乌东德拱坝非线性地震反应分析

本文在计入坝、地基和库水动力相互作用的情况下,用LDDA(拉格朗日不连续变形分析)模拟拱坝横缝,粘弹性边界为吸能边界的拱坝地震输入模型计算乌东德拱坝非线性地震反应,研究无限地基辐射阻尼和拱坝横缝对坝体反应的影响,分析乌东德拱坝的静动力响应和拱坝横缝在地震作用下的张开情况,并将其计算成果与基于人工透射边界的时域显式有限元方法进行了比较分析.     

地震作用下重力坝动水压力的高精度时域公式

提出一种计算直立坝面上地震动水压力的高精度时域公式,与坝体有限元模型结合用于考虑坝-水动力相互作用,避免半无限库水区域的数值模拟。在频域内,基于库水区域分离变量解析解和坝-水交界面条件推导精确的坝面动水力-坝面绝对水平运动关系,之后利用作者已经提出的时间卷积局部化方法将该关系转化为含有辅助变量的高阶精度时域公式。该公式的时空离散形式与坝体有限元模型的耦合方程,可以采用显式时间积分方法求解。为了能够利用商用有限元平台分析非线性坝体-库水动力相互作用问题,在ABAQUS有限元软件中通过UEL用户单元子程序二次开发实现了提出的动水力公式,公式用户单元在有限元建模阶段与坝体有限元模型无缝结合,后续动力计算过程中无须重启动等任何特别处理。刚性坝面地震动水压力分析表明,提出公式的计算结果稳定,并与解析解较好吻合;之后将该公式应用于Koyna重力坝地震反应分析。     

静止边界法在永磁同步发电机旋转磁场及铁心损耗计算中的应用

旋转磁场分布是永磁同步发电机铁心损耗计算的基础。目前,对于旋转磁场计算一般都是通过建立转子处于不同位置时有限元磁场模型来实现,即模型重构法。这种方法对于每一个转子位置的磁场分析都要重复建模-划分网格,从而使得整个分析过程效率低下。基于此,本文提出一种高效计算同步永磁发电机旋转磁场数的静止边界法,该方法通过改变静止边界节点磁位的耦合顺序来等效转子的旋转,克服了模型重构法电磁计算过程中需反复建立模型所导致效率低下的缺点。通过比较两种方法的计算结果,验证了静止边界法在电机旋转磁场计算中的正确性和高效性。同时静止边界法保证了在旋转磁场的计算过程中,定、转子模型中有限元单元的形状、位置及构成节点信息的一致性,为永磁同步电机铁耗分布的准确计算提供了单元磁密时域解。     

有限元—边界元耦合法在3维开域涡流场中的应用

基于A、φ-A法和库伦规范,推导了导体区域和非导体区域的有限元方程及自由空间的边界元方程,通过引入交界面条件,实现了将边界元矩阵等效为有限元矩阵求解的有限元—边界元耦合法。分别使用单纯有限元和有限元—边界元耦合法对TEAM 7问题进行了计算,通过对比3种有限元模型的计算结果指出了截断边界和远场单元在处理开域问题上的缺陷。为了探讨有限元—边界元耦合法的建模方式,根据包裹空气层的不同建立了3种模型并进行了对比分析。通过对数值仿真结果和实测数据进行对比,证明了有限元—边界元耦合法在处理3维开域涡流场问题上的有效性。     

用时域有限元边界元耦合法计算三维瞬态涡流场

文中首次应用时域有限元一边界元耦合法（T-FEBEM）研究了涡流检测中有限厚平板导体中含有窄裂缝时的瞬态涡流场。采用伽辽金加权余量法，推导出A-φ位函数的时域有限元—边界元耦合算法，讨论了确定时间步长的基本方法，用不完全分解共轭梯度法（ICCG）求解线性方程组。研究了平板导体中不同深度裂缝的时域响应，并与频域有限元—边界元耦合法（FEBEM）和付里叶变换方法所得结果进行了对比。计算结果表明，时域有限元—边界元耦合法效率更高，是一种求解瞬态开域涡流场的有效方法。     

等效三维一致黏弹性边界单元及其在拱坝抗震分析中的应用

基于大型结构分析软件ADINA,提出了等效三维一致黏弹性人工边界单元以及在该边界上实现波动输入的方法和技术.将其应用于国内某高拱坝的坝体.地基-库水系统的地震反应分析,研究大坝在三向地震荷载作用下的动力响应,并与传统无质_垦地基模型的计算结果进行对比.结果表明地基辐射阻尼有效降低了坝体的地震响应,该方法应用方便且具有良好的计算精度和稳定性.     

表面棱边单元法及其在电磁模拟中的应用

提出并推导了任意表面棱边单元法的基函数 ,其特性和三维棱边单元法一样 ,保持切向分量连续。用一种棱边有限元法—边界元法来离散微分和积分方程 ,用双共轭梯度法求解线性方程组 ,改善解的收敛性能。用该法计算了物体的固有频率和金属物的近场信号 ,模拟了金属军事目标的电磁响应 ,以此推测其材料特性和大小 ,计算与实验结果相吻合     

大跨越输电塔线体系有限元建模

以舟山大跨越输电塔线体系为工程背景,分别采用等效刚度空间梁单元、杆单元、悬链线索单元对输电塔、绝缘子和输电线进行了模拟,建立了塔线耦合体系的空间有限元模型。建模过程兼顾了模型的准确性和计算效率,重点阐述了悬链线索单元在输电线模拟中的应用。以此为基础,通过时域分析方法对塔线体系的动力特性和风振响应进行了计算。     

永磁无刷直流电动机场路耦合运动时步有限元分析

提出一种适用于永磁无刷直流电动机的场路耦合运动时步有限元分析方法，解决了电机在非正弦供电时的场路耦合分析问题。电路中考虑了开关元件换流重叠过程和绕组中点的电位波动。给出了控制电路与电磁场方程耦合的时步有限元单元分析方法，采用改进的有限元运动边界处理方法--插值运动边界法解决转子运动问题。应用上述模型对1台无刷直流电动机的进行分析，计算结果和样机的实测波形吻合。该方法也适用于其他非正弦供电电机的场路耦合有限元分析。     

海上浮式风机运动响应的时域耦合计算方法

建立了一种用于计算海上浮式风机运动响应的时域耦合方法,该算法主要由气动力模块、水动力模块、系泊模块和系统运动模块构成。气动力模块采用叶素动量法;水动力模块采用一阶势流理论,通过边界元法求解;系泊模块采用悬链线模型,用Chebyshev多项式进行拟合计算。对于系统运动模块,采用Runge-Kutta法求解。对OC3-Hywind spar风机进行了建模,对各模块及耦合模型的进行对比研究,验证了此耦合计算方法的准确性。并利用该方法计算和分析了此风机的运动响应及其对风机功率的影响。     

有限元法结合渐近边界条件技术求解无界平面静电场问题

根据二维拉普拉斯方程的通解级数,推导出圆形人工边界上的零阶、一阶和二阶渐近边界条件,并将它们与有限元法结合,使得在求解区域不大情况下的二维静电场计算结果仍保持足够高的精度。同时,这种技术仍然保持了有限元刚度矩阵对称、正定和稀疏的性质。将这种方法应用于一个具有解析解的例子,说明了这种方法的正确性和有效性,也说明了在同一人工边界上,高阶的渐近边界条件较之于低阶的渐近边界条件具有更高的精度。最后,采用二阶渐近边界条件计算了一个实例。     

基于渐近数值法的静态电压稳定域边界高阶拟合方法

为实现静态电压稳定边界的快速准确计算,提出了一种基于渐近数值方法拟合静态电压稳定边界的算法。算法对电压崩溃点处的方程组进行分析,得到了静态电压稳定边界高阶偏导数的通式。基于渐近数值方法,分析了拟合误差与边界范围的关系。所提方法一方面避免了传统方法的多次潮流计算,耗时降低且有更高的精度;另一方面,计算高阶偏导数时可复用已有系数矩阵的因子表,计算量小。最后,给出了基于算法的相关应用,并将IEEE 118节点系统作为算例,验证了本算法的有效性。     

双凸极无刷直流发电机的非线性数学模型

用变网络等效磁路法建立电励磁双凸极发电机等效磁路模型。在考虑磁路饱和、电枢磁场和励磁磁场相互作用的基础上 ,给出了描述该发电机非线性电感的函数 ,函数值与转子位置、各相电枢电流和励磁电流有关。有限元法验证了该函数的计算结果具有很高精度。在基于电感数值解基础上建立了该无刷直流发电机负载时一个工作模态非线性数学模型 ,给出了描述该数学模型的微分方程。理论计算结果和样机实验结果对比验证了该模型的正确性 ,为研究双凸极发电机的工作性能提供理论依据     

大型空冷汽轮发电机端部磁场数值计算

针对空冷汽轮发电机端部磁场计算中存在的问题，采用 三维有限元法建立了大型汽轮发电机端部三维涡流场的数学模型，模型充分考虑了定、转子铁心的端部效应和定子齿压指、压板、磁屏蔽、压圈等端部结构件和定、转子端部线圈的实际几何形状以及材料性质的影响。提出用二维磁场和三维磁场耦合求解的方法确定边界条件，该方法既能够保证计算精度又减少了求解区域，节省了计算时间；并给出了定子绕组端部渐开线模型的网格生成方法，利用该方法能准确模拟电机端部绕组的实际情况；以1台QF-150-2型空冷汽轮发电机为例，计算了计及涡流时汽轮发电机空载、满载端部电磁场，给出了电机端部结构件中磁场的分布和一些有价值的结论，计算结果验证了方法的有效性。     

应用有限元法计算氧化锌避雷器电位分布

应用有限元法计算了具有开域边界的氧化锌避雷器的电位分布。通过设置人工截断边界,将开域电场问题转化成有界域电场问题,并在人工截断边界上采用渐近边界条件。对于氧化锌避雷器中存在大量的电位悬浮导体问题,则采用虚拟齐次强加边界法加以解决。对330kV和500kV氧化锌避雷器电位分布进行了计算和测量,结果验证了该文方法的正确性和有效性,并得出以下结论：随着安装高度的增加,阀片分布将趋于均匀;在高压端加装均压环会大大降低阀片的最大电位承担率,改善阀片的电位分布。与基于模拟电荷法的其它方法相比,该文方法简单、通用,可以充分利用已有的有限元计算程序,很好地满足了工程应用和设计的需要。     

General 2D Schrödinger-Poisson solver with open boundary conditions for nano-scale CMOS transistors

Employing the quantum transmitting boundary (QTB) method, we have developed a two-dimensional Schrödinger-Poisson solver in order to investigate quantum transport in nano-scale CMOS transistors subjected to open boundary conditions. In this paper we briefly describe the building blocks of the solver that was originally written to model silicon devices. Next, we explain how to extend the code to semiconducting materials such as germanium, having conduction bands with energy ellipsoids that are neither parallel nor perpendicular to the channel interfaces or even to each other. The latter introduces mixed derivatives in the 2D effective mass equation, thereby heavily complicating the implementation of open boundary conditions. We present a generalized quantum transmitting boundary method that mainly leans on the completeness of the eigenstates of the effective mass equation. Finally, we propose a new algorithm to calculate the chemical potentials of the source and drain reservoirs, taking into account their mutual interaction at high drain voltages. As an illustration, we present the potential and carrier density profiles obtained for a (111) Ge NMOS transistor as well as the ballistic current characteristics.     

三维有限元静磁场计算中周期边界的一种处理方法

在三维有限元静磁场计算中，提出一种处理周期边界问题的新方法，并导出有限元计算格式，文中将周期边界上节点的矢量位作为非独立变量处理，从而节省了计算机内存，最后，本文对国际电磁场软件测试模型（ＴＥＡＭ问题１３）进行了计算，获得了正确的结果。     

排管敷设电缆群温度场和载流量数值计算

为充分利用电力电缆线路的传输容量,提高电缆的利用率,准确计算电缆线路的温度场分布,建立了地下排管敷设电缆群的热传导、热对流、热辐射微分方程,给出了2维共轭温度场的求解域和边界条件,利用涡量-流函数和伽略金法给出了自然对流的变分方程,利用迭代和耦合算法对方程进行了有限元分析和计算。给出了给定电缆负荷的温度场分布图,迭代计算了单回路和多回路交联聚乙烯电缆系统的载流量。排管内带绝缘发热管的试验和计算的对比,验证了计算模型的有效性。     

高压直流输电线下合成电场的有限元快速算法

直流输电线下合成电场计算方法中,上流有限元方法具有较强的适应能力,得到了广泛应用,但其计算效率尚有待提高.为获得较高的计算速度,该文根据上流有限元算法的特点,采用节点编号优化与Cholesky分解相结合的求解泊松方程的直接方法,反复求解泊松方程时较矩阵方程迭代算法有较大优势;采用合理的电荷密度更新策略,减少了迭代所需的收敛次数.这些方法综合应用,获得了较高的计算速度,1.5万节点的双极6分裂特高压直流输电线路合成电场算例,计算时间低于5 s.在算例中该算法显示出对电荷密度初始值具有较好的鲁棒性.     

矢量磁位散度约束的罚函数方法中罚因子的数值特性

介绍了三维电磁场有限元数值计算中约束矢量磁位的罚函数方法，通过实例计算讨论了罚因子的取值对有限元刚度矩阵性态、矢量磁位散度的约束及场数值解精度的影响。