管内电缆导体截面股线接触力行为分析

国际热核聚变试验堆(ITER)所希冀的是由管内电缆导体(CICC)绕制的超导磁体产生强磁场约束高温等离子体的运动,进而实现可控的热核聚变. CICC导体结构复杂,通常是由上千根NbTi/Cu或Nb3Sn/Cu经四级或五级绞缆加工而成,运行在极低温、大电流、强磁场复杂环境,承受的电磁力将引起股线间产生接触挤压变形,甚至引起股线的断裂,给装置安全性带来隐患.传统的CICC导体横截面股线接触力研究实验上多采用非实体的光弹模型,数值上采用不含颗粒变形的离散单元法(Discrete Element Method, DEM),均难以给出真实的CICC导体截面股线接触力特征.本文实验中采用真实的CICC导体,通过在横截面喷涂散斑的方式,采用数字图像相关法(Digital Image Correlation, DIC),给出了股线间的变形特征.理论上采用颗粒单元法(Granular Element Method, GEM),将DIC获得的股线变形作为输入参数,直接给出了CICC导体在横向压力作用下的横截面股线接触力的分布特征,并对接触力链大小和方向进行了统计分析.     

超导在受控核聚变能磁体工程研究中的应用概述

简要地叙述了受控核聚变反应的基本原理和实现受控核聚变反应的托卡马克装置。介绍了利用低温超导铠装式电缆导体(Cable-in-Conduit Conductor,CICC)在核聚变中的优点和存在的问题。探讨了可能用的高温超导聚变磁体面临的一些技术难题。     

考虑应变的管内电缆导体设计模型

为了简化管内电缆导体(CICC)的设计过程,提出了考虑稳定性和应变的导体仿真设计思想,研究了应变对临界电流密度的影响,量化了应变的作用;根据1级子缆采用3根超导股线、CICC运行于过渡区间以及纯铜线起不同作用的假定条件,建立了导体的数值仿真设计模型,讨论了Nb3Sn等A15材料的应变对临界电流密度等的影响,并进行了导体结构的仿真设计.将数值仿真设计与工程设计进行了比较,结果显示二者吻合良好.采用数值仿真设计模型能有效减轻设计工作量,缩短设计周期.     

特高压变压器线圈的电场计算与分析

为了分析特高压变压器线圈周围的电场,建立了变压器高压线圈、均压管和均压球的三维实体模型.根据线圈的轴对称结构的特点,取1/4线圈进行计算.对于中部的线圈和均压管,采用二维有限元的方法,计算出电场的分布,并求出最大电场强度值.推导了多层油纸绝缘结构等效为单一介质时等效介电常数的计算公式.利用等效介电常数把线圈外的油纸绝缘...     

光纤复合低压电缆温度分布影响因素分析

光纤低压复合电缆(OPLC)在短路条件下温度迅速升高,直接影响电力系统安全稳定地运行。材料、结构和工作环境是影响光缆热性能的3个重要因素,根据环境选取合适的组成材料和结构能有效改善光缆的热性能。该文在分析电缆稳定运行状态和短路故障状态温升机理的基础上,运用COMSOL软件建立仿真模型,分别研究了导体和绝缘层材料、结构和风速对OPLC热性能的影响。结果表明,OPLC光单元的位置影响光单元本身的热性能;导体为铜和铝时OPLC的热性能基本一致,绝缘材料分别为聚氯乙烯(PVC)和交联聚乙烯(XLPE)时OPLC的热性能差别很大;风速不仅影响OPLC稳态时的最高温度,还影响OPLC到达稳态所用的时间。     

脉冲大电流应用电缆的设计

为研究脉冲大电流应用所使用的电缆,优化设计其结构并选择绝缘层材料。首先针对同轴结构电缆,分析了半导电层对电缆绝缘层电场的影响。然后在绝热条件下,计算了不同导体截面积电缆的温度,并通过试验计算了硅橡胶和不同氟橡胶材料热导率随温度的变化规律。在对计算结果进行分析比较的基础上,确定选择内、外导体截面相同且没有半导电层的同轴电缆结构,以及F0-2706型氟橡胶材料作为绝缘层。最后,通过有限元Comsol软件仿真计算了氟橡胶绝缘电缆的温升,针对连续通过脉冲大电流时电缆温升过高的问题,提出了采用水冷方式降低电缆温升的方法。仿真结果表明:通过水冷方式降低电缆温升,冷却效果明显,可以在一定程度内满足工程应用需求。     

基于粒子群优化支持向量机的电缆温度计算

导体温度是影响运行电缆使用寿命和材料利用率的最主要因素,也是反映电缆运行状态的参数.由于技术上尚难以实现对运行电缆导体温度的直接测量,因此有必要进行导体温度计算.文中以电流和外皮温度作为模型输入,以导体温度作为模型输出,构建基于支持向量机的电缆暂态导体温度的数学模型;为提高该模型计算的精度,避免盲目选取训练参数,引入粒子群算法对其惩罚因子C和核参数γ进行寻优.仿真与试验对比结果表明:基于粒子群优化的支持向量机模型(PSO-SVM模型)可以用于电缆暂态导体温度计算,且计算误差小于热路模型和BP神经网络;模型具有良好的泛化能力.     

运动导体感应涡电流分布的解析计算与仿真验证

在电磁应用中,分析导体在电磁场激励作用下感应涡电流的分布有利于深入理解导体与激励源之间的相互作用。因其复杂性,运动导体在电磁场作用下涡电流分布的规律尚未得到充分研究。采用二维傅里叶变换方法,推导出圆形通电激励线圈作用下导电平板涡电流分布的积分形式表达式;该表达式与线圈的激励频率、导体的材料特性、形状及运动速度等参数有关。计算并分析了在相同线圈激励条件下,导体以不同速度运动时,表面涡电流密度分布特点,总结了导体运动速度对涡电流分布的影响规律;并用有限元方法对解析计算结果进行了验证。所采用的解析方法具有方便、快速的优点,该方法也可以用于其他涡电流问题的分析计算。     

基于ANSYS的高压交流电缆接头载流量确定方法

为了实现接头载流量的准确计算,提出了一种基于ANSYS的高压交流电缆接头载流量确定方法.该方法以绝缘长期耐受温度为限制条件,利用接头轴向二维有限元仿真模型计算载流量.仿真结果表明,当对流散热环境和负荷都相同时,相同导体截面的电缆接头导体温度高于电缆本体的导体温度,接头的载流能力低于同导体截面电缆的载流能力.为验证仿真模型精度,设计了接头载流量实验平台,对不同负荷下110 k V电缆接头稳态温度分布进行了实测.仿真与实验结果的对比表明,当接头导体温度超过绝缘长期耐受温度时,应用接头轴向二维有限元仿真模型计算压接管处导体温度的误差不超过1.0%,仿真计算的准确度能够满足工程应用的需求.最后,采用二分法算得110 k V 630 mm~2电缆接头载流量为1220A,比相同导体截面电缆本体在相同环境条件下的载流量减少了17.79%.研究结果表明:采用接头轴向二维有限元仿真模型计算载流量是可行的.     

机织针织混编复合材料的冲击拉伸性能及有限元模拟

用分离式霍普金森杆(SHTB)装置测试机织针织混编(CWK)复合材料在高应变率下的应力-时间曲线及破坏形态;根据材料结构建立简化模型,即将针织纱力学性能强化到树脂中,形成等效树脂,并计算等效树脂的刚度矩阵;结合等效树脂和机织纱性能,运用有限元分析软件ABAQUS模拟材料冲击拉伸过程,并比较试验与模拟结果.研究结果表明,应力-时间曲线以及破坏形态具有较高的一致性,简化模型能很好地预测混编复合材料的冲击拉伸性能,对设计其他混编复合材料具有一定的应用价值.     

1000 MW级汽轮发电机转子绕组轴向通风冷却系统

对1000MW级大型汽轮发电机冷却系统进行了研究，给出了转子绕组本体部分各匝导体通风道的局部阻力系数和沿程阻力系数的计算方法。对一台930MW汽轮发电机为例，建立了转子绕组本体部分节点单元热阻等效网络的准三维热模型，从而可以计算出转子各匝导体的风量、流速和每匝导体各单元的温度，以及转子绕组本体部分的平均温度和最高温度。通过计算结果与试验结果的比较，验证了计算方法的正确性。     

基于反演的电力电缆缆芯温度间接测量研究

针对电力电缆导体温度的测量,提出了一种基于有限元法的电缆导体温度间接测量方法.利用有限元法对电缆温度场进行分析计算,获取不同载荷、边界条件下的表面温度和导体温度的对应关系,再结合测量到的表面温度即可间接得到导体温度.另外,针对电缆中某些材料热参数难以标定从而影响温度场计算模型准确性的问题,本文通过对电缆内部材料的热参数值进行辨识以对模型进行校正.     

导体结构对超导磁体最大磁场的影响

现有文献在计算超导磁体的磁场时,往往假定电流在导体截面中的分布是均匀的,而不考虑导体的具体结构。本文通过对美国威斯康辛大学5500MWh超导储能线圈设计方案在采用不同导体结构情况下的最大磁场进行计算和比较后指出,导体结构对线圈导体处磁场的分布和最大磁场的大小有很大的影响。不考虑这个因素可能对磁体的稳定和安全运行带来严重问题。文章同时指出,对于大型超导储能线圈导体的结构设计,除了要考虑传热和冷却,机械强度和制造工艺等因素外。同样需要考虑由于导体截面中电流的不均匀分布对最大磁场的影响。     

超弹性记忆合金螺旋结构径向变形的理论分析

针对超弹性记忆合金(SMA)螺旋结构的实际应用,基于现有的描述轴向拉伸变形的解析模型和简化后的SMA材料本构关系,采用等效转换法,建立均匀外部径向载荷下螺旋结构收缩变形与轴向拉伸变形的联系,得到描述径向收缩变形时线圈半径随外部均匀径向载荷变化的解析模型.通过与有限元数值分析的对比,验证了该解析模型的准确性.将所提出解析模型推广到螺旋编织结构介入治疗支架的实际应用中,通过参数化分析及与有限元数值模拟结果的对比,讨论其适用性,并进行误差分析.由于采用解析函数描述SMA螺旋结构的径向收缩变形特征,便于螺旋结构前期设计时针对目标进行参数调整,所以该理论模型的计算效率优于有限元分析方法.     

肠道微型仿尺蠖式机器人机载供能线圈优化

采用无线电能传输技术供能的微型仿尺蠖式机器人在肠道疾病微创诊疗方面具有重要的应用价值,其机载供能线圈由圆环形磁芯和缠绕于磁芯上的圆环形绕组构成.本文提出一种机载供能线圈快速设计优化方法.首先,通过对绕组中各匝绕线进行几何建模,测定磁芯磁导率分布,分析金属零件涡流效应对供能线圈参数影响,建立了供能线圈的集成环境模型.然后,结合电磁理论,计算了供能线圈在集成环境中的互感和等效串联电阻.最后,以最大化供能线圈输出功率为目标,在温升安全性要求和机器人内部空间约束下,对绕组的轴向位置、层数、匝数和线径进行优化,获得了各设计参数选取的一般性结论.采用优化设计参数的绕组尺寸仅为?(12.0～12.4) mm×9.9 mm,当其位于磁芯轴向中心位置时,输出功率高达1 478.3 mW.     

一种特殊的整流变压器二次线圈过热的分析

Y／y联结绕组和Y／△联结绕组安装于同一三相心式铁心上的整流变压器具有特殊的三次谐波磁场分布,Y／y联结绕组产生的较大的三次谐波漏磁通使穿过它的线圈导体产生严重的涡流损耗是绕组最上部4匝线圈导体绝缘损坏的原因,同时同一位置的一次绕组存在过热的可能性。     

微孔结构对多孔材料细观力学特性的影响

在三维孔隙材料如泡沫材料中，胞孔的形状及大小并非完全均匀，因此借助二维均匀化方法来讨论胞孔形状及大小对多孔材料性能的影响。在线弹性范围内，根据均匀化理论，基于虚位移原理，结合有限元方法推导出二维周期性结构的均匀化的有限元格式。取具有不同孔洞形状的正方形胞元作为周期性结构的代表胞元，将三维孔隙材料简化为截面上具有规则孔洞的二维结构，来计算不同微孔形状及大小下的等效弹性常数；比较分析了微孔结构对多孔材料等效弹性常数的影响。计算结果分析表明，多孔材料的等效弹性参数不仅取决于微孔结构的数量，而且对微孔结构的形状也有一定程度的敏感，同时对基体材料的泊松比的变化敏感与否也与微孔结构有关。     

轨道交通用高温超导直线感应电机的设计与测试

高温超导直线感应电机对于城市轨道交通的发展具有重要意义.参考常规铜绕组直线感应电机的设计理论,对高温超导直线感应电机进行设计.结合高温超导带材的特性,设计超导绕组线圈的结构并选择单层整距集中绕组结构的方式对线圈在初级铁芯上进行排列,采用无磁材料制作薄壁杜瓦,最后将各个部分整体组装成高温超导直线感应电机试验样机.运用有限元分析软件ANSOFT对所设计的电机建模并进行仿真计算.制作铜绕组试制样机并搭建直线电机牵引测试平台对制作的电机样机进行测试,将试验结果和仿真结果进行对比分析,验证设计的合理性与可行性.     

非均匀分布孔洞材料的梯度本构关系

提出了一种对非均匀分布孔洞材料的分层等效方法,宏观上可等效为材料参数随厚度变化的梯度材料．利用有限元方法建立代表单元体(RVU)的三维多层模型,并施加必要的边界条件,计算出各层的平均应力应变,将上述值代入多孔橡胶的本构方程(该方程由所选多孔橡胶的应变能函数推导),即可计算出描述等效梯度材料宏观力学性能的等效弹性参数,从而确定了非均匀分布孔洞材料的梯度本构关系,分析了2种典型的非均匀分布孔洞,从中可看出分布类型的影响．     

HT-7U超导托克马克装置纵场线圈截面应力分析

HT 7U超导托克马克装置的纵场线圈是整个装置的核心部件 ,结构复杂 .对整个线圈直接进行实验是及其困难的 ,有必要在设计阶段对其力学性能进行有限元分析计算 .论文对纵场线圈进行了一些简化 ,主要对纵场线圈直线段截面在电动力作用下的应力分布进行了有限元分析计算 ,得到了二维截面上的应力分布规律 ,同时也分析计算了超导导体的圆角半径对应力分布的影响 .这些结果为线圈的设计和改进提供了一定的参考依据 .