课程文献中心 更多>>

关键词： J-A磁滞模型   应力   分数阶导数   永磁电机  

摘要： 永磁电机定子导磁部分是以硅钢片为主的铁磁材料,在磁化过程中会以磁滞回线的形式表现出磁滞特性,然而一般的铁耗计算并未考虑这一特性,因此对铁磁材料进行考虑磁滞特性的精细化建模并准确计算铁耗,对电机的节能降耗、高效电机的推广、推动碳达峰和碳中和目标的实现具有重要意义。J-A磁滞模型具有明确的物理意义且计算简单方便,被广泛应用在磁滞特性的建模中,但原模型仅适用于静态,考虑到近年来电机的工作频率范围逐渐变大,且电机装配过程中会受到压力的影响。因此为了构建考虑更宽频率范围和压力影响的磁滞模型,本文从以下几个方面展开工作: 首先,明确静态J-A磁滞模型和动态J-A磁滞模型的推导步骤,建立了一种考虑磁畴磁矩旋转过程的六参数新型静态J-A磁滞模型,通过粒子群算法对模型参数识别,实现了对静态磁滞回线磁畴磁矩旋转阶段更精确的模拟及磁滞损耗更精确的计算。研究了Bertotti损耗分离模型在高频时的计算精度。建立了新型动态J-A磁滞模型,为了减少新型动态J-A磁滞模型参数识别的数量,提出四参数新型动态J-A磁滞模型,并验证了其计算铁心损耗的有效性。 其次,基于上述新型静态J-A磁滞模型提出了一种基于多项式响应面法的压力依赖静态J-A磁滞模型,根据特定最大磁密、压力条件下识别得到的参数,利用多项式表示参数与最大磁密、压力之间的关系,对多项式进行插值可以得到任意最大磁密、压力条件下的模型参数,实现了压力条件下新型静态J-A磁滞模型参数的精确预测,相较于基于物理机制的应力依赖磁滞模型计算更加简单快速。 再次,为了同时提高模型在低频、中频和高频,即宽频时的计算精度并简化损耗计算步骤,提出了一种基于分数阶导数的两项式动态J-A磁滞模型,利用粒子群算法对分数阶参数α和ρ进行识别,并在各个频段下进行分段建模。该模型实现了宽频条件下磁滞回线形状的精确模拟以及铁心损耗的精确精算。将基于分数阶导数的两项式动态J-A磁滞模型与基于多项式响应面法的压力依赖磁滞模型相结合,探究了不同频段压力作用下α和ρ值的表达式,实现了对压力叠加宽频条件下磁滞回线的精确模拟及铁心损耗的准确计算。最后,基于上述研究,提出了基于有效体积法的磁滞模型损耗分析方法,用来求取永磁同步电机定子铁心损耗,并验证了磁滞模型对过盈配合工艺下定子铁心动态磁滞回线的模拟及铁心损耗计算的有效性。

关键词： 吸附-解吸   温度   瓦斯压力   各向异性   应力   体应变-解吸量  

摘要： 本文通过采集赵固二矿的煤样,并基于自主搭建的煤体吸附/解吸变形实验装置,探讨了温度、瓦斯压力、应力以及气体类型（CO2、CH4、N2、He）四种因素对煤体吸附/解吸变形过程中变形动态响应的影响。研究结果如下: （1）煤体吸附-解吸变形动态过程可划分为六个过程:吸附变形快速增长过程、吸附变形中期缓慢变化过程、吸附变形平衡稳定过程、快速解吸变形过程、解吸变形缓慢减小过程、解吸变形稳定平衡过程。在吸附/解吸变形过程中,垂直层理的变形量始终大于平行层理的变形量。此外,吸附变形过程与时间符合Langmuir方程,而解吸变形过程与时间呈线性关系。煤体吸附/解吸变形过程中都呈现各向异性,而且垂直层理的各向异性系数比平行层理更为显著。随着解吸量增大,煤体解吸体应变与解吸量之间呈线性负相关。 （2）随着温度升高,煤体在吸附/解吸变形过程中垂直和平行层理变形量以及残余变形量呈减小趋势,煤体各向异性系数随着温度增加先减小后增大呈抛物线规律。随温度升高煤体吸附变形参数（ηx）呈减小趋势,解吸变形参数（αj）与温度呈负相关。 （3）随着瓦斯压力增大,煤体吸附/解吸变形过程中垂直和平行层理变形量与残余变形量呈增大趋势,煤样的各向异性系数也逐渐增大。随瓦斯压力增大,煤体吸附变形参数（ηx）呈增大趋势,气体压力与煤体解吸变形参数（αj）呈正相关。 （4）煤体吸附平衡后,随着持续加载的应力增大,对煤体各向层理应变和体积影响较小,但相同应力下,温度对各向层理应变和体积影响较大。 （5）通过比较不同气体在煤体吸附/解吸变形量上的差异,吸附/解吸变形量从大到小依次为:CO2>CH4>N2>He。此外,四种气体在解吸变形过程中都表现出解吸变形滞后性,其滞后性强弱依次为:CO2>N2>CH4>He。 本论文有图31幅,表25个,参考文献82篇。

关键词： 应力分析   化工管道   柔性设计  

摘要： 本研究旨在探讨化工管道在应力分析支持下的柔性设计方法，通过实例分析，建立了管道模型并进行了应力校核，管系模型二次应力在某些区域超出许用范围。为此，提出调整支吊架位置和类型的设计方案，通过仿真分析优化了管道应力分布。研究结果表明，调整后的设计方案有效降低了二次应力水平，确保了管道系统的安全性和稳定性。研究为化工管道设计提供了科学依据，对提高管道维护和检修效率具有积极意义。

关键词： 钢箱梁   体系叠加   应力   有限元  

摘要： 文章旨在研究钢箱梁的设计方法，文中结合其力学特征对钢箱梁各主要构成板件的受力特点及构造进行分析，并详细介绍了两种常用的设计方法，其中体系叠加设计方法在常规钢箱梁设计项目中更为实用。通过结合工程案例对体系叠加设计方法作了补充介绍，最后针对几种特殊情况提出实用建议，可为类似工程提供参考。

关键词： GH4738   氧化层   氧化行为   应力   循环氧化  

摘要： 镍基高温合金具有优异的抗氧化性、耐腐蚀性和卓越的拉伸、持久、疲劳等机械性能,广泛应用于航空航天、石油化工、发电等领域。恶劣的服役环境会导致高温合金氧化严重,强烈消耗合金强化元素,使之产生微裂纹,从而削弱其力学性能,缩短使用寿命,造成巨大的经济损失。因此,提高镍基高温合金的耐高温氧化性能,研究其氧化行为,探讨氧化机理对于发展制备高温合金新技术、延长材料和装备服役寿命、减少氧化腐蚀造成的经济损失有重大意义。 本文以GH4738合金为研究对象,开展了等温氧化实验、循环氧化实验和应力条件下的氧化实验,观察三种不同条件下GH4738合金的氧化行为。以GH4738合金服役温度为参考,选择750℃、850℃和950℃三个温度进行等温氧化实验和循环氧化实验,选择750℃和850℃两个温度开展应力氧化实验。运用Deform设计高通量试样以模拟试样相同条件下不同部位承受不同的应力。运用重量增加法、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等对氧化后的样品进行综合分析,得到氧化动力学曲线、氧化层表面及截面的形貌、相组成等结果,深入探讨了不同温度、应力、循环氧化条件下氧化膜的形成和生长机制。主要研究结果如下所示: （1）研究GH4738合金在750℃、850℃和950℃等温氧化条件下的氧化行为。结果表明氧化动力学曲线遵循抛物线规律,氧化速率随着温度的升高而增加,且GH4738合金在750℃和850℃属于完全抗氧化级,在950℃属于抗氧化级。GH4738合金在不同温度下氧化时间越长,氧化层越厚;氧化温度越高,氧化产物种类增多。随着氧化温度升高,氧化层厚度不断增加,其结构变得更加复杂。当氧化温度为750℃时,氧化层只有一层,主要由Cr2O3和Ti O2组成;无内氧化的现象。当氧化温度为850℃时,氧化层分为三层:最外层主要由Ti O2组成,次外层主要成分是Cr2O3和Ti O2,内扩散层中氧化物主要是Al2O3和Ti O2。当氧化温度升至950℃时,氧化层结构主要分为四层:最外层主要成分是Ti O2,次外层主要成分是Cr2O3和Ti O2,次内层主要是Ni Cr2O4和Ti O2,内扩散层中氧化物主要是Al2O3和Ti O2。 （2）研究GH4738合金在750℃、850℃和950℃循环氧化实验过程中的氧化行为。从氧化动力学曲线上可以看出,三个不同温度的样品在循环氧化过程中没有出现减重的现象,说明抗剥落性能较好,氧化层与基体结合牢固。750℃下样品表面Ti氧化物增多,导致氧化膜致密性变差,从而出现轻微内氧化的现象。同温度下,循环氧化后氧化层厚度比等温氧化薄,可能是由于温度周期性变化引起的热应力引起氧化层产生微裂纹或者剥落,导致氧化层厚度减薄。等温氧化后Ti O2主要分布在晶界上,而循环氧化后Ti O2主要分布于晶界上和晶界内。这是由于温度周期性变化增加了合金元素的扩散速率,并且产生了热应力,会导致氧化钛不仅出现在晶界上,也在晶内应力集中区域形成。 （3）研究GH4738合金在750℃和850℃应力状态下的氧化行为。设计制备高通量拉伸式样使其不同部位同时承受不同的应力,以此提高实验效率,节省成本。结果表明,200 MPa以下外部应力的施加可以提高GH4738的抗氧化性能。在200 MPa以内,随着拉伸应力的增加,氧化层变得更薄、更致密、更完整,且内部氧化减少。从氧化层截面元素分布可以看出,应力状态下得到的氧化层结构更加复杂,750℃外氧化层产物由Cr2O3转变为Cr/Ti为主的混合氧化物;在应力作用下出现了内扩散层,氧化物主要为Al2O3。850℃外氧化层产物由Ti O2-富Cr Ti氧化物转变为Ti O2-富Cr Ti-富Ni Cr Ti氧化物;内扩散层从Al/Ti为主的氧化物转变为Al2O3。GH4738合金随着拉应力的增大,元素的扩散速率和位错增加,促进保护性Cr2O3层的快速形成,有效抑制了Ti元素向外扩散,导致Ti在金属基体与氧化层界面富集,改变了GH4738的氧化机制。

关键词： 专业群   高职生   差异化教学模式   工程力学  

摘要： 聚焦铁道基础设施建设与维护专业群岗位的多样化要求以及高职院校生源多元化现状，基于国内外差异化的教学理论分析，针对专业群基础课程工程力学开展研究。利用学习通信息化手段建立丰富的教学资源、实施差异化模块、设置学习阶梯难度、开展差异化考核，探索出一条“定班同项，走班分项，个性选项”的动态评估异步教学模式，满足不同生源类型诉求，为人才培养的多样性提供参考。

关键词： 烤烟移栽   打塘机构   四杆分析   应力分析   仿真运动  

摘要： 由于我国烟草种植机械化水平低，导致烤烟种植效率低，生产成本大，极大地限制了该行业的发展。打塘作为烤烟移栽种植过程中的重要环节之一，在烤烟种植向全程机械化发展的过程中占据重要地位。为此，本文根据烤烟种植的农艺要求，设计了一款铲式打塘机构。该机构由曲柄摇杆机构、刀头和安装角钢等部件组成，通过SolidWorks建模软件构建三维模型和运动仿真，并利用UG有限元进行应力分析。本文研究旨在提高烟草种植效率，从而实现烟草种植机械化。

关键词： CoRu-BaM   异构型   应力   缺陷   天线小型化   高频低损  

摘要： 天线在无线通信中起着至关重要的作用,随着移动通信技术的不断进步,电子设备中的天线数量不断增加,天线的小型化和集成化成为了一个重要的趋势。这有助于减少设备的体积和重量。研究者们通过改变天线拓扑结构设计,使结构变得紧凑,以实现天线小型化。但这样会增加天线的损耗,减小天线的带宽。并且采用单一介电常数的介质材料作为基底材料,其天线接收频率带宽较窄,插入损耗较高。铁磁性材料具有较高的磁导率,可以与其介电常数形成较好的阻抗匹配,同时增大天线结构的尺寸缩减因子,有效实现天线小型化和宽频化。其中,平面型六角铁氧体由于其特殊的平面磁晶各向异性,有效将共振频率提升到GHz频段,同时其具有较低的介电常数、较高的磁导率以及高的电阻率而受到广泛的关注。当前5G技术的发展将通信频段提升到5 GHz,而现有的六角材料体系共振频率普遍在6 GHz左右,磁损耗低于0.1的应用频率上限为3 GHz,并且其磁导率低于2。 为了进一步提升材料的磁导率和应用频率,以Co2+、Ru4+掺杂的BaM六角铁氧体为研究对象,研究Co2+、Ru4+取代及制备工艺对Ba（CoRu）xFe12-2xO19铁氧体磁频散的磁化机制。通过对样品的微观形貌、晶体结构、静态磁性能及磁参数的表征及分析发现,采用高温烧结促使Ba和Ru元素的挥发会导致Ba（CoRu）xFe12-2xO19六角铁氧体的晶粒形状从片状六角转变成八面体形状,表现出来的磁导率虚部随频率变化曲线呈现出明显的双峰磁频散,并且双峰随掺杂量的增加往高频移动,同时随着八面体形状的晶粒增多,高频的共振峰峰强增加,较低频的共振峰峰强降低。晶相结构显示,随着掺杂量的增加,晶相中除了主要的M型晶相,在26°左右出现六角晶型的BaFe2O4模块衍射峰,其晶格常数与BaM略有差别,从而导致晶格异变,形成八面体晶粒。而异变的晶格由于内部的晶格应力,在平面型Ba（CoRu）xFe12-2xO19晶相上形成界面应力,由此而来的磁致伸缩效应进一步提升了材料的磁共振频率。由此可得,双峰频散磁化机制都是由于磁畴转动导致的,低频峰是由磁晶各向异性调控的,而高频峰则是由磁晶各向异性和磁致伸缩应力共同调控。随后,为了增大磁致伸缩应力调控程度,进一步研究制备工艺中粉体颗粒尺寸、晶粒生长控制对磁频散机制的影响规律,改变了二次球磨时间以及掺杂适量的Bi2O3,研究晶粒尺寸对其磁频散特性的影响规律,并利用优化的Ba（CoRu）0.8Fe10.4O19电磁参数进行天线设计。实验结果表明,Bi2O3掺杂的M型钡六角铁氧体作为微带贴片天线基板材料在2 GHz附近拥有超高的小型化因子、超低的电磁损耗以及良好的阻抗匹配特性。与传统的FR4电介质基板材料相比,频宽增大了3倍,天线尺寸缩减了14%,回波损耗有明显的降低。

关键词： LS-DYNA   人工鱼礁   着底撞击   运动分析   影响因素   应力分析  

摘要： 人工鱼礁在投放过程中,由于自重作用,人工鱼礁在入水时向海床坠落,易造成冲击损坏,减少了人工鱼礁的可用容积,削弱人工鱼礁的渔业增值作用。目前,对于人工鱼礁的研究主要集中水产领域,对着底撞击的研究较少。本文基于LS-DYNA软件对框架型混凝土人工鱼礁的着底撞击过程进行数值模拟,系统研究了人工鱼礁在不同影响因素下投放阶段的运动过程,分析人工鱼礁运动状态下对流体区域的影响,对影响人工鱼礁对海床着底撞击力的多个因素进行探究,得出影响因素与着底撞击力关系公式,分析鱼礁应力变化及危险部位,为人工鱼礁的礁型设计、投放过程和投放地选址提供了参考数据和合理的建议。主要结论为: (1)基于人工鱼礁自由下落终端速度理论计算公式和能量法人工鱼礁着底撞击力理论计算公式得出理论计算值,与数值模拟计算结果对比,得出终端速度理论计算值与数值模拟值误差为2.3%,人工鱼礁着底撞击力理论计算值与数值模拟计算值误差为14.4%,二者都在允许范围内,证明本文数值模拟的可行性与正确性。 (2)基于LS-DYNA对不同影响因素下人工鱼礁投放过程进行有限元分析,研究发现人工鱼礁的空间构型对其运动过程有较大影响。框架型人工鱼礁水下运动终端速度和鱼礁达到稳定速度时所需位移与结构底部开口比成反比,与鱼礁结构体积比成正比。相比其他入水角度,鱼礁入水角度为15°时终端速度与其位移最小,在保证人工鱼礁生物效应的前提下,应采取开口比系数大体积比系数小的设计。在投放时,人工鱼礁入水角度为15°,降低终端速度过大造成着底撞击力过大的风险;人工鱼礁在海水中运动造成的水动力变化未对人工鱼礁造成影响,人工鱼礁在海水中运动时产生较小的冲击波,并造成海水压力变化,为人工鱼礁水动力特性及稳定性研究提供参数。 (3)基于LS-DYNA对不同影响因素下人工鱼礁着底撞击阶段进行有限元分析,研究发现人工鱼礁着底撞击力大小与鱼礁终端速度、海底底质、开口比、体积比、撞击角度和鱼礁结构刚度等密切相关,上述影响因素与人工鱼礁着底撞击力呈二次曲线关系。对人工鱼礁着底撞击时进行应力分析,发现人工鱼礁的侧棱及底部位置应力较大,较为危险。最终得出,在人工鱼礁投放地选址时应选择黏土底质,且在设计人工鱼礁时,在确保生物效用的情况下,优先考虑上述影响因素,减少人工鱼礁着底撞击力,从鱼礁破坏难易度方面考虑,鱼礁结构设计的越复杂,在投放过程中较难以破坏,并对人工鱼礁侧棱及人工鱼礁底部位置进行加固处理。

关键词： 抗浮锚杆   PSB精轧螺纹钢   抗拔承载力   应力   群锚效应   数值模拟  

摘要： 抗浮锚杆因布置灵活、承载力可靠、工艺简单和成本低等优势被广泛应用于地下建(构)筑物抗浮。实际工程中,锚杆杆体通常选用普通热轧钢筋,但普通热轧钢筋抗拉强度低,每个锚孔需安装多根钢筋,有时难以满足高抗浮的要求。PSB(Prestressing Screw Bars)精轧螺纹钢筋由于直径大、屈服强度高、服役寿命长等优点,相同地下水浮力作用下可减少钢筋用量,简化工序,提高施工效率,可代替普通热轧钢筋应用于抗浮工程,解决普通热轧钢筋抗浮锚杆抗拔承载力低的问题。本文通过PSB精轧螺纹钢筋抗浮锚杆现场拉拔试验及ABAQUS有限元模拟,揭示PSB精轧螺纹钢筋抗浮锚杆的荷载传递规律,明确PSB精轧螺纹钢筋抗浮锚杆在单锚及群锚状态下的抗拔性能。主要研究工作及成果如下: (1)基于强、中风化花岗岩场地进行PSB精轧螺纹钢筋抗浮锚杆的现场拉拔试验,试验过程中实时测试锚杆位移及杆体应变,明确不同锚固长度、不同岩层强度对PSB精轧螺纹钢筋抗浮锚杆承载性能及破坏形态的影响。结果表明,抗浮锚杆S7.5-1、S9.0-1在荷载为537.5 k N时发生滑移破坏,其余锚杆均由于试验装置反力梁产生非正常弯曲终止试验,试验终止荷载均大于PSB精轧螺纹钢筋抗浮锚杆预估的承载力特征值。结合工程实际情况与经验,分析锚杆发生滑移破坏的原因:锚杆所处的岩土层情况与锚固长度不同是主要原因,施工不当可能是导致锚杆破坏的次要原因。 (2)利用试验过程中测试得到的锚杆杆体应变值换算成锚杆杆体轴力及剪应力,并绘制出相应的内力图。结果表明,锚杆杆体轴力主要集中于孔口处,随着荷载的增加,轴力传递深度逐渐增大;随着深度的加深,轴力逐渐减小,锚杆杆体末端轴力趋于零;锚杆杆体剪应力曲线存在应力峰值点,其随着荷载水平的增加逐渐增大并向深部移动;弹性模量越高的岩土层,锚杆杆体剪应力峰值点越大。 (3)基于现场拉拔试验过程中锚杆位移,绘制荷载-位移曲线,分析荷载作用下锚杆的变形规律,并利用函数模型对锚杆荷载-位移曲线进行预测。结果表明,PSB精轧螺纹钢筋抗浮锚杆荷载-位移曲线未出现明显拐点,曲线基本呈线性。每增加一级荷载,锚杆位移稳定增加。各函数模型预测精度均较高,误差均小于5%。其中,线性函数模型由于精度最高、拟合参数少、拟合方法简单,建议采用线性函数对PSB精轧螺纹钢筋抗浮锚杆荷载-位移曲线进行预测。 (4)通过ABAQUS有限元模拟揭示了群锚效应对锚杆周围岩土体位移及应力分布、锚杆杆体应力及锚杆布置方式的影响规律。研究表明,群锚效应导致锚杆位移增大,锚杆间的岩土体位移增量远大于外部位移。相同间距下,随着荷载的增加,锚杆孔口处土体位移分布形式不发生改变。群锚效应导致锚杆杆体轴力及位移增加,锚杆间距越小,增加效果越显著。在锚杆间距为5D(D为锚孔间距)的基础上增加锚杆间距对锚杆杆体轴力及位移影响极低,说明当锚杆间距为5D时,群锚效应可忽略不计。相同锚杆间距下,三锚布置形式(等边三角形布置)可有效降低岩土体位移叠加效应、降低锚杆轴力水平。