平台,开展稳定性测定实验,证明了CCLC和MC的有效性.实验发现交互设备的最大可模拟虚拟刚度不仅与设备末端的位置有关,还与虚拟墙方向——虚拟力方向有关.通过实验测量得到了(3DOF)工作空间内不同点不同方向上可模拟最大刚度的分布.在力觉合成算法稳定性研究方面,基于动态单边约束的概念分析了复杂虚拟环境的力觉交互失稳机理,发现了制约系统稳定性的限制参量——等效接触刚度、动态单边约束的位置坐标变化梯度、动态单边约束的法线向量变化梯度,进而提出基于等效阻抗的稳定性处理算法.针对拥有大量数据的精细模型的力觉交互模拟,提出速度驱动的离散多层级模型力觉合成算法,离线建立物体层次模型,通过用户探查试验确定触发层次切换的速度阈值,并运用表面接触点层级映射改进碰撞检测算法,避免了模型层级切换时力信号的阶跃变化.基于等效阻抗的稳定性处理算法和离散多层级模型力觉合成算法在全口腔大数据量模型探诊中得到了验证.针对两种不同物理属性的组织的交界处交互时力觉交互设备的振动问题,提出适用于模糊边界的灰色区域法,在牙齿横切面的多组织探查和龋坏组织的探查中得到了应用.针对被操作物体拓扑结构的变化的力觉交互任务,采用了体素化建模方法,高效率地实现了材料去除和模型更新,并提出了适合于材料去除操作的虚拟匹配算法(Virtual Coupling Method),保证了拓扑结构变化时力觉模拟的稳定性,在牙体预备手术的牙齿钻削模拟中得到了验证.     

汽车-道路相互作用研究进展

回顾汽车-道路相互作用的研究历程和主要研究内容,分析汽车系统动力学、轮胎动力学和路面结构动力学三个研究领域之间的关系,分别从车辆的随机振动与道路友好性悬架、轮胎-路面接触动力学和动载荷下道路结构动力学三个层面对研究进展进行综述,提出汽车-道路相互作用研究中存在的问题和未来的发展方向.当前汽车-道路相互作用研究多集中于单一领域或者三个领域简单叠加,忽略或简化了汽车-道路之间相互作用、互相约束的复杂动态耦合关系,但是要满足车辆更高的控制精度和动力学性能优化,需要更多的考虑汽车-道路之间的相互作用关系.对于胎路接触关系,现有的研究多是以路面的特定参数来描述轮胎自身的滞回特性,考虑轮胎与路面之间的动态耦合特性需要更深一步研究.简单的路面不平度模型对路面的形貌描述不够,制约着车-路相互作用的研究,开展路面形貌特征的提取、描述和重构仍很重要.车辆运动控制的实现和控制器的设计多依赖于质心的动态响应和路面附着状况,汽车-轮胎-地面瞬态耦合机理及路面参数的高精度快速识别将是极具理论难度与工程应用的研究.此外,轮毂电机在新一代智能电动汽车的应用,改变了汽车底盘构型及载荷分布,考虑路面随机激励、电机激励及车路耦合激励的综合作用研究车-路相互作用及智能控制也是一项具有挑战性的科学问题.     

数字茶几的信息交互设计

针对现代人们的生活对于数据轻量化和便携性的要求,对数字茶几与手机的信息之间进行了交互的内容和形式的研究,在交互的内容中定义了文本和图片交互,交互的形式则研究了交互动作、视觉引导及反馈,最终通过软硬件的搭建和编程,实现了手机与数字平台数据的无线传输交互以及用户对于数据的交互操作。     

蠕变—热疲劳交互作用的力学机理

随着航空航天、能源和化学工业的发展,高温设备的应用越来越广泛.这些设备在稳态运行中受到蠕变损伤,在起动、停车或工况突变时受到热疲劳或热机械疲劳损伤,潜在危险性极大,一旦发生事故往往是灾难性的.考虑材料的双线性随动强化性质和蠕变特性,研究蠕变-热疲劳交互作用的力学机理,得到如下结论: ①升温和保温过程生成的压缩非弹性应变(塑性应变和蠕变应变)越多,降温过程产生的拉应力和拉应变越大,设计受蠕变-热疲劳损伤的构件时宜优先选择具有较高压缩屈服点和较低蠕变速率的脆性材料.②蠕变影响着循环的应力幅和平均应力,并使它们经历一定数量的循环后达到稳定状态,可以把蠕变-热疲劳损伤等效为热机械疲劳损伤,从而使寿命预测和试验简单可行.     

混合粒子交互微粒群算法

针对现有微粒群算法仅考虑单一一种引斥力规则使得其搜索能力存在的不足,考虑在不同搜索阶段采用不同的引斥力规则,提出搜索后期引力增强型混合引斥力微粒群算法(LAPSO算法)。利用拟态物理学中的引斥力规则使粒子保持多样性,提高算法的全局搜索能力;当进入到具有全局最优解的区域时,增强引力作用、减少斥力作用,利用比自身适应度好的粒子和全局最优解粒子的引力作用,提高算法的局部搜索能力。为进一步提高LAPSO算法的优化性能,将其与混合全连接型-环形拓扑结合,提出混合粒子交互微粒群算法(HIPSO算法)。通过6个Benchmark函数进行测试,结果表明,与现有的扩展-微粒群、微-微粒群、中值导向-微粒群等算法相比,所提的LAPSO算法、HIPSO算法具有较好的种群多样性,具有更好的寻优精度、收敛率和最优解搜索能力。结合文献[7]中的柔性流水车间调度离散优化实例和文献[20]中的超声振动加工工艺参数连续优化实例,验证了HIPSO算法的最优解搜索能力。     

Interaction of highly coercive permanent magnets

The force exerted by highly coercive permanent magnets (made from alloys of rare-earth metals) used as rectangular prisms in magnetic systems is considered. Calculation results and experimental data for magnets grouped on the basis of the residual induction are compared. The influence of the distance between adjacent magnets in the system on the force between the highly coercive permanent magnets is demonstrated.     

升力型垂直轴风力机相互作用研究

为了研究两个垂直轴风力发电机之间的相互影响,采用非定常流体动力学数值计算方法,研究了不同间距下两台垂直轴风力机的运行状况,分析了1/3旋转周期内、不同相位角的情况下,两叶轮周边的压力场和涡量场。结果表明：叶轮1的非定常尾流会影响处于其尾流区的叶轮2的压力场及涡量场,因此,叶轮1对叶轮2的影响随着叶轮间距的增大而逐渐减弱;当间距到达6D(D为风轮直径)时,叶轮2的最大功率系数约等于叶轮1的最大功率系数。     

Interaction between zinc dialkyldithiophosphate and amine

This paper reports work on complex formation from ZDP and various aliphatic amines, and their equilibrium states in oil, adsorptivities and antiwear properties are investigated. Complex formation from ZDP and amine was proven by isolation and identification of solid crystals, and various complexes were found from mono- and diamines. The complex from monoamine has lower adsorptivity than free ZDP, while the poorer adsorptivity of ZDP/monoamine complex makes its antiwear property worse.     

Interaction between local and overall buckling

Numerical solutions of the equations governing the interaction of local and overall modes on box columns are presented. In confirmation of previous results these solutions show that elastic buckling is highly sensitive to changes in the magnitude of both local and overall small imperfections, and that the strong optimum indicated for coincident mode design is effectively eliminated when this imperfection sensitivity as well as effects of plasticity are included. It is also clearly demonstrated that the reduced modulus approach provides a conservative estimate of the elastic load-carrying capacity.The inclusion of plasticity into the analysis shows that the effects of elastic interaction may also be highly significant in controlling the plastic collapse load, and for most practical cases this plastic interactive buckling will control design. An extension of the Perry-Robertson procedure is shown to provide a convenient means of presenting the design information. Finally, the usefulness of the van der Neut model as the starting point of the analysis is verified.