浮式风机系统水-气动力耦合分析方法

将浮式风机系统中浮体的水动力分析模块与风力发电机的空气动力分析模块整合,提出了适用于深水浮式风机系统的全耦合动力响应分析方法.浮体水动力计算采用基于二阶精度的混合波浪模型(Hybrid Wave Model)的MORISON公式,锚泊系统采用细长杆理论通过非线性有限元方法实现,风机系统的空气动力分析采用基于多体气动弹性理论的FAST模块.以浮体控制方程为主体,通过模块间的载荷与位移传递在每个时间步上迭代求解,形成完全耦合的时域分析方法.通过对某SPAR风机系统在随机海况下进行了系统水动力响应分析,并与现有的三维势流理论的结果进行了比较,验证了数值分析方法的有效性.最后,对系统的动力响应进行了水-气动力的全耦合数值分析.结果表明,该方法能有效地分析浮式风机各子系统间的混合动力作用,可用于海洋风电系统开发.     

基于非参数化与有限元的主轴刀柄结合面非线性参数识别

视主轴-刀柄结合面的双面接触部为一个可以用系统状态变量描述的非线性单元,基于非参数化方法结合有限元分析技术对主轴-刀柄结合面的非线性动态特征参数进行了识别.在HyperMesh中建立主轴-刀柄系统的有限元分析模型,利用Radioss求解器对该模型进行非线性瞬态响应分析,得到结合面处位移、速度、加速度的瞬态响应,再根据牛顿第二运动定律推导得出结合面处非线性接触力的时间历程数据,基于最小二乘法采用切比雪夫多项式对样本数据进行回归分析,得到主轴-刀柄结合面之间非线性接触力的解析表达模型,并验证了该模型的正确性.     

平行机构的失谐动态响应分析

研究目的是建立失谐平行机构虚拟样机模型,并进行失谐动态响应的仿真分析。根据多体系统动力学原理和方法,建立了机构虚拟样机模型,提出了失谐机构建模方法。以平行机构为例进行了动力学仿真,得到平行机构的动力学参数;并进行机构失谐动态响应分析及其随机响应分析。结果表明平行机构存在失谐动态响应现象,并且失谐动态响应为随机分布。提出的方法计算成本低、精度较高,为失谐机构设计分析提供了一种新的分析方法。     

基于ANSYS的混流泵泵体模态及强度

为了验证混流泵泵体设计的合理性及对混流泵进行进一步的动态响应分析奠定基础,采用有限元分析方法,建立了混流泵泵体有限元模型并进行了仿真计算,对其进行了模态及强度分析,得出了泵体前10阶固有频率和振型,求解出了泵体应力和应变分布情况。研究结果表明:通过模态分析和强度分析验证了混流泵泵体设计的合理性,为整个系统的动态响应计算和分析奠定了基础。研究结论为其进一步结构改进、优化设计提供了重要参考,为理论设计和实际工程应用提供了理论依据。     

两自由度动力吸振器的频响函数与有限元分析

以两自由度动力吸振器为实例,采用Matlab软件绘出不同阻尼所对应的系统传递函数的Nyquist图像.借用有限元分析软件ANSYS对动力吸振器进行谐波响应分析,得出系统在不同频率下的动态响应并讨论响应量(通常是位移)与频率之间的关系.同时动力吸振器系统自身的物理特性对其动态特性有影响.这能使设计者在设计产品的过程中全面地处理振动问题,以得到最优动态性能的系统.     

基于有限元法的人体座椅系统随机响应分析

基于人体解剖测量学和人体运动学建立了包括人体骨骼、肌肉、皮肤、坐垫、靠背和头枕的驾驶姿势的人体座椅系统三维有限元模型.通过人体座椅系统在重力作用下的静态分析,提供动态分析的人体驾驶姿势初始边界条件.通过频率提取分析确保随机响应分析所需足够数量的模态.通过计算腰椎到坐垫表面在垂直方向的传递函数验证了模型.最后分析了在座椅底部垂直方向0~20 Hz的白噪声激励下人体腰椎间盘的加速度和应力响应,得出由于座椅的耦合作用使得腰椎间盘响应峰值频率低于其固有频率.该方法可以代替实验研究其他方案的人体座椅系统动态响应问题.     

采煤机截割部扭矩轴的动态可靠性分析

考虑结构和材料等随机参数对零件动态可靠性的影响,避免轴系产生共振,利用Workbench软件建立扭矩轴参数化有限元模型.用模态分析法求解前六阶固有频率和临界转速,并与传递矩阵法比较,证明了结构和转速设计的合理性.结合谐响应分析,说明共振失效应考虑一阶固有频率.通过响应面设计和拉丁超立方抽样法完成对扭矩轴结构、材料参数的抽样,运用BP神经网络拟合一阶固有频率的功能函数,并求解随机参数的可靠性灵敏度.采用一次二阶矩法(FOSM)计算轴在特定转速下的可靠度,并用Monte-Carlo模拟法(MCS)进行了验证,说明转速设计较为可靠.通过灵敏度分析,明确了对扭矩轴动态可靠性影响最大的因素,为轴的稳健优化设计奠定基础.     

数字控制负载点变换器设计方法的比较分析

搭建了基于数字控制的负载点(point of load,POL)变换器的硬件平台,分别用数字式再设计法和直接数字设计法,对数字控制器进行了分析和设计.根据系统的闭环模型图,利用伯德图分析法、离散频率响应法和根轨迹法,设计出数字控制器的各项参数,并对系统的剪切频率和相位裕度进行了比较.在实验平台上对这两种设计方法进行了验证,并对输出电压的稳态特性和动态响应做了比较分析.理论分析和实验结果表明,采用直接数字设计法可减小输出电压的动态调整率,改善系统的动态响应性能,更适合用于数字控制POL变换器的设计.     

基于多变量相空间重构的地下水动态神经网络预测模型

从多元变量时间序列出发,以相空间重构理论为基础,结合偏最小二乘回归与神经网络方法,提出了基于多变量相空间重构地下水动态预测的神经网络模型.通过分别确定各个时间序列的时间延迟和嵌入维数的方法对地下水动态的多变量时间序列进行相空间重构,采用偏最小二乘回归法提取对系统解释最强的成分作为网络输入,利用神经网络模型进行各成分之间的非线性拟合.将基于多变量相空间重构地下水动态预测的神经网络模型应用于黑龙洞泉域地下水位预测,并通过分析与比较验证了该方法的有效性.     

气动作用下高速列车响应特性研究

该研究的总体研究目标是弄清楚在气动作用下高速列车整车与关键零部件的动力学响应特征以及对运行速度提升后出现的新现象的规律分析与总结。前期主要研究工作是针对气动-轮轨联合作用条件下高速列车动力学响应分析建立分析方法与仿真模型,分析、整理与总结实车实测数据规律,发现新现象,为计算分析模型提供相关的验证数据与条件。后期研究主要是对分析方法与计算模型的改进、完善与检验,对出现的新现象规律进行总结。后期的4项研究内容为:(1)考虑流固耦合的列车刚体动力学分析模型研究;(2)考虑流固耦合的列车刚柔体动力学分析模型研究;(3)气动载荷作用下高速列车车体振动行为及动态响应研究;(4)关键结构疲劳可靠性分析。该研究主要阐述2013年度取得的主要研究进展与阶段性成果。针对上述研究内容,主要研究成果包括:建立了高速列车流固耦合、刚柔耦合仿真模型;建立考虑一系悬挂质量效应与车体弹性的动态响应仿真模型;提出了增量谐波平衡法与线性频响函数法相结合求解高速列车系统稳态解的方法及轨道动态不平顺模拟方法;分析了考虑轨道不平顺作用下,气动载荷对高速列车直线与曲线通过时的动力学响应的影响;获得了高速列车车体振动响应随运行速度的变化特征;对高速列车系统中的内共振现象进行解释与分析;研究了高速列车侧窗受交会压力波作用下的动态响应;分析了高速列车裙板结构在气动载荷作用下的动态响应及颤振行为。     

基于多变量多项式模型的多模态生物特征分数层融合算法

提出了一种基于多变量多项式模型的多模态生物特征分数层融合算法(MPMSF),用多变量多项式模型获取融合分数,用最小二乘法确定模型中的参数.并对多变量多项式模型进行简化,以减小计算量.MPMSF的特点在于不需要分数归一化.采用交叉验证的方法,评估了各种分数层融合算法的正确接受率和分数归一化、单模态性能对分数层融合算法的影响.开集测试表明,MPMSF算法优于传统的分数层融合算法.同时,MPMSF满足多模态生物特征识别系统实时性的需求.     

考虑反演及桩土相互作用的拟动力试验方法

考虑桩-土-结构相互作用,建立整个结构体系试验模型,在土槽试验室模拟框架结构在地震作用下的反应.在考虑桩-土相互作用的拟动力试验中,由于下部结构的不可控性和土体的不确定性,提出采用反演分析识别下部结构的动力反应,试验中通过传感器有效获取下部结构状态信息,利用这些测试信息作为反演分析的基础数据,确定桩-土工作状态,运用子结构的概念完成整个结构体系的拟动力试验.以某框架为例,采用考虑反演分析的试验方法、等效线性化方法以及刚性地基假设方法,探讨地震作用下结构反应的不同.试验及模拟分析表明,地震作用下,土体较早地进入了塑性阶段,结合反演分析的该试验方法能更好地模拟包括桩土在内的整个体系在地震下的反应.考虑反演分析试验方法的结构顶端位移最大,等效线性化方法次之,刚性地基假设最小;考虑反演分析试验方法的层间位移角和层间剪力最小,固定基础假设最大.     

基于自校正模型的非线性系统多模型预测控制

针对化工过程某些非线性系统的不对称动态特性，提出了一种基于自校正模型的多模型预测控制算法。在平衡点附近建立线性模型，利用当前工作点，通过二阶泰勒展开校正模型参数，补偿非线性不对称动态特性，形成了非线性系统的自校正多模型描述。以基于模型输出偏差的切换指标函数作为模型切换准则，结合状态反馈预测控制，构成了多模型预测控制器。pH值控制的仿真结果验证了该算法的有效性。     

柔性空间机械臂区间参数不确定性分析

研究了柔性空间机械臂动力学分析中由于区间参数的存在而引起的动力学响应不确定性问题.采用能够描述大位移、大变形耦合特性的绝对节点坐标方法来建模柔性机械臂臂杆,建立了含区间参数的多体系统动力学方程,为指标-3的微分代数方程.运用基于Chebyshev多项式的Chebyshev区间扩张函数,将含区间参数的微分代数方程转化为Chebyshev多项式插值点处的确定参数的动力学方程,研究得到了一维区间参数和多维区间参数影响下机械臂系统的动力学响应区间边界,形成了预测机械臂末端轨迹区间的新方法.通过与Taylor方法的对比研究,结果表明,该方法能够有效减少系统仿真工作量,减小动力学响应预测值误差,快速稳定地得到机械臂系统动力学响应区间.      

基于DEA/AHP混合模型的业务流程再造绩效评价研究

为解决业务流程再造(BPR)绩效评价的复杂性,从系统的角度,将BPR视为一个输入、输出系统,在资源投入支撑体系的基础上建立了BPR绩效的输入-输出评价指标体系;结合数据包络分析法(DEA)方法中的对抗型交叉评价和层次分析法(AHP)各自的特点构造了DEA/AHP混合模型,采用该混合模型对CQCF公司的各个业务流程再造后的绩效进行评价.研究结果表明:该评价方法是合理的、切实可行的;它为BPR绩效评价提供了一种可行、有效的方法,为BPR提供了持续改进的依据.     

基于动态优化的多模型广义预测控制器设计

针对工业控制过程中广泛存在系统参数突变的问题,将多模型切换的广义预测控制器引至动态优化策略下的分层式控制系统中,设计了基于动态优化的多模型广义预测控制器.该模型预测控制结构以获取最大经济效益为目标,上层结构对经济目标函数进行动态优化,得到使经济利益最大的关键变量设定值;下层结构中MPC层采用多模型广义预测控制器代替传统单模型广义预测控制器追踪上层得到的设定值,即采用多个固定模型和自适应模型并行辨识系统的动态特性,提高系统暂态性能和模型参数跳变时系统的调节能力;底层为PID控制器用于抑制过程中的扰动.通过仿真验证了该方法的可行性和有效性.     

基于FDA的大坝渗流安全动态可拓评价模型

针对渗流安全评价多采用静态模型而忽略指标数据动态变化特征的问题,在可拓评价模型中引入函数型数据分析理论,将离散指标数据转换为连续函数,建立包含基础指标和衍生指标在内的大坝渗流安全综合评价指标体系,提出适用于函数型数据的物元分析及关联函数构造方法,建立了一种基于函数型数据分析理论的大坝渗流安全动态可拓评价模型。此外,采用层次分析法与熵权法相结合的主客观组合赋权法确定指标权重,并且建立体现动态评价中对不同时间重视程度的时间权重。利用我国某混凝土重力坝的蓄水阶段某个月的渗流安全监测数据进行分析,得出其安全状态在II级到III级波动,与实际情况相符,证明了该方法的有效性。     

基于特征比较和模拟退火-遗传算法的普通话音素评分模型

为了帮助发音困难者障碍者和外语学习者矫正普通话发音错误,提出基于Mel频率倒谱系数(Mel frequencycepstrum coefficient,MFCC)特征比较和模拟退火-遗传算法(simulated annealing genetic algorithm,SAGA)的普通话音素评分模型。该模型采用动态时间弯折(dynamic timewarping,DTW)算法对普通话音素进行相似度比对,并基于SAGA评分机制对发音进行自动评分。本文对比了不同优化算法(SAGA和局部优化算法)、不同DTW算法对语音评分的影响。结果发现:SAGA评分模型下的音素评分正确率大于94%,远远优于局部优化算法。此外,在SAGA评分模型下,搜索路径为平行四边形的改进DTW算法具有最优的评分结果。因此,基于MFCC和SAGA的评分模型适用于普通话音素评分。     

基于加速度多重基线校正的移动车辆下桥梁动位移间接测量方法

针对桥梁荷载试验中传统的动位移直接测量方法设备仪器安装复杂、操作难度大代价高、甚至在特殊条件下难以实现等问题，以现有相关研究成果为基础，提出一种基于实测加速度动静分离和多重基线校正策略的桥梁动位移间接测量方法。通过对加速度数据进行基线校正消除其整体偏移误差，利用快速傅里叶变换滤波消除高频噪声干扰，动静分离得到准静态和自由振动响应并分别积分后叠加。考虑动静响应特征差异提出一种新型多重基线校正方法，实现了趋势项误差的有效消除。基于所建立的位移估计方法框架和流程，通过20~40km/h多种车速下实桥现场动载试验获得的加速度和直接法动位移测试数据，对本文方法进行了试验验证。动位移估计值与直接测试值时程曲线吻合程度良好，峰值相对误差1.68%~5.29%，表明所提出的动位移估计算法具有较高的精度和工程适用性。     

动态系统的演化建模

针对传统方法解决动态系统微分方程建模问题所遇到的困难和存在的不足,设计将方程进行串结构编码并用进化方法进行演化建模的算法,以串形结构表示结构,用进化算法优化结构和参数,成功地实现了动态系统的常微分方程组建模过程的自动化。计算实例表明:采用此算法能够在极短的时间内由计算机自动发现多个较优的常微分方程组模型,与原来GA和GP结合的方法相比较,它具有建模过程智能化、模型结构非常灵活多样、数据拟合和预测精度更高等优点。