永磁风力发电机热-机械载荷下绝缘层应力损伤研究

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作者 何玉灵 代德瑞 +3 位作者 徐明星 张文 白怡凡 万书亭 《中国工程机械学报》 北大核心 2024年第6期810-815,共6页

以永磁风力发电机定子绕组绝缘层为研究对象,通过理论推导、仿真与实验验证得到绝缘层在热-机械载荷作用下的应力应变损伤规律。与以往绝缘损伤研究不同,本文针对热-机械联合载荷下的绕组绝缘不同部位应力损伤规律进行探究,并以5 kW永... 以永磁风力发电机定子绕组绝缘层为研究对象,通过理论推导、仿真与实验验证得到绝缘层在热-机械载荷作用下的应力应变损伤规律。与以往绝缘损伤研究不同,本文针对热-机械联合载荷下的绕组绝缘不同部位应力损伤规律进行探究,并以5 kW永磁风力发电机为分析对象,进行有限元计算与实验验证。研究结果表明:5 kW发电机绕组绝缘层在机械载荷作用下的应力应变幅值远小于热载荷,但应力分布比热载荷更集中,热-机械载荷联合作用下的应力分布结果与热载荷相似。单载荷与联合载荷作用下的绝缘失效危险位置均为2处,分别为关节处和鼻端内侧。 展开更多

关键词 永磁风力发电机 绕组绝缘层 热-机械载荷 应力应变

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考虑偏心的发电机绕组振动与绝缘损伤研究

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作者 代德瑞 何玉灵 +4 位作者 张文 杨鹏 徐明星 唐贵基 宋立琴 《振动.测试与诊断》 北大核心 2025年第4期650-657,839,共9页

针对振动作用下发电机绕组绝缘断裂损伤机理与偏心故障影响机制尚未明确的问题,提出考虑静态偏心故障的绕组绝缘损伤分析方法。首先,建立理论模型,对偏心前后的绕组电磁力与绝缘断裂情况进行解析;其次,构建有限元分析模型并进行电磁场分... 针对振动作用下发电机绕组绝缘断裂损伤机理与偏心故障影响机制尚未明确的问题,提出考虑静态偏心故障的绕组绝缘损伤分析方法。首先,建立理论模型,对偏心前后的绕组电磁力与绝缘断裂情况进行解析;其次,构建有限元分析模型并进行电磁场分析,验证偏心前后的电磁力分布、幅值及频率变化;然后,进行结构场仿真,揭示绝缘应力分布与裂纹扩展情况;最后,通过实验来验证理论模型与有限元分析结果。结果表明:在正常情况下,各绕组所受电磁力基本相同;发生偏心故障后,气隙减小(增大)处绕组电磁力增大(减小),且偏心不会改变端部绕组的电磁力及振动的频率,主要为二倍频;绕组关节处(尤其是正面)的应力与裂纹应力强度因子最大,最易产生张开型(Ⅰ型)裂纹扩展,且裂纹应力强度因子随着偏心程度的增大而增大。 展开更多

关键词 发电机 绕组绝缘 偏心 振动 裂纹

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不同挤压工况下圆柱形锂离子电池的压缩响应研究 被引量：1

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作者 张涛 郑家豪 +5 位作者 张新春 吴晓囡 黄子轩 尹啸笛 张晓翠 张英杰 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第20期5-10,共6页

为了满足动力锂离子电池在机械滥用下安全运行的要求,利用实验和有限元模拟相结合的方法对不同挤压工况下锂离子电池的压缩响应特性和失效机理进行了研究。通过自行搭建的三维数字图像相关法监测平台,对18650圆柱形锂离子电池进行了挤... 为了满足动力锂离子电池在机械滥用下安全运行的要求,利用实验和有限元模拟相结合的方法对不同挤压工况下锂离子电池的压缩响应特性和失效机理进行了研究。通过自行搭建的三维数字图像相关法监测平台,对18650圆柱形锂离子电池进行了挤压实验,给出了不同挤压工况(平面压缩、局部压痕和三点弯曲)下电池的力-电-热响应行为。基于COMSOL多物理场仿真软件建立了挤压载荷下圆柱形锂离子电池的多物理场耦合模型,具体讨论了加载方式对锂离子电池压缩响应的影响,并与实验结果进行了对比分析,二者吻合较好。研究结果表明,平面压痕和局部压缩工况下锂离子电池表现出一致的响应特性,承载力达到峰值后迅速下降;平面压缩工况下电池的峰值力大于局部压痕工况,随着荷电状态(SOC)的提高,电池的承载能力增强。本工作可为锂离子电池多功能设计和安全评估提供参考。 展开更多

关键词 锂离子电池 挤压 力-电-热响应 电池失效 多物理场

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基于数据驱动的输电塔结构智能规划方法

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作者 孟祥俊伟 郑哲 +2 位作者 江文强 王青龙 王璋奇 《中国工程机械学报》 北大核心 2024年第6期794-799,共6页

结构规划是输电塔整体设计流程的重要环节,传统的计算机辅助设计方法可以满足一般的任务需求,但其本身不具备自主设计能力,需要人工进行干预。本文基于生成对抗网络与图神经网络开展了输电塔结构智能规划方法的研究,针对当前训练数据匮... 结构规划是输电塔整体设计流程的重要环节,传统的计算机辅助设计方法可以满足一般的任务需求,但其本身不具备自主设计能力,需要人工进行干预。本文基于生成对抗网络与图神经网络开展了输电塔结构智能规划方法的研究,针对当前训练数据匮乏问题,提出生成对抗网络与图神经网络的数据集制作及增广方式,实现了不同网络模型下所构建数据集的有效训练,最终对多个网络生成方案的可行性进行了综合评估。研究结果表明,pix2pixHD较同类网络生成质量更好,与以往典型设计案例更为相似。对于输电塔的桁架结构,基于图神经网络在非欧空间的材料设计方案具有更好的结构形式和更强的直观性,且正确率也较高。 展开更多

关键词 结构规划 生成式对抗网络 图神经网络 数据增广

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气隙偏心对永磁发电机绕组绝缘温度特性影响

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作者 何玉灵 白怡凡 +4 位作者 张文 李勇 徐明星 王晓龙 唐贵基 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第5期944-954,共11页

绕组绝缘温度是影响永磁发电机发电效率和运行安全的重要因素,现有研究主要关注正常工况下的损耗-温升特性,对于非正常工况下铁芯-绕组的损耗-热载特性和绝缘温升规律研究亟待深入。本文以一台5kVA永磁发电机为例,对气隙偏心前后的发电... 绕组绝缘温度是影响永磁发电机发电效率和运行安全的重要因素,现有研究主要关注正常工况下的损耗-温升特性,对于非正常工况下铁芯-绕组的损耗-热载特性和绝缘温升规律研究亟待深入。本文以一台5kVA永磁发电机为例,对气隙偏心前后的发电机定子绕组绝缘温度场进行了分析。对发电机气隙偏心前后的气隙磁通密度、定子电流和损耗表达式进行了理论推导;根据传热基本原理,建立了发电机磁-热耦合三维模型,应用有限元仿真得到绕组绝缘温度场结果;通过实验对理论和仿真结果进行验证。结果表明,随着气隙偏心程度的增大,发电机各部分损耗增加,定子铁心及绕组绝缘的温度随之升高。同时基于偏心故障下的定子铁心和绕组绝缘温升特性,提出了一种新型的定子铁心通风结构改善发电机的通风散热,通过对比2种不同结构下的定子温度场,表明该结构明显降低了发电机定子铁心和绕组绝缘温度,为通风结构的设计提供了一定的参考。 展开更多

关键词 永磁发电机 气隙偏心 定子铁心 绕组绝缘 温度场 有限元法 故障诊断 结构优化

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永磁发电机动偏心故障下关键部件振动特性

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作者 何玉灵 代德瑞 +4 位作者 徐明星 张文 万书亭 唐贵基 慈铁军 《振动.测试与诊断》 北大核心 2025年第3期535-542,623,624,共10页

针对永磁同步发电机气隙动偏心故障下关键部件振动特性研究不足的问题,提出便捷经济的发电机动偏心实验模拟方案,分析发电机定子、定子绕组与转子在动偏心故障前后的振动特性。首先,通过建立理论解析模型,揭示动偏心对定子单位面积磁拉... 针对永磁同步发电机气隙动偏心故障下关键部件振动特性研究不足的问题,提出便捷经济的发电机动偏心实验模拟方案,分析发电机定子、定子绕组与转子在动偏心故障前后的振动特性。首先,通过建立理论解析模型,揭示动偏心对定子单位面积磁拉力、绕组电磁力与转子不平衡磁拉力及相关部件振动特性的影响机理;其次,构建有限元模型并进行电磁与谐响应分析,阐明定子、绕组及转子的激振力与振动响应特性;然后,搭建基于轴承内圈更换的动偏心实验模拟装置并进行关键部件的振动测试,实现不同偏心程度下的实验验证;最后,对理论、仿真与实验结果进行对比验证,三者结论一致。结果表明:正常情况下定子单位面积磁拉力与绕组电磁力频率成分主要为直流与二倍频,定子及端部绕组的振动频率成分主要为二倍频,转子因无不平衡磁拉力激励故无振动;但动偏心故障下定子单位面积磁拉力与绕组电磁力及二者的振动响应会产生原频率加减转子转频的边带频率成分,而转子受到方向不断变化的不平衡磁拉力,产生频率为转频的振动,且关键部件的受力及振动幅值随着偏心程度的增大而增大。 展开更多

关键词 永磁同步发电机 动偏心 关键部件 振动特性 频率成分

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基于弹性压紧与改进轮槽的线路巡检机器人抗风性优化设计

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作者 何玉灵 庞子旺 +4 位作者 代德瑞 刘振华 陈宇锋 郑海 姬艳鹏 《机械强度》 北大核心 2025年第9期205-212,共8页

针对风载荷作用下高空线路巡检机器人稳定性不足的问题,提出了新型弹性压紧机构与改进轮槽的优化策略,可有效提升其行走稳定性,研制了一款输配电线路巡检机器人,实现了飞行与行走双模态切换功能。首先,建立了机器人在风载荷下的动力学模... 针对风载荷作用下高空线路巡检机器人稳定性不足的问题,提出了新型弹性压紧机构与改进轮槽的优化策略,可有效提升其行走稳定性,研制了一款输配电线路巡检机器人,实现了飞行与行走双模态切换功能。首先,建立了机器人在风载荷下的动力学模型,推导了摆动衰减时间与压紧力、接触面积及摩擦因数之间的关系。其次,通过动力学仿真验证了两种优化策略在抑制摆动方面的性能优势。最后,通过室外风摆试验验证了结构改进效果。结果表明,弹性压紧机构能够有效增加压紧轮和线路接触面积,改进轮槽可提升行走轮摩擦因数,两者均显著缩短了机器人摆动衰减时间,提升了机器人在风载扰动环境下的巡检稳定性。为高空线路巡检机器人在复杂环境中的稳定运行提供了有效的技术支撑与工程实践依据。 展开更多

关键词 线路巡检机器人 风载荷 弹性压紧机构 改进轮槽 摆动衰减时间

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小体积电缆管道打磨机器人控制系统设计

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作者 何玉灵 薛瑞 +4 位作者 代德瑞 庞子旺 孔凡坊 张翼 占鹭林 《现代电子技术》 北大核心 2025年第8期93-99,共7页

地下电缆已成为城市电网的重要组成部分,但目前施工过程中电缆易因管道错位问题而被划伤,亟需设计一款电缆管道边缘打磨机器人,提前排除电缆划伤隐患,其中机器人的软硬件控制系统是设计的重中之重。在此背景下,开发了一个基于STM32的硬... 地下电缆已成为城市电网的重要组成部分,但目前施工过程中电缆易因管道错位问题而被划伤,亟需设计一款电缆管道边缘打磨机器人,提前排除电缆划伤隐患,其中机器人的软硬件控制系统是设计的重中之重。在此背景下,开发了一个基于STM32的硬件电路、软件控制系统的上位机操作界面。使用EDA软件设计系统部分硬件电路,包括最小系统板、降压电路、CAN通信电路和电机驱动电路;在Keil5软件中,应用串级PID控制算法设计了各模块的软件控制程序;基于C#语言,使用Visual Studio软件设计了上位机人机交互界面。经过样机制作与实验验证,证明了该机器人整体功能完善,能够通过上位机界面实现图像传输、机器人行进以及管壁打磨等功能,完全能够满足小体积电缆管道打磨机器人的作业要求。 展开更多

关键词 电缆管道 打磨机器人 控制系统设计 硬件电路 STM32 串级PID CAN

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二节点抛物线模型在采空区线路状态仿真分析中的应用

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作者 陈庆昊 马海鹏 王璋奇 《华北电力大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期108-115,124,共9页

采空区线路数字仿真对研究线路特征,分析杆塔倾斜对塌陷区连续档线路状态的影响具有重要意义。考虑到导线的拉伸形变主要来源于导线自重,取架线完成后考虑自重的线长为定值,提出了一个能够反映塌陷区输电线路受力特性的等高二节点抛物... 采空区线路数字仿真对研究线路特征,分析杆塔倾斜对塌陷区连续档线路状态的影响具有重要意义。考虑到导线的拉伸形变主要来源于导线自重,取架线完成后考虑自重的线长为定值,提出了一个能够反映塌陷区输电线路受力特性的等高二节点抛物线模型,用档距端点水平位移表示导线水平张力和弧垂的变化;然后基于节点力平衡条件将单元刚度矩阵集成得到连续档架空导线整体静力学平衡方程;最后以孤立档为例,通过对比悬链线模型和两种常用ANSYS悬索找形法的计算结果来验证模型精确性,并基于二节点抛物线模型对采空区连续档输电线路进行仿真计算,分析不同因素引起的档距改变对导线弧垂和张力以及对悬垂绝缘子串张力的影响。结果表明:此模型精度较好且能用较少的传感器方便的模拟导线初始形态,导线状态对档距增量很敏感,档距很小的变化就可以引起张力大幅度变化,基于该抛物线模型设计的算法可有效对采空塌陷区线路状态进行仿真分析。 展开更多

关键词 采空区 输电线路 二节点抛物线模型 导线状态 传感器

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永磁同步发电机匝间短路故障对绕组绝缘温升特性的影响 被引量：4

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作者 何玉灵 李勇 +3 位作者 张文 白怡凡 徐明星 王晓龙 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期18-30,共13页

本文分析了永磁同步发电机匝间短路故障前后的绕组绝缘温升特性。首先推导了正常情况和匝间短路故障下的气隙磁通密度,相电流、铁心损耗和绕组铜耗解析表达式;然后建立了发电机三维有限元仿真模型,将电磁场中计算得到的各类损耗作为热... 本文分析了永磁同步发电机匝间短路故障前后的绕组绝缘温升特性。首先推导了正常情况和匝间短路故障下的气隙磁通密度,相电流、铁心损耗和绕组铜耗解析表达式;然后建立了发电机三维有限元仿真模型,将电磁场中计算得到的各类损耗作为热源导入温度场计算绕组绝缘温度分布;最后实测了LR-5型故障模拟永磁同步发电机组在不同短路程度下的绕组绝缘温度,理论分析、仿真计算与实验结果相互吻合。结果表明:匝间短路故障后在故障绕组电流的作用下,绕组绝缘温度明显上升,并且随着短路程度的增加而加剧,由绕组绝缘热载荷分布不均而引起的变形、应变和应力也将增加;绕组鼻端处绝缘易因高温而受损,可通过改进冷却散热结构,或在鼻端绝缘局部涂覆耐热涂层提高鼻端绝缘的可靠性。 展开更多

关键词 永磁同步发电机 绕组绝缘 匝间短路 温升特性 危险位置

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汽轮发电机转子匝间短路对定子热响应特性的影响

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作者 张文 何玉灵 +3 位作者 徐明星 代德瑞 王晓龙 李俊卿 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期13-24,共12页

本文分析了汽轮发电机转子匝间短路故障前后定子热响应特性,不仅考虑转子匝间短路引起电压下降对发电机强励动作的影响,还研究了热分布不平衡而引起的定子力学响应。首先推导了正常情况和转子匝间短路故障后加强励磁电流下的气隙磁通密... 本文分析了汽轮发电机转子匝间短路故障前后定子热响应特性,不仅考虑转子匝间短路引起电压下降对发电机强励动作的影响,还研究了热分布不平衡而引起的定子力学响应。首先推导了正常情况和转子匝间短路故障后加强励磁电流下的气隙磁通密度,得到了铁心损耗和绕组铜耗的解析表达式;然后建立了发电机故障前后的三维有限元仿真模型,对不同短路程度故障下的铁心损耗、绕组铜耗与定子温度进行了求解计算;最后实测了CS-5型故障模拟发电机在正常运行和不同短路程度故障下的定子温度,实验结果与理论分析、有限元仿真结果基本一致。结果表明,转子匝间短路故障后由于励磁电流的增强,发电机铁心损耗和绕组铜耗均会增加,定子温度明显上升,并且随着短路程度的增加而加剧;定子端面边缘位置的变形和应力幅值最大并且为热响应下的危险位置。 展开更多

关键词 汽轮发电机 转子匝间短路 强励动作 损耗特性 定子 热响应

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分布式光伏系统电能质量的主客观综合评估

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作者 何玉灵 王博 +4 位作者 孙凯 韩志成 袁兴华 杜晓东 郇嘉嘉 《华南师范大学学报(自然科学版)》 北大核心 2024年第6期17-25,共9页

为解决分布式光伏系统电能质量评估中多维指标权重计算的问题,基于国家标准对电能质量指标进行等级划分,提出了改进遗传投影寻踪法和改进层次分析法,分别用于确定电能质量评价模型中的客观权重和主观权重。通过将主客观权重进行组合,获... 为解决分布式光伏系统电能质量评估中多维指标权重计算的问题,基于国家标准对电能质量指标进行等级划分,提出了改进遗传投影寻踪法和改进层次分析法,分别用于确定电能质量评价模型中的客观权重和主观权重。通过将主客观权重进行组合,获得最终的综合权重。采用边界值计算划分等级区间,并对从分布式光伏系统采集的5组电能数据进行了电能质量评估。结果表明:河北省电力机械装备健康维护与失效预防重点实验室分布式光伏系统的电能质量管理水平良好;系统稳定性较高;相比基于熵值法和改进层次分析法生成的主客观复合权重的电能质量综合评估模型,基于改进遗传投影寻踪法和改进层次分析法生成的主客观复合权重的电能质量综合评估模型更具有科学性和实用性。研究结果对于维持电网稳定、保护用电设备、提高电网整体用电安全具有重要意义。 展开更多

关键词 分布式光伏系统 电能质量 改进遗传投影寻踪法 改进层次分析法 主客观复合权重

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考虑气隙偏心时短路因素对发电机端部绕组振动的影响 被引量：2

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作者 徐明星 何玉灵 +3 位作者 张文 代德瑞 刘翔奥 唐贵基 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第14期112-121,共10页

端部绕组振动是导致绝缘磨损和退化的关键因素之一,因此对同步发电机在转子匝间短路下的端部绕组振动特性进行了研究。不同于以往,该研究不仅考虑了转子匝间短路程度,还考虑了转子匝间短路位置和气隙偏心程度对端部绕组振动的影响。首... 端部绕组振动是导致绝缘磨损和退化的关键因素之一,因此对同步发电机在转子匝间短路下的端部绕组振动特性进行了研究。不同于以往,该研究不仅考虑了转子匝间短路程度,还考虑了转子匝间短路位置和气隙偏心程度对端部绕组振动的影响。首先理论推导得出定子端部绕组的受力表达式;然后基于电磁-结构耦合模型得到了绕组电磁力及其力学响应特性,如变形、应变和应力;最后在CS-5故障模拟发电机进行试验验证。试验结果与理论分析、有限元计算结果基本一致。结果表明,转子匝间短路会给绕组电磁力带来额外的50 Hz(基本频率)、150 Hz和200 Hz的谐波。随着气隙偏心程度/转子匝间短路程度/短路位置与大齿之间距离增大,端部绕组电磁力/振动加剧。此外,复合故障对端部绕组振动影响更为严重。在定子绕组电磁力作用下,定子绕组鼻端部位为最大变形位置,同时绕组直线段与端部的连接处易发生绝缘磨损,在制造及后期维护中应重点关注。 展开更多

关键词 同步发电机 转子匝间短路 气隙偏心 电磁力 绕组振动

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同步发电机定子-绕组系统耦合振动特性

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作者 徐明星 何玉灵 +3 位作者 张文 代德瑞 付滋翔 万书亭 《电机与控制学报》 CSCD 北大核心 2024年第11期12-24,共13页

针对同步发电机定子-绕组系统耦合振动问题,重点研究了发电机定子-绕组系统的一、二次强迫耦合振动特性。首先建立了发电机铁心和绕组系统的力学解析模型,推导得到了定子铁心所受的磁拉力解析表达式、定子绕组所受的电磁力解析表达式,... 针对同步发电机定子-绕组系统耦合振动问题,重点研究了发电机定子-绕组系统的一、二次强迫耦合振动特性。首先建立了发电机铁心和绕组系统的力学解析模型,推导得到了定子铁心所受的磁拉力解析表达式、定子绕组所受的电磁力解析表达式,分析两种载荷各自的激励特性和相互间的耦合特性、定子铁心和定子绕组的振动响应特性。然后,在有限元仿真软件中建立了发电机三维全局模型并进行了机-电-磁多场耦合仿真计算,得到了铁心与绕组的载荷激励数据和力学响应数据。最后,利用YC-3型一、二次强迫振动耦合实验机组,对绕组所受到的一次强迫振动、二次强迫振动和一、二次强迫耦合振动特性进行验证。结果表明,发电机运行时定子-绕组系统激励及其一、二次强迫振动均为耦合加成关系,端部绕组耦合激励/耦合振动主要包括直流分量和二倍频成分,且直流分量和二倍频成分的幅值大于仅受单一激励下的幅值。 展开更多

关键词 同步发电机 定子-绕组系统 定子磁拉力 绕组电磁力 耦合振动

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