三稳态电磁式涡激振动俘能装置发电性能研究

涡激振动能量转换装置涉及水流-圆柱型钝体-发电机之间复杂的流固电耦合问题。将非线性回复力、单向离合器和齿轮齿条机构引入到涡激振动俘能装置中,提出了一种三稳态涡激振动俘能装置,实现了将钝体的往复振动转化为驱动转子发电机单向转动的传动方案,采用Van der Pol方程描述流固耦合,建立了力学模型和考虑流固电耦合动力学方程。借助数值仿真,与双稳态涡激振动俘能装置的动力学响应和发电功率进行对比,证明了三稳态涡激振动俘能装置的优势。进一步获得了俘能装置中质量比、钝体直径和负载电阻对发电功率的影响规律,给出了某一流速下俘能装置出现最大发电功率的最佳结构参数,最后分析了飞轮惯量大小对发电功率的影响。     

多源激励作用下结构振动响应的试验研究

多个振动源激励是船舶等复杂结构振动响应的显著特点,相应的规律研究具有重要意义。发展了多源激励条件下结构振动响应的试验测量方法,并应用于不同圆柱壳体结构振动特性测量试验。测量结果表明：相位对结构的振动响应和激励源间的耦合关系影响较大,局部频率下结构的振动响应存在较大的非线性。激励源不相关时,振动响应测量结果与有限元预测结果吻合较好,初步验证了测量方法的正确性。     

漂浮特性对风力发电机振动影响

本文在前期研究工作的基础上,将浮式基础波浪载荷计算和系泊系统计算考虑到所已建立的风力发电机分析模型     

纵轴式掘进机振动特性研究

为研究纵轴式掘进机截割煤岩时的振动特性,对掘进机振动源进行分析,发现截齿在截割过程中受到的非线性瞬时冲击是造成掘进机振动的主要扰动源,通过建立复杂煤岩条件下截齿的力学模型,利用MATLAB编制了计算截割头瞬时载荷的模拟程序,模拟出横摆工况下截割头受到的冲击载荷,将其导入在协同仿真环境下建立的纵轴式掘进机刚柔耦合振动模型中,对其进行受迫振动分析,识别出系统的主要模态参数以及容易被激发的振型;分析其动态响应特性,确定了对整机振动影响较大的频率;同时对回转台进行谐响应分析,找出其薄弱环节。分析结果对研究纵轴式掘进机的振动特性和耐冲击、抗振能力的提高具有重要的参考价值。     

波能转换装置耦合振动非线性水动力特性研究EI北大核心CSCD

针对一种新型波能转换装置,开展非线性水动力特性研究。在势流理论基础上,考虑装置不规则外形(不对称,且水线面面积不恒定)与位置变化等非线性因素对回复力的影响,并引入Morison模型分析流体黏性的附加惯性力效应与阻力效应,建立包含主要的线性与非线性水动力、从波能捕获到转换全过程的非线性动力学模型。利用计算流体动力学法搭建数值波浪水槽,开展波能转换装置响应的准确模拟,并将数值波浪水槽与所提出的非线性动力学模型的结果对比,进行非线性水动力的效应研究和系数辨识。结果表明:传统线性模型造成对波能转换性能的过高估计,非线性水动力模型显著提高了自由衰减振荡、波浪-装置耦合响应等过程的计算精度;Morison模型系数在不同工况中是变化的,幅值响应因子的计算在共振频率附近对Morison模型系数的敏感性最高。研究结果可为准确、快捷地衡量波能转换装置性能提供指导。     

海洋波力发电倒置摆系统的非线性振动实验研究

摘要：本文以振动基座上的倒置摆系统为研究对象,对该系统受竖向简谐激励作用时的非线性振动特性进行实验研究,探讨该系统应用于海洋波力发电的技术可行性,为海洋波力开发利用提供依据。实验设计倒置摆转动角位移采集系统,通过测试确定系统的阻尼、固有频率等,为数值模拟提供依据并指导倒置摆系统的振动实验。通过实测振动时域数据得到系统振动频谱及相图,证明该系统存在大阻尼条件下的大周期运动、共振状态下的周期振动和倒置摆稳定吸引域,这表明该模型具有海浪波力能源吸收好,消耗少的特点,同时表明该模型具有高效的动力输出能力．因此,振动基座上倒置摆模型在开发利用海洋波力能源发电中具有十分重要的应用前景。     

失谐叶盘结构振动响应局部化实验研究

基于作者提出的预测失谐叶盘结构最大失谐幅值放大系数及最坏失谐模式的方法,利用搭建的行波激励实验系统,针对典型的整体叶盘结构模型试件进行了失谐振动响应局部化实验。首先通过有限元仿真确定失谐叶盘振动响应局部化实验所需的最坏失谐模式,然后经过数据采集与后处理得到行波激励下失谐叶盘结构的强迫响应,通过实验验证了失谐跳变-强迫响应局部化现象,实验结果与理论分析取得较好一致性。     

爆破振动荷载作用下3～4层房屋结构响应测试研究

目前,对爆破振动荷载作用下房屋结构的各层响应特性的研究较少。通过现场实测爆破地震波及其引起的3～4层房屋各层结构的振动响应,应用小波分析等工具对数据进行了分析处理,获得了爆破振动荷载作用下房屋各层结构的响应特性规律:随楼层增加,质点振动速度峰值放大系数为0.5～1.33;持续时间减小0.25%～28%;各楼层振动能量大部分集中在6Hz～25Hz频带上。研究成果可为房屋结构破坏的综合判据及抗震设计提供依据。     

露天爆破振动对临近建筑的动力响应及降振措施研究

为有效解决露天采场中深孔爆破振动对临近建筑可能产生的破坏问题。首先采用爆破振动信号测试系统对露天石灰石采场爆破振动进行两次实时监测,并且对原爆破参数下监测的爆破振动数据进行一元线性回归分析,得出该采场爆破振动波传播衰减规律。同时运用动力有限元数值分析方法,探讨爆破荷载作用下采场中深孔爆破振动对临近建筑的动力响应,最后将动力响应数值分析结果与现场监测结果进行对比分析。研究表明：动力响应数值分析方法得出的爆破振动速度波形图与现场监测所得基本一致,爆破振动速度和加速度的动力响应数值分析结果在变化规律和趋势上基本相似,改变露天爆破的起爆顺序以及爆破方向,对于降低爆破振动可以起到良好的效果。     

建筑物对爆破振动中不同频率能量成分的响应特征

爆破地震对建筑物的影响实质上是一种能量的传递与转化过程,这种传递与转化的过程受到建筑物动力特性的影响。利用结构动力学理论,结合典型工程实例,研究了建筑物对爆破地震中不同频率能量成分的响应特征,结果表明:建(构)筑物对于爆破振动中的不同频率能量成分存在明显的选择放大效应。在爆破地震中,与结构固有频率相一致的能量成分将被最大程度的放大。在制定爆破振动安全判据时,要将爆破地震自身特征和建筑物动力特性更好的结合起来,重视爆破振动中与建筑物固有频率相对应的能量大小。     

基于介电弹性体的振荡水柱波浪能发电模拟分析

振荡水柱式(OWC)波浪能采集装置结构简单、成本低;介电弹性体作为发电机可以收集人体能、海洋能、风能等,能量密度高、耐冲击、环境适应性强,利用OWC驱动介电弹性体形变发电应用前景好。在FLUENT中建立二维数值水槽OWC模型分析气室内波高和压强的变化规律;在Abaqus有限元分析系统中将波浪进入气室的模拟压强施加到介电弹性体薄膜模型产生形变,采用Simulink计算介电弹性体发电量。结果表明:介电弹性体发电量随着薄膜面积、气室压强增加而增大;随着薄膜厚度、预拉伸强度增大而减小,并且这两者对发电量影响较大。     

Study and innovation of a flexible blade turbine, a new type of tidal current generating device

Utilization of tidal current is becoming a focus of marine energy research and development field. In this paper, a new type of tidal current power generating device which called flexible blade turbine was put forward. A scale model testing was carried out, and results show that the models performed as expected with good hydrodynamic characteristics. Based on analysis of the results, a scale model turbine with a rated power of 5kW was constructed, which was an optimal scheme of the flexible blade turbine having higher coefficient of power and power generation capacity. Sea trials were carried out in the Zhaitang Island channel to evaluate the performance of the turbine. Results show that the turbine performed well, generating the power predicted. Key words: tidal current; flexible blade turbine; coefficient of power; sea trials     

碟式太阳能光热发电系统机架结构风振响应的时域分析

针对大型碟式光热系统抗风运行的机架风致振动问题,以研制的25KW级碟式机架为对象,阐述了复杂机架结构的有限元建模方法,并通过静力承载和机构传动角的分析,指出了高度角驱动机构的不足并予以改进,进而对比分析了改进前后机架多高度角工况的自振特性。基于线性滤波AR法模拟得到25组工况的脉动风载荷(平均风速16.0m/s),开展了改进机架的风振时域求解。分析了机架关键节点的位移响应均方根和峰值分布特征,并对典型工况的机架位移响应进行了频谱分析,给出了各工况机架关键节点的位移风振系数,为机架结构设计提供参考。结果表明,机架结构位移响应是以脉动载荷的强迫振动为主,并伴有多阶振型参与的共振响应。机架控制点的位移峰值和位移均方根的分布特征相似,且沿焦轴的响应分量均是占主导地位,机架振动主要为机架视日部分绕高度角轴线的旋转运动。     

波阻抗对岩石动力学特性影响的模拟试验研究

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对系列波阻抗的模型材料进行不同应变率下的冲击压缩试验。试验结果表明:岩石在冲击荷载下的应力波传播特征、动态应力应变关系以及破碎块度分形特征同时受波阻抗、应变率和冲击速度的影响。波阻抗相同时,反射波和透射波信号幅值均随冲击速度增大呈线性增大,同时应变率效应明显,随着应变率的增大:峰值应力呈线性增大,动态弹性模量增大,应变软化阶段延长;破碎程度增大,破碎块度分形维数呈线性增大。应变率相同时,随着波阻抗的减小:反射波幅值增大、透射波幅值减小;峰值应力减小,应变软化阶段延长,塑性段趋于明显,且有塑性流动现象出现;破碎程度增大,破碎块度分形维数增大。同时随着波阻抗减小,应变率增大对动态抗压强度的增大以及对破碎程度的加剧效果减弱,应变率效应减弱,逐渐趋于不明显。     

离合器波形片轴向非线性特性分析与优化

建立了用于计算波形片轴向非线性特性的有限元模型,并对模型精细化以提高仿真曲线与试验曲线的吻合程度。分析了波形片各结构参数对其轴向非线性特性的灵敏度,选取了除厚度外的三个主要结构参数作为波形片轴向非线性特性优化的参数。基于正交试验获得主要结构参数的设计空间,采用响应面法构建系统的代理模型,利用遗传算法求解代理模型,获得主要结构参数取值的最优组合。通过实例验证了波形片结构参数优化设计方法的正确性。     

点式火工分离装置冲击载荷作用机制的数值模拟研究

为定量分析点式火工分离装置冲击载荷作用机制,以典型爆炸螺栓连接结构为对象,分别建立了爆炸过程、应变能释放过程、撞击过程的数值计算模型,分析了分离过程中三种不同的物理过程及其诱发响应的机制,讨论了不同阶段不同区域内的结构响应特征。得到的结果符合相关标准描述的一般规律。文章首次从定量角度研究了分离过程中三种机制对响应的贡献及其特征,计算结果为今后相关产品的设计、试验与评估提供了参考,也为爆炸分离冲击载荷与响应机制认识提供了一种可行的数值分析方法。     

行波效应对大型水电站厂房地震响应的影响

为研究行波效应对平面尺寸较大的水电站厂房结构地震响应的影响,选取某实际厂房结构,建立三维有限元模型,借助ABAQUS有限元软件,采用振型分解时程分析法进行结构动力计算。调整Koyna水平地震波加速度峰值为0.246g作为地震荷载。结果表明行波效应影响厂房结构位移响应主要体现在动位移峰值上,波速不大时可能使动位移峰值最大减小25%;对加速度响应峰值和响应时程影响都较明显,波速较小时可能使得结构加速度峰值滞后于地震加速度峰值出现;不考虑行波效应对厂房结构设计是偏安全的。如工程所在地地震波传播速度不大,可以适当考虑行波效应,以使结构设计更趋科学合理。     

考虑行波效应的无砟轨道铁路桥梁纵桥向地震响应

为研究考虑行波效应的无砟轨道铁路桥梁纵桥向地震响应,选用某高速铁路连续梁及32 m简支梁桥作为研究对象,分别建立考虑轨道约束模型和传统全桥模型,基于绝对位移输入法(ADM),开展行波效应对两种不同抗震体系(延性及减隔震)铁路桥梁地震响应的影响分析。研究结果表明:对于延性抗震体系,行波对墩底曲率的影响表现为行波对结构反应更有利;对减隔震体系,行波对墩底内力的影响不及延性抗震体系明显。两种抗震体系中,墩梁相对位移的变化应予以考虑,防止邻梁碰撞现象。行波效应对轨道系统的影响应重点关注,避免其轴力过大发生扭曲。不同视波速下,简支与连续梁上的剪力齿槽水平剪力分配呈现此消彼长的现象,简支梁上剪力齿槽抗力应加强设计。行波中的拟静力成分对轨道系统地震响应的贡献显著,动力成分主导桥墩地震响应,两者共同决定总地震响应。     

高刚度高阻尼结构试验研究

利用预置变形碳纤维梁、螺旋弹簧、碟簧和橡胶块构成一种高刚度高阻尼结构,其承载刚度和阻尼均较大。为了便于对高刚度高阻尼结构的力学性能进行评价,提出技术指标,即:等效弹性模量、等效阻尼系数和等效刚度系数。在此基础上,设计静动态力学试验,验证高刚度高阻尼结构设计方法的有效性并评价其力学性能。试验结果表明,高刚度高阻尼结构的等效弹性模量显著大于单个预置变形碳纤维梁;等效阻尼系数随着频率增大而减小,等效刚度系数随着频率增大而增大,分别大于104 Ns/m和107 N/m。由此证明,高刚度高阻尼结构的设计方法有效,且实现了输出刚度和阻尼均较大的设计目标。