浮体绳轮波浪发电系统研究

海洋能获取及转换是波浪能发电系统的关键环节.合理的浮体结构和能量转换装置的设计将大大提高能量获取及转换效率.为提高波浪能利用率,降低波能转换装置成本,设计新型点吸收式波浪发电装置——浮体绳轮波浪发电系统.基于线性规则波理论及粘性阻尼理论,考虑浮体附加质量及附加阻尼影响,对浮体上升和下降阶段进行受力分析,分别得到了浮体上升和下降两个阶段的运动方程,推导出浮体完整的运动方程.利用数值计算得到浮体获取最优转换效率的阻尼系数C=10600N·s/m,然后通过水动力学频域及时域分析对数值计算结果进行了验证.理论分析及仿真过程为浮体绳轮波浪发电系统的研究和实际应用提供了理论基础.     

双浮体波能装置的水动力计算与能量转换特性分析

 波浪能是一种可再生清洁能源,波浪能发电是开发和利用波浪能的主要形式。双浮体波浪能发电装置是一种结构简单、建造和安装成本较低的波浪能装置。为提高该类装置的可靠性和能量转换效率,本文针对其水动力性能和能量转换特性进行研究。基于线性波浪理论,建立装置的运动学方程,确定装置不同结构体的运动响应函数以及能量输出函数,并采用频域水动力数值方法,计算装置不同结构体的水动力系数,获得不同条件下位移幅值和输出功率随波浪频率的变化曲线。经过计算与分析,获得波浪作用下装置的运动规律和能量输出受波浪频率、PTO 系统阻尼系数以及装置的结构和材料等因素的影响规律。     

多节漂浮式波能转换装置浮体运动及功率响应

以多节漂浮式波浪能发电装置为研究对象,基于线性波理论和波-体耦合作用分析,利用刚体动力学方程方法,建立圆柱型波能捕获浮筒在波浪中的垂荡-纵荡-纵摇三自由度非线性耦合运动方程.结合中国黄渤海波浪特点,采用频域分析方法,探讨浮筒纵摇运动特性和功率响应.结果显示,浮筒纵摇运动特性主要受浮筒的固有振动频率和浮筒长度的影响;浮筒长度、PTO液压阻尼系数及弹簧劲度系数等因素不会影响浮筒的共振频率,半径和吃水则影响显著,这些因素均对功率响应具有复杂的影响.选择合适的浮筒半径、吃水、弹簧劲度系数等是提高装置的波能转换功率和对中国近海海域适应性的有效途径.     

单自由度随机系统的幅频与相频特性变异性分析

采用Monte Carlo方法,引入相对均差函数的概念,对单自由度线性随机系统的位移响应的幅频与相频特性的变异规律进行了定量研究.结果表明,系统动力学参数中,刚度和质量随机都会引起幅频特性均值曲线的峰值降低、位置前移、半功率带宽值增加;而阻尼系数随机会引起幅频特性均值曲线峰值升高,半功率带宽值减小.与刚度随机时的影响相比,质量随机时的半功率带宽增加幅度较小,峰值位置前移幅度较大;刚度随机时对低频段影响较大,质量随机时对高频段影响较大.刚度与质量参数随机时相频特性均值曲线的拐点位置不变,只是拐点附近曲线陡峭度减小.与刚度和质量随机相比,阻尼系数随机时幅频与相频特性的变异较小.     

点吸式波浪能装置的功率特性研究

基于线性规则波理论针对固定式点吸收波浪能发电装置进行研究,通过数值计算,分析了锥形浮子与圆柱形浮子在无阻尼和有阻尼条件下在波浪作用下的运动规律,探索浮子的运动响应和装置的能量转换效率与浮子形状、波浪频率或周期以及PTO系统阻尼之间的内在关系,寻求进行固定式点吸收波能装置最优化设计的方法。通过计算和分析,提出了浮子结构和PTO系统阻尼特性对装置能量转换特性的影响规律,该结论可为点吸式波浪能转换装置的理论研究和工程应用提供参考和借鉴。     

二级分流式双圆弧齿轮减速箱结构特性对其振动性能的影响

二级分流式双圆弧齿轮减速箱结构参数对其振动特性有一定的影响。减速箱轴承阻尼对轴承所处的轴的振动状况影响显著,对齿轮的振动特性影响较小。增加齿轮的啮合阻尼是降低减速箱系统振动响应峰值的有效措施。轮齿的啮合点分布状况对减速箱的振动性能有较大的影响,对齿轮轮齿啮入侧修形可以降低减速箱的振动响应。     

薄壁圆柱壳旋转波动振动分析

应用Donnell's简化壳理论,在考虑阻尼的情况下,用复分析的方法研究了旋转的薄壁悬臂圆柱壳在法向激振力作用下的线性波动振动.研究结果表明,使用复分析方法可以很好地求解圆柱壳的旋转波动振动问题.解的前行波、后行波实部为零可用来确定产生共振的频率及转速,而虚部可确定响应值大小.旋转的薄壁圆柱壳在线性振动时,有两个共振频率.波动共振响应曲线为拍,其幅值大小与波动模态阻尼比有关,一般后行波响应幅值要大于前行波响应幅值.     

基于虚拟样机技术的多自由度隔振系统动态响应特性研究

滚筒洗衣机属于典型的多自由度隔振系统,为提升其减振效果,运用虚拟样机技术方法实现隔振系统的动力学特性分析以及振幅、弹簧力、阻尼力等参数的优化。基于ANSYS和ADAMS建立振动系统的仿真模型,通过动力学分析平台ADAMS/Vibration求解不同激振频率下的幅值响应。LMS振动测试表明,耦合模型具有良好的可行性和较高的计算精度。基于灵敏度法分析弹簧刚度和阻尼系数对目标函数的响应效果,设计优化变量的样本数值,通过极值搜索得出满足最优减振条件的pareto最优解集,实现隔振系统关键参数的最优化设计。     

考虑气动阻尼的浮式风机频域响应分析

分析了气动阻尼对浮式风机频域响应的影响.选取美国可再生能源实验室(NREL)提出的5兆瓦(MW)浮式风机模型作为算例,利用气动阻尼计算方法建立气动阻尼矩阵,再基于三维势流理论计算浮式平台的水动力系数,并将系泊系统视为线性弹簧以考虑其刚度,最后在频域内分别建立并求解考虑与不考虑气动阻尼两种情况下的浮式风机刚体运动方程.利用求解频域方程得到的幅频响应算子(response amplitude operators,RAOs)及结合JONSWAP海浪谱得到的响应谱,在频域内分析了气动阻尼对浮式风机刚体运动的影响.结果表明:作业工况下气动阻尼能有效地降低纵荡和纵摇运动RAOs的峰值,且能在一定范围内减小对应自由度上响应谱的幅值和零阶矩.     

二级分流式双圆弧齿轮减速箱结构特性对其振动性能的影响

二级分流式双圆弧齿轮减速箱结构参数对其振动特性有一定的影响。减速箱轴承阻尼对轴承所处的轴的振动状况影响显著，对齿轮的振动特性影响较小。增加齿轮的啮合阻尼是降低减速箱系统振动响应峰值的有效措施。轮齿的啮合点分布状况对减速箱的振动性能有较大的影响，对齿轮轮齿啮入侧修形可以降低减速箱的振动响应。     

基于阻尼控制的不同底部形状振荡浮子俘能效果对比

 为优化振荡浮子式波浪能装置的能量俘获效果,针对圆柱形浮子底部的形状对装置俘能的影响展开研究,选取主流的平底、圆锥底和半球底进行计算对比。首先,建立浮子运动的频域模型;然后,通过ANSYS-AQWA对3种浮子进行水动力计算,得到3种浮子的附加质量、辐射阻尼、波浪激励力、幅值响应算子等水动力参数,对结果进行比较;最后,在频域运动模型中加入阻尼控制,研究在波浪激励下不同底部形状浮子的能量俘获效果,结果表明,阻尼控制可以明显提高浮子的能量俘获效率,半球底浮子在波浪谱较宽的工况下能量俘获效果更好,而平底浮子更适合谱峰频率在其固有频率附近且波浪谱较窄的工况。     

防波堤兼作振荡水柱波能装置的工作性能试验

为了考察防波堤兼作振荡水柱波能装置的实际发电性能，构建了物理模型并开展水工试验，试验中采用空气透平作为能量转换部件，并连接发电机，在不同入射波浪条件下，考察了装置的发电出力情况。研究结果表明：波浪周期对防波堤兼作振荡水柱波能装置的能量转换性能有较大的影响，长周期波浪作用下，装置的波电能量转换效率较高；当入射波波高较小，波浪条件较差时，装置的能量转换性能较弱。     

轮毂电驱动汽车乘坐舒适性研究

针对轮毂电驱动汽车乘坐舒适性变差及驱动电机的质量问题, 建立了车身与车轮两自由度四分之一车辆 振动系统模型, 通过计算不变点说明乘坐舒适性变差的原因, 并给出驱动电机的质量要求以提高乘坐舒适性, 并用 Simulink 对结果仿真和验证。 结果表明, 频率不变点不会因为弹簧刚度和阻尼系数的改变而改变, 而且频 率不变点所对应的车身加速度对路面输入速度的幅频特性值很接近极大值, 对乘坐舒适性影响很大, 导致轮毂 电驱动汽车乘坐舒适性变差, 并给出驱动电机最适合整车舒适性的质量要求。     

双侧双级双圆弧螺旋锥齿轮章动减速器动力学分析

以双侧双级双圆弧螺旋锥齿轮章动减速器为研究对象,综合考虑时变啮合刚度、啮合阻尼、传递误差、齿侧间隙等因素,采用集中参数法建立该类传动系统的12自由度弯-扭耦合非线性动力学模型.以四阶变步长Runge-Kutta法求解该系统的动态响应,并分析激励频率、支承刚度对系统动载荷系数的影响.结果表明,随着激励频率的变化,系统相继呈现出7倍周期、拟周期和混沌响应现象.无量纲激励频率为0.5和1.0时,动载荷系数出现峰值.在支承刚度的0.5～3.5倍范围内,随着支承刚度增大,系统动载荷系数降低.研究结果为后续的章动传动系统动态优化设计提供了理论依据.     

土层地震反应显式计算中阻尼矩阵系数的选取

针对LS-DYNA程序关于土层地震反应显式计算中形成阻尼矩阵的方法开展讨论.首先,讨论了采用质量比例阻尼矩阵假定对各阶振型阻尼比带来的影响;然后分别应用时域和频域分析方法对三种不同类型土层的地震反应进行计算,通过比较时域和频域的计算结果,探讨了采用质量比例阻尼矩阵假定对计算结果的影响;最后,对质量比例阻尼系数的确定提出了建议:当仅计算土层地震位移反应或当土层基频高于下卧基岩输入地震波的主要激励频率条件下计算土层地震加速度反应时,以目前由土层基频计算质量比例阻尼系数的方法是可行的;但当土层基频接近于,特别是远低于输入地震波的主要激励频率时,应用土层基频和输入地震波反应谱峰值频率的算术平均值替代土层基频计算质量比例阻尼系数,可有效提高土层地震加速度计算精度.     

带航速三体渡驳水动力特性频域分析

为了研究带航速三体渡驳在波浪中航行时的水动力特性,以及航速和环境因素对其幅值响应算子的影响,根据势流理论和波浪辐射/衍射理论分析了有航速三体渡驳的波浪激励力及水动力系数,进而利用AQWA求解了三体渡驳的幅值响应算子,得到了不同航速、水深及遭遇浪向条件下三体渡驳各自由度幅值响应算子随波浪圆频率的变化曲线。计算结果表明:航速越大纵荡幅值越小、纵摇峰值越大,水深越浅垂荡幅值越小、纵摇峰值频率越低,当水深吃水比大于20后即可按照无限水深来计算其幅值响应算子;遭遇浪向对各自由度RAOs均有较大影响,其中艏斜浪或迎浪航行对三体渡驳的运动较为有利。     

振荡水柱波能转换器的消反射特性研究

基于势流理论,建立了振荡水柱(OWC)型波能转换器的二维数学模型.采用去奇异的边界积分方程法(DBIEM)模拟了完全非线性波.通过调整OWC腔室内振荡压强的幅值和相位,使OWC工作于消反射状态.研究了波能吸收效率与OWC腔室内振荡压强的幅值、相位的关系.数值计算表明:消反射时,OWC的波能吸收效率比传统形式的OWC高很多.在消反射状态下,OWC腔室内振荡压强和通过透平气体流量的幅值增大且二者存在相位差,这与传统的OWC是不同的.最后提出了不同于传统形式的新型OWC波能转换器的设计思路.     

地基动力阻抗的双自由度集总参数模型

在土－结构动力相互作用分析中，下覆地基对基础与结构的阻抗函数通常强烈地依赖于外加激振频率。当结构为线性时，耦联体系的动力分析可采用子结构法在频域上有效地实施。但对于非线性结构，在时域上要用与频率有关的动力阻抗进行相互作用分析就变得十分困难与复杂。而单靠采用某一频率下动力阻抗函数固定值的单自由度集总参数模型不能充分地包含所有频率成分而难以反映实际性态。