流变参数范文

流变参数范文（精选5篇）

流变参数 第1篇

实数编码直接使用问题变量进行编码,染色体X的形式为:X实数型遗传算法与传统的二进制型遗传算法相比,其显著的特点在于个体表示形式的直接有效性和交叉、变异操作方法的多样性;同时,实数编码具有精度高,便于大空间搜索的优点[3]。因此,本文基于铜黄高速公路富溪隧道进口段监测数据进行位移反演,采用反演参数进行正算,以检验算法的可行性。

1 粘弹性位移反分析

富溪隧道进口端为Ⅴ级围岩偏压段,围岩破碎,节理发育,为泥夹石,围岩稳定性差,流变特性显著。监测数据显示,围岩具有粘性流动性质,变形特性符合Burgers模型。位移反分析具体步骤如下:

1)反演参数范围的确定。

本文采用Burgers模型来模拟围岩的力学特性,此模型有4个参数:E1,E2,η1,η2。根据现场的围岩勘察报告,初步确定各参数的取值范围为:

E1∈[1.0e9,2.0e9],E2∈[1.0e8,2.0e8],η1∈[1.0e12,2.0e12],η2∈[9.0e11,1.0e11]。

计算过程中根据反演的结果再多次调整试算的范围,直至求得符合要求的解。

2)目标函数的确定。

文中采用二次反分析法,先求出蠕变柔量[4],再利用反分析求最优化参数。二者关系式为:

利用式(1)和上节根据实测位移求得的蠕变柔量建立反分析模型,取目标函数为:

其中,Jabs1(t)为t时刻对应的蠕变柔量;J1(t)为t时刻蠕变柔量的计算值,由弹性模量和粘弹性模量组成。

为了表征各个点的逼近程度,应采用由实测位移求得的蠕变柔量和理论值组合的相对值表示,即:

3)编码。

实数编码直接使用问题变量进行编码,染色体X的形式为:X=(x1,x2,x3,…,xn),xi∈R,i=1,2,…,n,不需要反复的编码和解码操作,精度高,便于大空间搜索。

4)初始化变量。

采用如下线性变换初始化变量x(j)。

其中,y(j)为[0,1]区间上产生的随机数,通过y(j)就可以初始化变量x(j);[a(j),b(j)]为变量x(j)的取值区间。

5)父代群体初始化。

设群体规模为n,则变量为{x(i,j)i=1,2,…,n;j=1,2,…,p}。生成随机数为{y(i,j)i=1,2,…,n;j=1,2,…,p},利用步骤1)进行初始化变量{x(i,j)i=1,2,…,n;j=1,2,…,p}。把规模为n有p个变量{x(j)j=1,2,…,p}分别代入目标函数,得到目标函数值{f(i)i=1,2,…,n},把{f(i)i=1,2,…,n}按从小到大的顺序排序,对应的p个{y(i,j)i=1,2,…,n;j=1,2,…,p}也跟着排序。

6)父代群体的适应度评价。

目标函数值越小表示该个体的适应度值越高,反之亦然。据此,定义适应度函数值F(i)为F(i)=1/(f(i)+0.001)。

其中,分母“0.001”是经验设置的,以避免f(i)值为0的情况。

7)概率选择与移民操作。

对步骤6)中得到的适应度函数值{F(i)i=1,2,…,n}进行归一化处理,得到选择概率

再令,序列{p(i)i=1,2,…,n}把[0,1]区间分成n个子区间。p(0)=0.0与区间左端点0对应,这些子区间与n个父代个体一一对应。选择排序后最优秀的m个(一般取5个)个体直接进行移民操作,把父代群体的{y(i,j)i=1,2,…,m;j=1,2,…,p}直接赋给第1个子代群体{y1(i,j)i=1,2,…,n;j=1,2,…,p}。随机产生n-m个随机数{u(k)k=1,2,…,n-m},若u(k)落在[p(i-1),p(i)]中,则第i个个体{y(i,j)j=1,2,…,p}被选中,即{y1(i,j)=y(i,j)},j=1,2,…,p。

8)交叉操作。

本文采用线性交叉。随机生成两个随机数u1,u2,以概率ps(i)随机选择一对父代个体{y(i1,j),y(i2,j)j=1,2,…,p}作为双亲,再生成随机数u3,进行如下线性组合即交叉,产生1个子代个体{y2(i,j)j=1,2,…,p}。

通过以上杂交操作,产生了第2代子代个体,共n个。9)变异操作。

其中,j=1,2,…,p;um为随机数,产生第3个子代,共n个10)演化迭代。

由前面的步骤7)～步骤9)所产生的3 n个子代个体,按照目标函数值从小到大(适应度函数值从大到小)进行排序,取前面的n个子代个体作为新的父代个体,转入步骤6)进行下一轮演化,重新对新的父代进行评价、概率选择和移民操作、杂交操作、变异操作,如此反复进行。

实测数据取断面K205+760中导洞水平位移值,按上述步骤,求得相应的蠕变柔量,再进行反演,得参数值,见表1。

2 算法检验

为了检验此反分析的可行性,本文利用反演得到的参数进行FLAC模拟计算,通过计算位移与监测位移的比较来检验算法的准确性。针对本文的研究目的,并结合理论分析,通过试算分析,确定了模型的边界,隧道底取40 m,水平方向大于3倍洞宽(单侧80 m),上方取至地表。四周水平法向约束,隧道底竖向约束,地表为自由面。

算法可行性评价:

由于在反分析时,目标函数是通过求解尖三心圆隧道围岩位移的解析式求得的,解析法假定围岩发生的是小变形,而此工程为软弱围岩,符合大变形理论,因此,由于二者计算理论的差异,造成模拟存在一定的误差。中导洞断面K205+760围岩计算位移最大值为26.95 mm,实测值为18.83 mm,此差值可通过修正系数加以修正;模拟主洞开挖的参数是由中导洞的位移反演求得的,由于二者尺寸大小、结构形式、支护参数、开挖方式、施工组织等外部因素的不同,二者实际对应的等效参数值肯定存在一定的差异,因此在用中导洞的参数进行模拟主洞开挖时,难免出现误差。但是,由于模拟的变化趋势、转折点和实际基本一致,满足工程实际的需要,故此算法在实际施工工程中仍具有一定的指导意义。

3结语

1)基于实数编码的遗传算法直接使用实数作为染色体参与遗传操作,无需特定的编码和解码过程,因此降低了算法实现的复杂度,且提高了算法的执行效率,尤其是当处理大规模复杂问题、高维数值优化问题或子目标个数较多的多目标优化问题时,算法的效率更能得到体现。2)实数编码的遗传算法以其高效的搜索能力,适合实时监控、预测围岩动态。3)在进行复杂地质的隧道和大跨地下洞室施工时,本文算法可将试验段的监测数据反演岩性参数应用于后续段开挖,对优化设计参数和开挖工艺具有一定的指导意义。

参考文献

[1]杨德林.岩土工程的反演理论与工程实践[M].北京:科学出版社,1999.

[2]丁德馨.弹塑性位移反分析的智能化方法及其在地下工程中的应用[D].上海:同济大学,2000.

[3]张有富,周玉良.改进的实码加速遗传算法[J].合肥工业大学学报,2005,28(6):655-660.

流变参数 第2篇

1 对象与方法

1.1 对象

2010年1—12月我中心接检的健康检查人员5 885人,年龄17～89岁,男3 501名,女2 384名。要求被检者检查前3 d停用各种药物,禁食高脂食物,空腹12 h后抽取静脉血4 ml,肝素抗凝。

1.2 方法

采用北京中勤世帝生产的VISCOMETER R 80A型全自动血流变仪测定全血高切、中切、低切和血浆粘度,结果判定以血流变学检测结果高于参考值上限为异常。

1.3 统计学分析

数据采用Excel 2003建立数据库,使用SPSS 13.0进行数据统计处理。率的差异比较用χ2检验,以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般情况

5 885名健康检查人员全血高切黏度异常478人,检出率为8.12%;中切黏度异常563人,检出率为9.57%;低切黏度异常900人,检出率为15.29%;全血黏度3项均异常者312人,检出率为5.30%。血浆黏度异常57人,检出率为0.97%。

2.2 全血黏度3项指标均异常者性别分布情况

如表1所示,男性全血黏度的3个切值均异常检出率为6.51%,高于女性异常率3.52%,卡方检验结果显示,不同性别的全血黏度3个切值均异常的检出率差异有统计学意义(χ2=28.097,P<0.01)。

注:χ2=28.097, P<0.01。

2.3 全血黏度均异常者年龄分布情况

全血黏度均异常者年龄分布情况如表2所示,各年龄组之间的异常率差异有统计学意义(χ2=84.561, P<0.01)。异常率最高的为≥76岁年龄组,为20.8%;61～75岁年龄组仅次之,为7.3%。异常率最低的为15～30岁年龄组,仅为3.9%。除了46～60岁年龄组外,异常率基本是随年龄增加而增加。

注:χ2=84.561, P<0.01。

3 讨论

目前,血液流变学检验已广泛地应用于临床,特别是对血栓前状态和血栓栓塞性疾病的发生、发展和发病机制的判断有重要价值,对心、脑血管疾病[2]、糖尿病[3]、恶性肿瘤[4,5],血液流变学检测也有较重要的应用价值。在预防医学角度,健康检查人群的血液流变学参数对相关疾病的预防有重要的参考作用。

本次分析的5 885名健康检查人群全血黏度3项均异常者检出率为5.30%,血浆黏度异常检出率为0.97%,这个结果说明在健康检查人群中进行血液流变学检验是有实际筛选作用的,有利于疾病的早期发现和防治。本次分析的全血黏度和血浆黏度异常率均低于文献报道的企业工人的血流变学参数结果(分别为19.7%,2.1%)[6]。原因是:①北京居民的整体健康状况优于文献报道企业所在地长春,存在一定的地域差异。②目前在我中心开展的健康检查工作中,包含有血液流变学的检查是属于较高级别的,而只有福利待遇较好的单位或生活条件较好的个人才会申请较高级别的检查,可以推断其工作环境和生活质量均优于企业工人,那么健康状况也相对较好。

全血黏度3项均异常的检出率在性别的分布情况显示,男性异常率(6.51%)高于女性异常率(3.52%),两者的差异有统计学意义。这与文献报道的企业工人的血流变学参数结果在性别的分布上一致[6]。原因是男性由于社会角色的原因,在工作和生活上承担了比女性更多的压力,工作压力对男性健康状况的影响更大[7],男性吸烟和喝酒的比率也明显高于女性[8]。由此,我们在给客户出具最终的检查报告的同时,提出一些健康建议,如及时释放压力,科学调整饮食结构、戒烟限酒和适度运动等。

全血黏度3项均异常者的检出率在年龄的分布情况显示,异常率基本是随年龄增加而增加,异常率在76岁以上年龄组检出率最高。据文献报道,老年疾病和血液流变学的改变密切相关,血液流变性异常和癌细胞转移扩散关系密切,血液流变学在老年性高血压病、糖尿病、心绞痛和癌症的防治中有重要价值[9]。那么我们在发现中老年客户血液流变学结果异常时,应及时建议客户依据体检结果积极进行有针对性的进一步检查。同时,随着年龄增大,中老年人群应加大对健康状况的重视,定期进行血液流变学监测,对预防和治疗老年性疾病有着重大参考意义。

摘要：目的 了解北京市健康检查人群血液流变学指标情况。方法 采用北京中勤世帝生产的VISCOMETER R 80A型全自动血液流变学仪测定各种指标。结果 血液流变学全血黏度指标3项异常者占5.30%,不同性别及不同年龄组血液流变学参数差异有统计学意义(P<0.01)。结论 血液流变学变化与性别、年龄有关,血液流变学监测有利于疾病的早期发现和防治。

关键词：健康检查人群,血液流变学,参数

参考文献

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[6]赵茜,曹铁臣,李洪印,等.872名企业工人血液流变学参数调查分析[J].中国实用医药,2009,4(26):253-254.

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[8]张新莉,于英楠.急性脑梗塞296例临床与流行病学分析[J].中华医学研究杂志,2003,3(1):91-92.

流变参数 第3篇

泥浆现场及实验室内测定泥浆流变性常用同轴圆筒旋转粘度计。其设计是基于牛顿流体在旋转库特流 (Couette) 流场中的流动行为。测定牛顿流体时, 在流动达到稳态条件下, 粘度计内筒筒壁处的剪切速率与外筒转速成正比。其比值为1.703。而对于非牛顿流体, 由于其流型的改变, 内外筒间的环隙处流场将随之发生改变。理论计算发现, 此时内筒壁处的剪切速率与外筒转速的比值不再是固定值1.703。除水等大多数纯液体、油类、低分子化合物为牛顿流体外, 一般泥浆都属于宾汉流体、幂律流体、卡森流体等非牛顿流体[1]。因此, 有必要对旋转粘度计所测泥浆流变参数结果进行修正。

刘大红、赵庆、李民[2]以牛顿流体为模型进行了旋转粘度计理论公式的推导, 但推导过程不能解释非牛顿流体测量误差产生的原因。乌效鸣、俞承城[3]对旋转粘度计测量流体动切力时产生误差的原因进行了分析, 但未能说明流型改变对于环隙中流场分布的影响, 而且分析只限于宾汉流体, 未说明其他非牛顿流体产生误差的原因。本文从流体动量平衡微分方程角度出发, 详细阐述了旋转粘度计的工作原理以及各种流型的非牛顿流体测量误差产生的根本原因。

1 非牛顿流体流变参数的修正

1.1 旋转粘度计工作原理

旋转粘度计工作时, 在内外筒间的环隙处形成旋转库特流。其流动特点是:流体在轴向及径向分速度为零, 周向速度在径向及周向无梯度变化。根据流体动量平衡微分方程整理, 可得流体的流动方程为:

其中r为流体在环隙处的半径, τ为作用r壁面处得剪切应力。由 (1) 式可知r2τ为常数。而作用在r壁面处的剪切力矩M可按下式计算:

其中h为粘度计外筒长度。由 (2) 式可知, 当外筒转速一定时, 无论任何流体, 其剪切力矩M都是一个常数。对于牛顿流体, 其本构方程为:

其中ω为半径r处的角速度, μ为流体粘度。将 (2) 式代入到 (3) 式中, 并根据定解条件:r=R1, ω=0;r=R2, ω=πΩ/30积分整理可得内筒壁处的剪切速率为:

其中Ω为外筒转速, rpm;R1为内筒半径, R2为外筒半径。由 (4) 式可知内筒壁处的剪切速率与外筒转速成正比。对于ZNN-D6型旋转粘度计, 其比值为1.703, 计算得内外筒半径比值R1/R2=0.93649。粘度计测量时, 表盘上每旋转一格代表0.511Pa的剪切应力, 因此通过记录外筒转速和表盘读数, 便可得出剪切速率与剪切应力的关系。这便是旋转粘度计的工作原理。

1.2 宾汉流体的测量误差分析

宾汉流体的本构方程为:

其中τ0为动切力, μ为塑性粘度。将 (2) 式代入到 (5) 式的本构方程中。并根据边界条件:r=R1, ω=0;r=R2, ω=πΩ/30积分整理可得内筒壁处的剪切应力与外筒转速的关系为:

把本构方程 (5) 回代到 (6) 式中, 并把R1/R2=0.93649代入方程中, 可得内筒壁处剪切速率与外筒转速的关系:

由此可见, 对于宾汉流体, 内筒壁处得剪切速率与外筒转速不再成正比, 而是与泥浆的动塑比有关。如果旋转粘度计在600rpm和300rpm下的读数分别为Φ600和Φ300。将转速和读数分别代入到方程 (6) 中可得一组关于的方程组, 解方程得

而对于宾汉流体, τ0和μ通常的计算方法为:

比较 (8) 式和 (10) 式, 以及 (9) 式和 (11) 式可知, 旋转粘度计测量宾汉流体的流变参数时, 塑性粘度μ无误差, 动切力τ0的测量值则比实际值偏大6.29%。

1.3 幂律流体的测量误差分析

幂律流体的本构方程为:

依照宾汉流体的推导方法, 可以计算出内筒壁处剪切速率与外筒转速的关系:

由于流体的n值不变, 所以幂律流体测量中, 外筒转速与内筒处的剪切速率仍然成正比。只是其比例系数不再是1.703, 而是取决于n值的大小, 用θ表示这个系数。θ与n值得对应关系见表1。n值可按 (14) 式进行计算, 将 (14) 式的计算结果代入到 (13) 式和 (12) 式中, 即可算得K的值。修正后的计算结果与测量结果对比表明, n值的测量无误差, 而K值的偏差取决于θ与1.703的比值, 相对偏差△rk可由 (15) 式算得。

由表1的计算结果可知, 除了n=0.1的情况外, 其他情况下, K测量值与实际值的偏差均小于0.2%, 可以忽略不计。

1.4 卡森流体的测量误差分析

卡森流体的本构方程为:

依照前面的推导方法, 可计算出内筒壁处剪切速率与外筒转速的关系:

回代到本构方程 (16) 中, 并忽略方程中0.3459×10-3τc/μ∞的值, 解得

其中:。由 (18) 式可知, μ∞的测量值与实际值相同, 而τc的实际值计算比较复杂, 其测量误差的大小取决于所选取的外筒转速和对应的剪切应力值。

通常选取600rpm和100rpm的读数计算卡森流体的流变参数。代入式 (18) 中, 计算可得:

该式与文献[4]给出的公式相同, 说明旋转粘度计测量卡森流体时流变参数μ∞无误差。引用文献[5,6,7]所测数据进行分析, 其τc的测量误差见表2。表中表中计算结果表明, 所选四个样本的测量偏差均达到了6.5%以上。有必要对测量结果进行修正。

2 结论

(1) 使用同轴圆筒旋转粘度计测量非牛顿流体的流变参数时, 其测量结果与流体的实际流变参数存在一定偏差。这是由于旋转粘度计是按照牛顿流体的流动行为设计的。

(2) 对于宾汉流体, 塑性粘度μ的测量值与实际值无偏差, 动切力τ0的测量值比实际值偏高6.35%;对于幂律流体, 稠度系数K和流型指数n的测量结果与实际值偏差不大, 可以忽略;对于卡森流体, 极高限剪切粘度的μ∞的测量值无误差, 卡森屈服值τc的测量误差取决于所选取的外筒转速和对应的剪切应力值。

(3) 实例计算表明, 具有屈服值类型的流体, 其屈服值测量误差较大, 一般高于6%, 应进行修正。

摘要：传统认为, 旋转粘度计的剪切速率与外筒转速的比值为1.703, 实际上这一关系只适用于牛顿流体。使用旋转粘度计进行非牛顿流体测量时, 二者关系将发生变化。本文从流体的动量平衡微分方程出发, 对旋转粘度计的工作原理进行了阐述。同时推导出了宾汉流体、幂律流体和卡森流体, 三种流体测量时剪切速率与外筒转速的关系式。并以此计算出了各流变模式下流变参数的修正公式。结果表明, 具有屈服值的流体, 其屈服值测量误差在6%以上。

关键词：旋转粘度计,动量平衡微分方程,非牛顿流体,流变参数,误差

参考文献

[1]黄汉仁, 杨坤鹏, 罗平亚.泥浆工艺原理[M].北京:石油工业出版社, 1981:28.

[2]刘大红, 赵庆, 李民.旋转粘度计理论公式的探讨[J].石油钻采工艺, 1994, 16 (3) :40-42.

[3]乌效鸣, 俞承城.旋转粘度计动切力测算值误差原因的分析[J].中国地质大学学报, 1993, 18 (2) :235-239.

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流变参数 第4篇

堆石坝是一种安全、经济且具有广泛适用性的坝型, 目前在国内外应用广泛。通过分析一些已建堆石坝观测资料易知[1], 堆石坝竣工后仍会产生一定的后期沉降, 且后期沉降一般占坝高的0.1%左右, 其中一部分是由水位变化导致, 而另一部分则是堆石料流变引起的。所以在实际工程中, 考虑堆石料的流变效应是十分必要的。

七参数流变模型作为沈珠江三参数模型的改进模式, 能够同时反映剪应力、围压以及应力水平对变形的影响, 是堆石料流变分析最常用的模型之一。而确定七参数流变模型参数的主要方法有:通过堆石料三轴流变试验确定;通过工程类比确定;通过对实测结果的反演分析确定。而在堆石料流变变形反演分析中, 由于七参数流变模型参数较多, 计算量大且计算结果复杂[2]。通过对流变参数进行敏感性分析, 给出各参数对研究结果的敏感性排序。由此, 在进行反演分析时, 可以只对敏感性大的参数进行反演, 而敏感性小的参数则通过相似工程类比得到, 可以大大减少工作量。因此, 通过进行七参数流变模型参数敏感性分析来为堆石料流变变形反演分析提供指导, 具有良好的工程应用前景。

本文在对堆石料基本原理分析的基础上, 结合国内某面板堆石坝工程实例, 采用正交试验法, 研究了七参数流变模型各参数对堆石料最大竖向位移和面板最大挠度的敏感性, 以期为面板堆石坝流变分析模型参数选取提供理论依据。

1 堆石流变模型基本原理

1994年, 沈珠江提出了三参数流变模型[3], 该模型采用滞后变形理论考虑堆石料的蠕变特性, 用初应变法计算土体的黏滞荷载。堆石的流变特征指数型曲线表示为:

式中:εf为时的最终流变量, 与应力状态有关;α相当于t=0时单位时间流变量占εf的比值。

对堆石料而言, 其体积流变与剪切流变有不同的规律。根据试验研究结果, 对体积与剪切流变分别建议采用如下关系式:

式中:εvf和εsf分别为最终体积流变和最终剪切流变;α、b和d为参数, b为3等于一个大气压时的最终体积流变量;d为应力水平SL=0.5时的最终剪切流变量, 破坏时SL=1.0, εsf→∞。

堆石料流变变形与堆石料的应力状态密切相关。在沈珠江三参数流变模型中, εvf和εsf分别假定为只与围压和应力水平有关, 且假定最终体积流变量与围压成线性关系。但大量的实验证明εvf还与剪应力有关, 且体积流变量与围压并非线性关系, 即随着荷载的增加, 流变量的增加逐渐减少。为了改进三参数流变模型的不足, 文献[4]基于沈珠江三参数流变模型, 提出了改进的七参数流变模型, 最终体积流变与剪切流变量的计算式分别修正为:

改进后的模型共包含α, b, c, d, m1, m2和m3等7个参数, 能全面反映堆石料在复杂围压下颗粒破碎或滑移的变形特性, 且最终流变量不仅与围压与应力水平有关, 还与剪应力有关。试验结果表明, 该模型能较好地模拟堆石流变特性[4], 故本文仅针对改进后的七参数流变模型进行相关研究。由于该模型参数较多, 且各参数对流变计算结果影响不同, 因此, 在面板堆石坝流变分析时, 流变模型参数的选取是难点问题之一。

3 工程实例分析

3.1 工程概况

某面板堆石坝坝顶高程1 947.00m, 大坝高71.00m, 坝顶长度183.5m, 上游坝坡为1∶1.40, 下游坝坡在高程1 927.00m以上的坝坡为1∶1.5, 以下的坝坡为1∶1.4, 坝体典型剖面如图1所示。坝体填筑料分区自上游至下游分别为上游铺盖保护区、垫层区[包括周边缝处小区料]、过渡层区、主堆石区、下游堆石区[包括可利用区]以及下游坝面超径块石护坡。堆石料分6个月施工, 半年后面板一次性浇至坝顶。正常蓄水位1 944.70m, 上游作用水头68.7m。

3.2 有限元计算模型

计算模型取顺水流方向为X的正方向, 竖直向上为Z轴正方向, 沿坝轴方向从右岸到左岸为Y轴正向。地基下边界截取至河床坝基面向下延伸140m, 上、下游边界截取范围:自河床最大断面处上下游坡脚分别向上下游延伸135m;两岸截取自坝端向外左右岸分别延伸116.5m和131m。坝体和地基采用8节点六面体等参单元, 为使坝体与地基协调过渡, 有一定数量的6节点三棱柱等参单元。模型网格节点总数为73 281个, 单元总数为66 737个。

3.3 计算参数

计算分析时, 只考虑堆石料的流变特性, 堆石料流变模型采用上文介绍的七参数流变模型。由于垫层料和过渡料用料很少, 流变分析时垫层与过渡料采用主堆石区的参数进行计算。混凝土面板按线弹性材料计算, 材料参数为:密度为2 420kg/m3, 弹性模量为30GPa, 泊松比为0.167。流变计算从坝底第一层堆石料填筑施工开始, 依次进行大坝竣工、蓄水及蓄满运行一年的坝体有限元计算, 最终选取蓄满运行一年后的坝体计算结果进行分析。

3.4 正交试验设计

(1) 选取试验指标。坝体堆石料在自重和水荷载作用下, 流变引起的坝体竖向沉降变形和面板变形对大坝影响较大。因此, 选取坝体堆石料最大竖向位移V、面板最大挠度S作为参数敏感性分析的试验指标。

(2) 确定试验因素和水平。选取模型中7个参数α、b、c、d、m1、m2、m3作为试验因素。本文以主堆石区堆石料作为正交试验的研究对象, 以文献[4]室内三轴流变试验参数为基础, 对每因素在合理范围内上下变动, 得到相应的3个试验水平。正交试验的试验因素及各因素水平如表1所示。

(3) 设计正交试验表。假定模型各因素之间无交互作用, 根据试验因素和水平数, 选择L18 (2×37) 正交试验表[5], 其中第一列设置为空列。将试验因素依次分配至表中, 得到堆石料七参数流变模型参数敏感性分析的正交试验表, 表中每一行所对应的因素水平组合即为一种试验方案。正交试验方案及试验结果如表2所示。

3.5 计算结果分析

根据表2正交试验结果, 采用极差分析法[6]分析模型各参数对试验指标的敏感性大小。

对指标坝体最大竖向位移V的影响因素进行极差分析, 分析结果如表3所示。结果表明, 各因素对坝体最大竖向位移V的敏感性由大到小分别为:d、α、m2、b、c、m1、m3。

对指标面板最大挠度S的影响因素进行极差分析, 分析结果如表4所示。结果表明, 各因素对面板最大挠度S的敏感性由大到小分别为:α、m2、d、b、m3、m1、c。

根据试验指标坝体最大竖向位移V、面板最大挠度S的极差分析结果, 绘制各因素对各指标的极差柱状图, 如图3所示。

由极差分析法原理可得, 因素极差值越大, 敏感性越大, 对试验指标影响也越大。因此, 可根据图中各因素极差值大小分析其对各试验指标的敏感性。分析图3得:七参数流变模型中参数d、α和m2对坝体最大竖向位移影响大, 其中d的敏感性最大, α其次;参数α、m2与d对面板最大挠度影响较大, 其中α的敏感性最大, m2其次。此外, 其他参数对坝体最大竖向位移、面板最大挠度的敏感性相对较小。

4 结语

本文结合国内某面板堆石坝实例工程, 采用正交试验法, 进行了堆石料七参数流变模型参数敏感性分析, 研究了该模型中各参数对坝体最大竖向位移和面板最大挠度的敏感性。研究结果表明, 流变参数模型中参数α、m2、d对坝体变形计算结果影响显著, 而b、c、m1、m3对坝体变形计算结果影响较小。其中参数m2与剪应力有关, 研究结果在一定程度上反映了流变模型需要考虑剪应力影响的必要性。在工程应用中, 可以根据本文研究结果, 在参数反演分析时, 只对敏感性高的参数进行反演, 而对敏感性低的参数可以根据工程经验取得, 以提高效率。

参考文献

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流变参数 第5篇

在发电机励磁系统可控硅整流装置运行过程中, 晶闸管从导通到阻断会产生关断过电压, 其尖峰易导致晶闸管的反向击穿。为了抑制晶闸管关断过电压, 常常在晶闸管两端并接阻容保护, 即电阻和电容串联后并联于可控硅两端。在阻容保护电路中, 电容吸收尖峰过电压, 电阻限制电容的充放电流, 起到吸收电容能量、阻尼回路产生震荡、限制晶闸管开通损耗与电流上升率等作用。倘若励磁整流装置阻容参数选择不当, 就会出现电阻温度过高或烧毁、电容爆裂、甚至晶闸管过电压击穿等故障。近几年, 大型水电厂励磁整流装置阻容器件故障率很高, 占整个励磁故障的60%以上, 还发生电容爆裂导致功率柜烧毁等事故。由此可见, 分析和解决这些故障极为重要。

2 阻容参数传统设计方法及其效果

励磁整流装置阻容参数传统设计方法, 电容耐压一般按晶闸管额定电压的1.1-1.5倍选择, 电阻功率按下式计算:

按照上述传统方法计算选择的阻容参数, 通过型式试验和运行情况表明: (1) 电阻严重发热。电阻温度一般都在1200C以上, 最高达到2500C。为了降低电阻温度现场将阻容安装在功率柜风道内, 进行强迫冷却。但由于风道内空间狭窄, 布置起来困难, 同时也给运行和检修带来很大的麻烦。 (2) 电容易爆裂。目前功率柜一般使用油浸电容, 这种电容在较大的充放电流作用下, 以及受电阻高温的辐射影响, 内部压力增大, 轻者电容漏液, 重者电容爆裂。 (3) 对换相过电压的抑制效果较差。励磁功率柜一般采取多柜并联方式, 某一柜的阻容损坏后, 其吸收过电压的任务, 就会转移到其他柜的阻容上。当整流装置并联数少时, 一旦某一柜的阻容损坏, 其他柜的阻容吸收能力就明显不足, 此时用示波器可发现, 可控硅阳极电压上叠加的换相过电压明显上升。另外, 由于电容易发生漏液情况, 因而运行中的电容值不断下降, 抑制晶闸管过电压的效果也就越来越差。

分析上述问题, 按照传统方法计算选择的阻容参数存在以下问题: (1) 电阻偏小, 这对于限制电容的充放电流以及降低电阻的运行温度都不利。 (2) 电容的耐压水平, 按晶闸管的额定电压选择不合理, 应按照可控硅整流装置的阳极电压来选择, 因为整流装置的晶闸管额定电压都很高, 市场上很难找到合适电压等级的电容器。 (3) 电阻功率计算公式, 没有考虑阳极电源中的谐波分量。事实上, 流过电阻上的电流是一个尖峰电流, 谐波分量非常大, 只考虑了基波分置来设计电阻功率, 显然是不够的。

3 考虑相关参数进行励磁整流装置阻容参数计算

目前随着大功率半导体技术的不断发展, 晶闸管的反向电压可以做得很高, 在设计整流装置时, 选用的晶闸管反向电压都在阳极电压的6倍以上, 将换相尖峰过电压抑制在3倍阳极电压以内没有必要。考虑到一些其它因素, 取4.5倍比较适合, 送样电容可取相对比较小的值, 电阻发热功率也比较小。

由于换相尖峰过电压水平与回路中的电感量密切相关, 在选择阻容参数时必须考虑励磁变的阻抗值。另外由于晶闸管管子性能不一致, 特别是电流上升率di/dt不尽相同, 产生的换相尖峰过电压也不同。因而, 对于不同机组的励磁系统和不同厂家的可控硅元件, 一定要考虑整流变压器阻抗电压和晶闸管的电流上升率等参数的影响, 以准确确定现场实际过电压水平。具体计算公式及步骤如下。

(1) 计算整流变压器正常二次电流I2, 式中的ILN指整流装置额定输出电流

(2) 计算电感L, 式中Uk是整流变压器阻抗电压, U2是阳极电压, ω=2πf

(3) 计算交流电压最大变化值, 此时移相角和换相角按α+δ=90°考虑

(4) 校核晶闸管电流上升率是否满足要求

(5) 根据可控硅生产厂家产品数据手册, 查出恢复电荷Q值, 晶闸管工作电流IT值, 计算阻容参数如下

(6) 确定电容耐压

按照额定阳极电压的4-5倍选择

(7) 计算电阻功率

根据实际测算, 基波分量在电阻总功率之中只占30%-35%, 应是电阻功率计算公式的3或3.5倍

(8) 选择阻容器件型式。

电容建议采用固体介质的电容。电阻建议采用金属氧化物无感电阻, 其优点是发热均匀, 散热效率高, 并且无电感, 很适合用于晶闸管阻容保护回路。

按照阻容参数设计新方法, 对某大型水电厂整流装置的阻容参数重新计算, 并进行工业试验, 其试验结果很好, 具体数据如表1所示。

4结语

阻容保护目前仍是晶闸管过压保护中最简单, 应用最普遍的一种过电压保护。以前由于励磁整流装置阻容参数选择不当, 使阻容回路出现问题, 造成阻容爆裂或可控硅击穿, 机组被迫停机, 严重影响了机组的安全运行。考虑晶闸管反向电压、整流变阻抗电压、晶闸管电流上升率等参数进行励磁整流装置阻容参数计算, 并且对白山电厂、松江河电厂、丰满电厂的大整流装置进行了阻容更换, 更换后的整流装置一直运行良好。

参考文献

[1]查鲲鹏, 汤广福, 温家良, 等.晶闸管阀运行试验的过电压保护策略研究[J].电力电子技术, 2006 (3) .