计算机辅助动力学分析作业
计算机辅助分析考题
1、一电力系统中，除一个平衡节点外，还有m 个ＰＱ节点，n 个ＰＶ节点。
用极坐标下的牛顿拉夫逊法求解该系统的潮流分布过程中产生的雅可比矩阵的阶数为_2m+n_，而采用直角坐标时，雅可比矩阵的阶数为_2(m+n)_。
一个n 节点电力系统，除一个平衡节点外，还有m 个ＰＶ节点，n-(m+1)个ＰＱ节点。
用极坐标下的牛顿拉夫逊法求解该系统的潮流分布过程中产生的雅可比矩阵的阶数为_2（n-1）-m_而采用直角坐标时，雅可比矩阵的阶数为_2（n-1）_。
2、采用因子表法求解线性代数方程组的优点是_当常数向量发生改变时，可以不用再次计算系数矩阵的消去过程，从而节约了计算量_。
采用因子表法求解线性方程组的主要优点是_在求解相同系数阵不同已知向量的多个线性方程组时，可提高求解效率_。
3、ＰＱ分解法在利用电力系统特征时，除忽略电压幅值变化对有功功率分布和电压相角变化对无功功率分布的影响外，还根据电力系统的正常运行条件作了如下假设：_cos 0ij δ≈_、_sin ij ij ij G B δ<<_、_2i i ii Q U B <<_。
4、电力系统静态稳定计算程序采用的是_小扰动 法，将描述系统的微分方程_线性 化，并确定方程的 特征根 ，以此来判定系统能否保持静态稳定。
填空5、不计发电机的阻尼作用：结论：（1）P S Eq ,0>为βj ±，系统是稳定的(考虑到摩擦等因素)，090<δ；（2）P S Eq ,0<为β±，系统是不稳定的，090=δ失稳形式；（3）0=Eq S ，090=δ，为稳定极限，临界稳定，090=Eq δ稳定极限运行角：系统保持SS 条件下的最大运行功能稳定极限：系统在保持静态稳定的条件下，所能输运的最大功率发电机固有振荡功率：J EqN e T S f ω∏=216、采用Г型等值电路相比，变压器Π形等值电路的主要优点有_省去归算，变压器分阶头调整时不影响等值电路的其它元件参数值_。
计算机辅助分析考题
1、一电力系统中，除一个平衡节点外，还有m 个ＰＱ节点，n 个ＰＶ节点。
用极坐标下的牛顿拉夫逊法求解该系统的潮流分布过程中产生的雅可比矩阵的阶数为_2m+n_，而采用直角坐标时，雅可比矩阵的阶数为_2(m+n)_。
一个n 节点电力系统，除一个平衡节点外，还有m 个ＰＶ节点，n-(m+1)个ＰＱ节点。
用极坐标下的牛顿拉夫逊法求解该系统的潮流分布过程中产生的雅可比矩阵的阶数为_2（n-1）-m_而采用直角坐标时，雅可比矩阵的阶数为_2（n-1）_。
2、采用因子表法求解线性代数方程组的优点是_当常数向量发生改变时，可以不用再次计算系数矩阵的消去过程，从而节约了计算量_。
采用因子表法求解线性方程组的主要优点是_在求解相同系数阵不同已知向量的多个线性方程组时，可提高求解效率_。
3、ＰＱ分解法在利用电力系统特征时，除忽略电压幅值变化对有功功率分布和电压相角变化对无功功率分布的影响外，还根据电力系统的正常运行条件作了如下假设：_cos 0ij δ≈_、_sin ij ij ij G B δ<<_、_2i i ii Q U B <<_。
4、电力系统静态稳定计算程序采用的是_小扰动 法，将描述系统的微分方程_线性 化，并确定方程的 特征根 ，以此来判定系统能否保持静态稳定。
填空5、不计发电机的阻尼作用：结论：（1）P S Eq ,0>为βj ±，系统是稳定的(考虑到摩擦等因素)，090<δ；（2）P S Eq ,0<为β±，系统是不稳定的，090=δ失稳形式；（3）0=Eq S ，090=δ，为稳定极限，临界稳定，090=Eq δ稳定极限运行角：系统保持SS 条件下的最大运行功能稳定极限：系统在保持静态稳定的条件下，所能输运的最大功率发电机固有振荡功率：J EqN e T S f ω∏=216、采用Г型等值电路相比，变压器Π形等值电路的主要优点有_省去归算，变压器分阶头调整时不影响等值电路的其它元件参数值_。
计算机辅助工程分析
5-1 有限单元法
有限元分析的前置处理和后置处理
❖ 前置处理
主要功能
⑴ 生成节点坐标 ⑵ 生成网格单元 ⑶ 修改和控制网格单元
⑷ 引进边界条件 ⑸ 单元物理几何属性编辑 ⑹ 单元分布载荷编辑
5-1 有限单元法
有限元分析的前置处理
半圆管的有限元网格显示举例
5-1 有限单元法
有限元分析的精度
取决于网格划分的密度。为了提高分析精度，同时 又避免计算量过大，可以采取将网格在高应力区局部加 密的办法。
5-1 有限单元法
❖有限元法基 本求解过程
5-1 有限单元法
有限元基本原理及实例
设有一仅受自重作用 的等截面直杆，上端固定， 下端自由。杆截面积为A， 杆长为L，单位杆长重力Q， 用有限元方法求杆上各点 的位移。
5-1 有限单元法
有限元基本原理及实例
❖ 解题过程
⑴ 将直杆分割成若干个有限长度的单元， 本题分为3个，节点4个。
5-3 计算机仿真
➢ 数学仿真：
计算机通过数学模型进行仿真即建立系统（或过程） 的可以计算的数学模型（仿真模型），并据此编制成仿真 程序放入计算机进行仿真试验，掌握实际系统（或过程） 在各种内外因素变化下性能的变化规律。
特点：
与物理仿真相比，数学仿真系统的通用性强，可作为 各种不同物理本质的实际系统的模型，故其应用范围广， 是目前研究的重点。
⑴ 用节点位移表示单元位移 ⑵ 用节点位移表示单元应变 ⑶ 用节点位移表示单元应力 ⑷ 用节点位移表示节点力，得出单元刚度矩阵。
5-1 有限单元法
解题步骤（续）
3 总体结构合成
⑴ 分析整理单元刚度矩阵，生成节点载荷矩阵，合 成总体刚度矩阵，建立以节点位移为未知量的线性代数 方程组。
计算机辅助工程分析-1
《计算机辅助工程分析》试题答案一填空题1 弹性力学是研究可变形固体在温度变化和边界约束等作用下的弹性变形与应力状态的科学。
2 在弹性力学课程中一般做四个基本假定为连续性假定,均匀性假定,各向同性假定,小变形假定。
3 在弹性力学中四个最基本方程为平衡方程,几何方程,本构方程,变形协调方程。
4 CAE的技术种类包括有限元法，边界元法，有限差分法。
5 ANSYS有限元典型分析大致分为三个步骤为建立有限元模型，加载和求解，结果后处理和结果查看。
6 ANSYS将载荷分为六类，分别为自由度约束，集中力载荷,面载荷,体载荷，惯性载荷，耦合场载荷。
7 ANSYS提供的坐标系有总体坐标系,局部坐标系，节点坐标系，单元坐标系,显示坐标系,结果坐标系六种坐标系统。
8 网格划分方法有自由网格划分，映射网格划分两种。
9 ANSYS后处理器包括两个模块通用后处理器,时间历程后处理器。
10 常用的分析类型选项有Static（静态），Harmonic(谐态)，Transient(瞬态)。
二选择题1以下哪个为主菜单命令（ a ）a)Element Type; b)File; c)Select; d)list2映射网格划分面对象时，所用单元必须全部是哪些单元（ a b ）a)三角形单元；b)四边形单元；c)五边形单元；d)六边形单元3ANSYS有哪两种模型（ c d ）a)点；b)线；c)实体模型；d)有限元模型4 ANSYS实体建模有哪两种（ b c ）a)自左向右；b)自底而上；c)自顶而下；d)自右向左5 用自底向上的方法构造模型时，首先定义的是（ a ）对象：a)关键点；b)线；c)面；d)体6 一般的交运算有哪些类型交运算（ a b c ）a)线与线的交；b)面与面的交；c)体与体的交；d)点与点的交7 常用的单元属性包括哪些内容（ a b c d ）a)单元类型；b)单元实常数；c)材料属性；d)单元坐标系8 ANSYS将智能网格划分水平分为10级，默认水平级别是（ d ）a)1; b)10; c)8; d)69 交迭运算有哪些类型( a b c )a)体与体之间的交迭运算；b) 面与面之间的交迭运算；c) 线与线之间的交迭运算；d) 点与点之间的交迭运算10 退出ANSYS的方法有（ a b c d ）a)在工具栏中单击Quit;b)在实用菜单中退出File Exit;c)在命令输入窗口输入Exit;d)直接单击主界面右上角的×按钮三简答题1 CAE和有限单元法的定义是什么？答：计算机辅助工程分析技术（CAE）是利用计算机对工程设计中所涉及的各种学科问题进行数值仿真分析的一种现代技术，是运用有限单元法对产品的结构或其他机械系统的力学性能进行分析的技术。
计算机辅助电路分析1
& & & & 4、在图4电路中，电容端电压相量为 100∠0 o V 。试求 U 和 I ，U 和 I 的模值及辐角，并
绘出相量图。 （提示：由于U、I数值差异较大，应在两个界面上绘相量图）
20084531
& I j100
+
& U
150
-j200
+
_
100∠0°V _
图4 解：1）MATLAB 程序 I=100/150+100/(-200*j) U=100-100*j*I abs(I),abs(U) angle(I),angle(U) subplot(2,1,1),compass([I]); subplot(2,1,2),compass([U]); 2) 运行结果： I= 0.6667 + 0.5000i
图1 解： （1）混合变量方程
100 0 − 1/100 0 1/ 500 + 1、 0 1 / 200 + 1 / 10 − 1 / 10 − 1 / 200 − 1 / 100 − 1 / 10 + 0.1 1 / 10 + 1 / 100 − 0 .1 0 − 1 / 200 − 0.1 0 1 / 1000 + 1 / 200 + 0.1 0 1 0 0
2) （1）输入输出方程
d i / d t +(1/L)* U s =(R/L)*i
（2） MATLAB 程序 y=dsolve('0.2*Dy+20-200*y=0','y(0)=0'); t=0:0.05*0.2/200:5*0.2/200; ezplot(t,y);
ANSYS动力学分析
ANSYS动力学分析ANSYS（Analysis System）是由美国ANSYS公司开发的一款计算机辅助工程分析软件，广泛应用于工程领域的结构力学、流体力学、电磁场和热传导等方面的分析计算。
其中，动力学分析是ANSYS的一个重要模块，主要用于分析和模拟机械系统在动态载荷下的响应和行为。
动力学分析是通过模拟和分析物体的运动过程来揭示其受力和受弯的内部原因，以及预测其在不同动态载荷下的响应和行为。
通过对机械系统进行动力学分析，我们可以了解结构的强度和刚度，预测结构在运动过程中的变形和应力分布，并给出相应的改进和优化建议。
因此，动力学分析在新产品的设计改进、故障排查和现有结构评估等方面具有重要的应用价值。
动力学分析使用的数学模型主要基于牛顿力学原理，将机械系统简化为质量、刚度和阻尼等基本参数的集合。
通过在ANSYS中建立适当的几何模型和边界条件，可以通过施加合适的载荷或运动条件来模拟机械系统的运动过程。
在此基础上，ANSYS还提供了一系列强大的分析工具，如求解器、后处理和可视化工具等，使得用户可以全面、准确地分析和评估机械系统的动态响应。
在动力学分析中，常见的问题包括振动、冲击、疲劳和动态响应等。
振动分析研究结构在自身固有频率下的振动特性，包括固有频率、振型和模态质量等。
冲击分析一般用于模拟机械系统在外界冲击载荷下的响应，如撞击、爆炸等。
疲劳分析则研究结构在重复载荷作用下的寿命与损伤。
动态响应分析综合考虑质量、刚度和阻尼等因素，研究结构在动态载荷下的响应和行为。
ANSYS在动力学分析方面提供了多种分析方法和工具，包括模态分析、响应谱分析、频率响应分析、时程分析、非线性动力学分析等。
模态分析提供了机械系统的固有频率、振型和模态质量等信息，可以帮助优化结构的设计。
响应谱分析可根据外界地震激励谱进行分析，预测结构在地震等自然灾害发生时的抗震性能。
频率响应分析模拟了机械系统在受到调制频率载荷时的响应，包括位移、速度和加速度等。
计算机辅助工程大作业
CAE（Computer Aided Engineering）是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。
其基本思想是将一个形状复杂的连续体的求解区域分解为有限的形式简单的子区域，即将一个连续体简化为由有限个单元组合的等效组合体；通过将连续体离散化，把求解连续体的场变量（应力、位移、压力和温度等）问题简化为求解有限的单元节点上的场变量值。
此时求解的基本方程将是一个代数方程组，而不是原来描述真实连续体场变量的微分方程组，得到的是近似的数值解，求解的近似程度取决于所采用的单元类型、数量以及对单元的插值函数。
CAE从20世纪60年代初开始在工程上应用到今天，已经历了40多年的发展历史，其理论和算法都经历了从蓬勃发展到日趋成熟的过程，现已成为工程和产品结构分析中（如航空、航天、机械、土木结构等领域）必不可少的数值计算工具，同时也是分析连续力学各类问题的一种重要手段。
随着计算机技术的普及和不断提高，CAE系统的功能和计算精度都有很大提高，各种基于产品数字建模的CAE 系统应运而生，并已成为结构分析和结构优化的重要工具，同时也是计算机辅助4C系统（CAD/CAPP/CAM/CAE）的重要环节。
CAE系统的核心思想是结构的离散化，就是将实际结构离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以用通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。
采用CAD技术来建立CAE的几何模型和物理模型，完成分析数据的输入，通常称此过程为CAE的前处理。
同样，CAE的结果也需要用CAD技术生成形象的图形输出，如生成位移图、应力、温度、压力分布的等值线图，表示应用、温度、压力分布的彩色明暗图，以及随机械载荷和温度载荷变化生成位移、应力、温度、压力等分布的动态显示图，通常称此过程为CAE的后处理。
电力系统计算机辅助分析综合训练实验报告
电力系统计算机辅助分析综合训练实验报告姓名：学科、专业：电气工程及其自动化学号：完成日期：2012.7.15大连理工大学Dalian UniversityofTechnology目录实验一PSASP的基本使用 (1)实验二5节点系统的潮流计算与PSASP验证 (4)实验三IEEE14节点系统的潮流计算与潮流调整 (16)实验四潮流调整 (26)实验五对称短路计算和不对称短路计算 (39)实验一PSASP的基本使用一、实验目的学习掌握PSASP仿真软件图模一体化的操作界面，掌握电力系统各元件的数学模型，为进行电力系统分析计算打下基础。
二、实验内容利用一个简单5节点系统首先进行潮流估算，再以PSASP仿真软件进行仿真计算，通过图形和文本两种方式进行仿真，验证计算结果的正确性。
三、实验原理《电力系统分析综合程序》(PowerSystemAnalysisSoftwarePackage,PSASP)是一套历史长久、功能强大、使用方便的电力系统分析程序，是高度集成和开放具有我国自主知识产权的大型软件包。
PSASP基于电网基础数据库、固定模型库以及用户自定义模型库的支持，可进行电力系统(输电、供电和配电系统)的各种计算分析。
全国各省市、香港地区电力规划设计、生产调度运行、科研教育等超过400家用户，应用于多项大型电力系统工程计算分析，应用于多所大学作为科研和教学的有力工具。
功能：潮流计算、短路计算、暂稳计算、小扰动稳定、电压稳定、静态安全分析、最优潮流等。
PASASP7.0图模一体化平台，“图”有单线图、地理位置接线图、厂站主接线图；“模”指模型及数据。
可边绘图边建数据，也可根据已有数据进行图形的快速绘制。
PASASP将数据分为四类：基础数据、计算数据、结果数据、用户自定义数据等。
基础数据：基于物理特性的电力系统元件库和元件公用参数库计算数据：根据不同计算的需要，与计算密切相关的数据结果数据：各种计算结果的数据，与相关计算数据相对应实验步骤：1、建立网络结构，输入元件参数与发电和负荷数据（基础数据可分数据组）。
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M 103 kg ， K 107 N / m ， C 1.5 105 N s / m ， b / c 10 ，
Kc Km 1.5 107 N / m 。要求达到指标：(a)稳态误差，对于阶跃输入
Ya 0.01m ， ss 0.001m ；(b)稳定性，相位裕度PM≥45°试设计：
（4）采用超前-滞后控制同时实现（a）和（b）时
A( s ) K =P K( a
a）得： s+1 K)b s/ ( 由（1 )
ss lim
0.01 0.001 K P 9 K 9 107 N / m s 0 K P ( K a s 1) 1 2 ( Ms Cs K )( Kb s 1)
(1)采用比例控制，分别达到指标(a)和(b)；(2)采用比例-微分控制， 同时达到指标(a)和(b)；(3)采用比例-积分控制，同时达到解： 分析可知， 反馈环节为单位的， 即 H ( s ) 1， 控制器为 A( s ) ，
0.01 0.001 K P 9 K 9 107 N / m s 0 KP 1 Ms 2 Cs K
响应曲线为如图：
为了满足（b）利用matlab作图：
clc clear i=1; for kp=(0.2:0.01:2)*10^8 wk=tf([kp],[10^3 1.5*10^5 10^7]); [Gm,Pm,Wg,Wp] = margin(wk); P(i)=Pm;i=i+1; end plot((0.2:0.01:2)*10^8,P)
4
然后利用 K P 和条件（b）求 K D : K D 8.49 10 N s / m
clc clear i=1; kp=9*10^7; for kd=100:100:100000 wk=tf([kd kp],[10^3 1.5*10^5 10^7]); [Gm,Pm,Wg,Wp] = margin(wk); P(i)=Pm;i=i+1; end plot(100:100:100000,P)
PM (c ) 180 (c ) ， (c ) 为 Wk ( j ) 1时得相位。
（1）采用比例控制时， A(s)=K P Kc K mb / c 。为满足（a），对于 阶跃输入 Ya 0.01m ， Ya ( s) 0.01/ s ，可得：
ss lim
说明积分环节可是稳态误差趋于零。 假定 K I =5.5 10 ，利用（b）可得： K P =4.2 10 N / m
clc clear i=1; ki=5.5*10^5; for kp=(0.2:0.01:2)*10^8 wk=tf([kp ki],[10^3 1.5*10^5 10^7 0]); [Gm,Pm,Wg,Wp] = margin(wk); P(i)=Pm;i=i+1; end plot((0.2:0.01:2)*10^8,P)
控制对象为 G ( s)
1 ,系统框图为： Ms 2 Cs K
稳态误差： ss lim s ( s) lim
s0
sYa ( s) s0 1 A( s )G ( s ) H ( s )
其 开 环 传 递 函 数 为 ： Wk ( s) A(s)G(s) ， 则 相 位 裕 度 为
利用（b），取 Kb 1 ，作图： K a 0.465
clc clear i=1; kb=1; kp=9*10^7; for ka=0:0.005:2 wk=tf([kp*ka kp],[10^3*kb 10^3+1.5*10^5*kb 10^7*kb+1.5*10^5 10^7]); [Gm,Pm,Wg,Wp] = margin(wk); P(i)=Pm;i=i+1; end plot(0:0.005:2,P)
第四讲思考题
如图所示为一个具有自动控制板材厚度的压板机，调整螺栓用于
设定板材的厚度，经与传感压滚测得的厚度相比较，得到偏差ε ，经 杠杆机构放大控制液压阀的开度，从而控制泵流出的流量Q，比例系数 为 K c 。液压执行器产生的力 Fc 正比于流量Q，比例系数为 K m 。由作用 力到输出钢板厚度的对象环节可视为质量-弹簧-阻尼系统，其集中质 量、弹簧刚度系数、阻尼系数分别为 M 、 K 、 C 。假设系统参数为：
有图可得 K P 4.23 10 N / m
7
（2）采用比例-微分控制同时实现（a）和（b）时 A(s)=K P K D s ， 由（a）可得：
ss lim
0.01 0.001 K P 9 K 9 107 N / m s 0 KP KDs 1 Ms 2 Cs K
其bode图如下，可知 K D ， K P 满足条件：
（3） 采用比例-积分控制同时实现 （a） 和 （b） 时 A( s ) = KP K /I s 由（a）得：
ss lim
0.01 0 0.001恒成立 s 0 KPs KI 1 Ms 3 Cs 2 Ks
5 7