基于分数阶Zener模型的VTI黏弹性介质频变Q效应数值模拟

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作者 张亚兵 刘洋 陈同俊 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期3510-3526,共17页

黏弹性是地球介质的基本属性.地震波在黏弹性介质中传播会发生振幅衰减和速度频散,导致能量和走时出现变化,影响地震资料的准确成像及解释.因此,研究地震波在黏弹性介质中的传播规律具有重要意义.当前,主要利用常Q(不随频率变化)模型(C... 黏弹性是地球介质的基本属性.地震波在黏弹性介质中传播会发生振幅衰减和速度频散,导致能量和走时出现变化,影响地震资料的准确成像及解释.因此,研究地震波在黏弹性介质中的传播规律具有重要意义.当前,主要利用常Q(不随频率变化)模型(CQM)表征地震波在地球介质中的传播规律,与高温、高压或含流体介质中观测到的Q随频率变化规律不符.基于分数阶Zener模型(FZM),通过改变分数阶大小,本文研究了Q的频变特性随分数阶的变化规律.考虑速度和Q各向异性,推导了VTI介质的FZM黏弹性波方程,提出了VTI介质的频变Q效应数值模拟方法.数值算例表明:当Q随频率变化较小时,FZM与CQM方法的结果相似;当Q随频率变化剧烈时,FZM与CQM方法的模拟结果差异较大. 展开更多

关键词 分数阶zener模型 黏弹性波 频变Q VTI介质 数值模拟

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含常数激励的分数阶非线性隔振系统幅频特性及周期运动多样性研究

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作者 屈鸣鹤 丁旺才 +3 位作者 谭亦秋 周丹峰 王连春 李杰 《振动工程学报》 北大核心 2025年第9期2033-2043,共11页

针对具有非线性和黏弹性的隔振系统,采用分数阶非线性Zener模型对其本构关系进行表征,探究常数激励与简谐激励联合作用下系统骨架线及幅频响应的变化规律,重点分析常数激励对隔振系统动力学行为的影响。将分数阶项等效成三角函数的形式... 针对具有非线性和黏弹性的隔振系统,采用分数阶非线性Zener模型对其本构关系进行表征,探究常数激励与简谐激励联合作用下系统骨架线及幅频响应的变化规律,重点分析常数激励对隔振系统动力学行为的影响。将分数阶项等效成三角函数的形式,采用谐波平衡法求解系统稳态响应,并结合多种数值方法对解析结果进行比较,总结了不同参数对幅频响应多态解共存频带范围的影响规律,数值模拟系统在联合激励作用下的动力学行为。研究结果表明,系统在常数激励和简谐激励联合作用下幅频响应解存在五解共存区,系统出现软、硬特性共存现象,骨架线先向左侧倾斜后向右侧倾斜,也出现多解共存现象。数值模拟过程中还发现,联合激励作用下系统周期运动和混沌转迁过程存在多种分岔类型。受常数激励影响,系统在联合激励作用下的周期运动多样性与系统仅在简谐激励单独作用下的动力学行为有明显差异,并结合Lyapunov指数总结了联合激励作用下系统周期运动的转迁规律。 展开更多

关键词 分数阶微分 非线性zener模型 常数激励 转迁规律

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基于分数Zener模型的植物油纸绝缘状态评估 被引量：2

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作者 张涛 张陈 +2 位作者 王铄 任乔林 肖洒 《电工电能新技术》 CSCD 北大核心 2020年第7期37-44,共8页

介电响应理论的频域介电谱法可以有效地判断变压器的绝缘状况,因此为了量化研究植物油纸绝缘老化与频域介电谱的关系,本文引入分数元和分数微积分概念,提出了采用分数Zener模型提取植物油纸绝缘频域介电谱特征量的辨识方法。该方法能直... 介电响应理论的频域介电谱法可以有效地判断变压器的绝缘状况,因此为了量化研究植物油纸绝缘老化与频域介电谱的关系,本文引入分数元和分数微积分概念,提出了采用分数Zener模型提取植物油纸绝缘频域介电谱特征量的辨识方法。该方法能直接反映出油纸绝缘频域介电谱携带的信息,利用实验获取的复介电常数值求取分数Zener模型参数,即采用最小二乘法建立优化目标函数,并运用遗传算法求解模型参数,同时利用粒子群算法对其进行验证,得到特征量:形状参数β、参数εb、松弛时间τ,最后对计算结果重构。研究结果表明仿真结果与测量数据具有一致性,且低频段拟合度更高,建立的模型是可行的;得到的形状参数β、松弛时间τ与油中酸值呈指数函数关系,参数εb与油中酸值呈线性关系,因此,为评估植物油纸绝缘系统绝缘状态提供了一种新思路。 展开更多

关键词 植物油纸绝缘 分数微积分 分数zener模型 频域介电谱 复介电常数

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基于分数阶Zener模型的高速铁路扣件动静刚度比限值研究

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作者 李佳明 韦凯 +1 位作者 张校恺 王显 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期4451-4460,共10页

目前,高速铁路扣件动静刚度比的设计更多的是凭经验进行,且仅针对低频,缺乏可靠的理论基础。基于此,使用能够较好反映黏弹性材料刚度频变特性的分数阶Zener模型,采用编程和Simpack-Simulink联合仿真的方法,首先建立车辆-轨道耦合动力学... 目前,高速铁路扣件动静刚度比的设计更多的是凭经验进行,且仅针对低频,缺乏可靠的理论基础。基于此,使用能够较好反映黏弹性材料刚度频变特性的分数阶Zener模型,采用编程和Simpack-Simulink联合仿真的方法,首先建立车辆-轨道耦合动力学模型,验证2种方法模拟扣件系统黏弹性特征的正确性和可行性;然后通过修改分数阶Zener模型的松弛时间得到具有不同动静刚度比的扣件模型,以焊缝不平顺与高铁谱作为轨道不平顺激励,分别模拟高铁350 km/h匀速、350 km/h减速和450 km/h减速不同扣件系统动静刚度比条件下列车的运营状态;最后,以动态轮重减载率为限定指标研究不同运营时速下的扣件系统动静刚度比取值范围,讨论扣件静刚度降低对轮重减载率的影响。研究结果表明:列车在减速条件下的动态轮重减载率相较于匀速条件呈现出明显的上升趋势;当列车以350 km/h减速运行时,扣件在过车频率下的动静刚度比不应超过1.7,此时对应的扣件低频(3~5 Hz)动静刚度比为1.34;当列车以450 km/h减速运行时,扣件在过车频率下的动静刚度比建议不超过1.6,此时对应的扣件低频(3~5 Hz)动静刚度比建议不超过1.27;满足钢轨最大位移限值条件下,降低扣件静刚度可为扣件动静刚度比的设计提供更多余量。以上研究可为450 km/h速度运行下的高速铁路轨道刚度设计提供一定的参考。 展开更多

关键词 轨道交通 扣件动静刚度比 轮重减载率 分数阶zener Simpack-Simulink联合仿真

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高铁扣件弹性元件宽频动静刚度比表征与设计

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作者 张校恺 韦凯 王显 《铁道标准设计》 北大核心 2024年第11期65-71,共7页

目前国内高铁扣件弹性元件动静刚度比的设计主要依赖工程经验而暂无理论依据,随着列车速度突破350 km/h,其实际过车频率早已超过传统设计所使用的4 Hz,仍沿用传统设计方法可能存在安全隐患。为了保证高铁扣件动静刚度比的科学设计,基于... 目前国内高铁扣件弹性元件动静刚度比的设计主要依赖工程经验而暂无理论依据,随着列车速度突破350 km/h,其实际过车频率早已超过传统设计所使用的4 Hz,仍沿用传统设计方法可能存在安全隐患。为了保证高铁扣件动静刚度比的科学设计,基于经典黏弹塑性动力学与分数阶Zener模型对扣件弹性元件宽频动静刚度比进行理论推导与表征,讨论扣件弹性元件加载频率趋于零和无穷大时的储能刚度K0、K∞以及扣件弹性元件松弛时间对动静刚度比频变特性的影响,针对动静刚度比对行车安全的影响提出动静刚度比设计方法,最后针对文中案例给出扣件弹性元件动静刚度比取值范围的建议。主要研究结论:(1)扣件弹性元件的动静刚度比随着频率增大而非线性增大,增幅随着频率的增加而减小,最后趋于稳定,本文表征所用扣件动静刚度比在0~10 Hz(10~20 Hz)的增幅为44%(7%);(2)刚度和阻尼相关参数的取值并不会影响动静刚度比的频变特性,但会导致其增幅出现明显的差异且不同参数的影响程度不同,K0对增幅影响最为显著,其次是K∞与τ;(3)动静刚度比过大和过小均会增大列车脱轨风险,建议扣件静刚度为20 kN/mm时,设计速度分别为250,350,400,500 km/h的线路中所用扣件在实际过车频率下的动静刚度比应大于1.02并分别小于1.90,1.70,1.65,1.50。 展开更多

关键词 高速铁路 扣件系统 黏弹性力学 分数阶zener模型 宽频动静刚度比

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钢轨扣件弹性垫板的宽频动力性能及其理论表征 被引量：23

6

作者 韦凯 王丰 +1 位作者 杨麒陆 王平 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期130-136,共7页

以我国高速铁路无砟轨道Vossloh300扣件弹性垫板为研究对象,针对轮轨宽频激励特点,利用万能试验机和温度箱,测试定频(0.3Hz)低温(-60～20℃)条件下弹性垫板在不同平衡预压与不同动载振幅组合下的动力性能;应用温频等效原理、WLF方程与... 以我国高速铁路无砟轨道Vossloh300扣件弹性垫板为研究对象,针对轮轨宽频激励特点,利用万能试验机和温度箱,测试定频(0.3Hz)低温(-60～20℃)条件下弹性垫板在不同平衡预压与不同动载振幅组合下的动力性能;应用温频等效原理、WLF方程与分数阶Zener模型,预测与表征弹性垫板的宽频动力性能。研究结果表明:Vossloh300扣件弹性垫板的储能刚度与损耗因子随着平衡预压的增加而增大;20℃时,分数阶Zener模型可有效表征Vossloh300扣件弹性垫板在1～10 000Hz范围内的储能刚度与损耗因子,温度较低时,建议使用五参数模型;从更宽频域的分数阶Zener模型结果来看,随着平衡预压的增加,Vossloh300扣件弹性垫板损耗因子的频域峰值将升高,其峰值宽度也将变窄。 展开更多

关键词 高速铁路 无砟轨道 扣件胶垫 频变动力性能 分数阶zener模型

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聚氯乙烯动态黏弹性能的时间-温度等效性研究 被引量：1

7

作者 罗迎社 田芳 +1 位作者 曹春 殷水平 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第24期92-94,110,共4页

利用动态力学分析方法对聚氯乙烯的动态黏弹性能展开了研究,根据时间-温度等效原理建立了以55℃为参考温度的聚氯乙烯动态模量主曲线,利用分数阶Zener模型对动态模量主曲线进行了拟合分析。研究结果表明,时间-温度等效原理适用于描述一... 利用动态力学分析方法对聚氯乙烯的动态黏弹性能展开了研究,根据时间-温度等效原理建立了以55℃为参考温度的聚氯乙烯动态模量主曲线,利用分数阶Zener模型对动态模量主曲线进行了拟合分析。研究结果表明,时间-温度等效原理适用于描述一定温度范围内小应变情况下聚氯乙烯的动态黏弹性力学行为,且分数阶Zener模型能够较好地描述宽频域范围内聚氯乙烯动态模量随频率的变化规律。给出了WLF方程和Arrhenius方程的适用温度范围。 展开更多

关键词 聚氯乙烯 动态黏弹性能 时间-温度等效原理 分数阶zener模型

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采用混沌灰狼算法的植物油纸绝缘参数辨识

8

作者 张涛 张陈 +4 位作者 余利 王铄 任乔林 肖洒 汤迎春 《三峡大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2019年第6期71-75,共5页

频域介电谱含有丰富的变压器绝缘老化信息,因此为了量化研究植物油纸绝缘老化与频域介电特征量的关系,提出了基于混沌灰狼算法的植物油纸绝缘分数Zener模型参数辨识的方法.建立以复介电常数实部、虚部误差平方和最小为目标函数,利用引... 频域介电谱含有丰富的变压器绝缘老化信息,因此为了量化研究植物油纸绝缘老化与频域介电特征量的关系,提出了基于混沌灰狼算法的植物油纸绝缘分数Zener模型参数辨识的方法.建立以复介电常数实部、虚部误差平方和最小为目标函数,利用引入混沌序列的灰狼优化算法辨识分数Zener模型参数,并以老化28 d样品为例分别计算复介电常数实部、虚部与实测值的重合度,与原始灰狼算法和遗传算法相比,具有初始位置准确、收敛速度快等优点.实部重合度高达95%、虚部重合度高达99%,表明分数Zener模型能表征植物油纸老化过程. 展开更多

关键词 植物油纸绝缘 混沌灰狼算法 分数zener模型 参数辨识 复介电常数

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一种自制环氧树脂结构胶粘剂的动态黏弹性能研究 被引量：11

9

作者 胡东岚 李卉 +1 位作者 罗迎社 江大志 《中南林业科技大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第4期112-116,共5页

环氧树脂胶粘剂具有许多修补或加固结构物所需的独特性能。由于其具有极为典型的黏弹性力学性能,研究环氧树脂胶粘剂在老化过程中的动态力学行为不仅具有理论意义,而且具有广阔的工程应用前景。实验采用复配胺类固化剂,自制了一种环氧... 环氧树脂胶粘剂具有许多修补或加固结构物所需的独特性能。由于其具有极为典型的黏弹性力学性能,研究环氧树脂胶粘剂在老化过程中的动态力学行为不仅具有理论意义,而且具有广阔的工程应用前景。实验采用复配胺类固化剂,自制了一种环氧树脂基修补胶,研究了其动态黏弹性。根据时间-温度等效原理建立了50℃下胶粘剂的频率-模量主曲线,分别使用整数阶和不同阶数的分数阶Zener流变模型对主曲线进行拟合分析。研究表明,分数阶Zener模型在较宽频率范围内对主曲线有较好的拟合效果,且分数阶数越低,拟合效果越好。 展开更多

关键词 结构胶粘剂 环氧树脂胶粘剂 动态黏弹性能 时间-温度等效原理 分数阶zener模型

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分数阶非线性隔振系统的超谐波共振与周期运动转迁规律分析 被引量：2

10

作者 屈鸣鹤 吴少培 +3 位作者 俞力洋 丁旺才 李国芳 黄然 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第5期66-73,121,共9页

针对具有非线性和黏弹性的隔振系统采用分数阶非线性Zener模型对其本构关系进行表征。将分数阶项等效成三角函数的形式,采用高阶谐波平衡法求解系统的稳态响应并结合多种方法对结果进行比较,数值模拟系统在低频区的动力学响应,采用Floq... 针对具有非线性和黏弹性的隔振系统采用分数阶非线性Zener模型对其本构关系进行表征。将分数阶项等效成三角函数的形式,采用高阶谐波平衡法求解系统的稳态响应并结合多种方法对结果进行比较,数值模拟系统在低频区的动力学响应,采用Floquet理论对系统分岔类型进行判定,揭示了分数阶项对系统动力学响应的影响。研究结果表明,高次超谐波不仅存在跳跃现象且相邻次数超谐波转迁过程中存在周期运动多样性。数值模拟过程中还发现系统存在周期运动和混沌共存的现象,并总结了多态共存区域及其相邻区域的运动规律。 展开更多

关键词 非线性zener模型 分数阶微分 超谐波共振 转迁规律

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分数阶非线性隔振系统幅频特性及稳定性研究 被引量：2

11

作者 屈鸣鹤 吴少培 +2 位作者 俞力洋 李国芳 丁旺才 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2023年第3期40-46,共7页

建立分数阶非线性Zener模型描述橡胶隔振系统的力学特性,采用高阶谐波平衡法求解系统响应的近似解,并与数值方法所得结果进行比较,给出系统发生鞍结分岔的边界条件,分析参数对系统多态共存频带以及幅频响应的影响规律。研究表明:不同激... 建立分数阶非线性Zener模型描述橡胶隔振系统的力学特性,采用高阶谐波平衡法求解系统响应的近似解,并与数值方法所得结果进行比较,给出系统发生鞍结分岔的边界条件,分析参数对系统多态共存频带以及幅频响应的影响规律。研究表明:不同激励频率下的系统动力学响应存在周期运动多样性;分数阶的系数增大会导致系统主共振和超谐波共振的峰值降低;随着分数阶的阶数增大,系统主共振幅值先降低后升高,三次超谐波共振幅值降低,而更高次超谐波共振幅值先升高后降低;系统在超低频区也存在有效隔振的情况,考虑高次超谐波响应的隔振性能与实际情况更为接近。 展开更多

关键词 振动与波 分数阶微分 非线性zener模型 超谐波共振 隔振性能

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