通知公告｜博士生答辩公告

[1]An M, Li S, L Zhiwen, et al. Galloping vibration of stay cable installed with a rectangular lamp: Field observations and wind tunnel tests. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2021, 215: 104685. (SCI, 第一作者)

[2]An M, Li S, Chen Z. Experimental study on aerodynamic countermeasure for galloping vibration of stay cables attached with lamps: Perforated shrouds. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2023, 242: 105587. (SCI, 第一作者)

[3]An M, Li S, Chen Z. Effects of damping and helical fillets on galloping vibration of stay cable installed with a rectangular lamp. Advances in Structural Engineering, 2023, 26(8): 1425-1437. (SCI, 第一作者)

[4]An, M., Wen, W., Li, S., & Chen, Z. (2024). Numerical simulations on cables attached with different shapes of lights and its mitigations by using perforated shrouds. Physics of Fluids, 2024, 36(7). (SCI, 第一作者)

[5]An, M., Li, S., Sorokin, V., Chen, Z., & Flay, R. G. (2024). Experimental study of vortex-induced vibration of stay cables installed with two types of perforated shroud light devices. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 253, 105882. (SCI, 第一作者)

[6]安 苗,李寿英,陈政清.安装椭圆形灯具和矩形线盒的斜拉索驰振[J].湖南大学学报(自然科学版),2022,49(05):74-81. (EI, 第一作者)

[7]李寿英,安苗,陈政清.一种桥梁索结构亮化灯具装置及索结构组件[P].发明专利:CN202210265778.X, 2023-03-24. 授权 (导师第一发明人)

[8]李寿英,安苗,宋神友,等.一种抑制索结构驰振的气动装置及方法[P]. 发明专利:CN202311034290.7, 2023-11-21. 实质审查 (导师第一发明人)

[1] WANG Z, ZHANG Z. VIV Properties of π-Shaped Bridge Sectional Model: Dependence on Torsional-Bending Frequency Ratio[J], Journal of Bridge Engineering ASCE, 2021, 26(6): 06021003.(SCI, 第一作者)

[2] WANG Z, ZHANG Z, QIE K. Experimental Investigation of Effects of Wind Yaw Angles and Turbulence on Postflutter Behaviors of a Suspension Bridge Model [J]. Journal of Bridge Engineering, 2022, 27(4).(SCI, 第一作者)

[3] WANG Z, ZHANG Z, WU C. Numerical investigation on the nonlinear flutter behaviors of a π-shaped sectional bridge deck [J]. Advances in Structural Engineering, 2022, 25(10): 2157-74.(SCI, 第一作者)

[4] ZHANG Z, WANG Z, ZENG J, et al. Experimental investigation of post-flutter properties of a suspension bridge with a π-shaped deck section [J]. Journal of Fluids and Structures, 2022, 112: 103592. (SCI, 导师一作)

[5] 汪志雄, 张志田, 吴长青, et al. π 型叠合梁颤振试验及数值研究 [J]. 振动工程学报, 2021, 34(2): 292-300. (EI, 第一作者)

[6] 汪志雄, 张志田, 郄凯, 吴长青.π型开口截面斜拉桥弯扭耦合涡激共振及气动减振措施研究[J]. 振动与冲击, 2021, 40(01): 52-57+94. (EI, 第一作者)

[7] 张志田, 汪志雄, 郄凯, et al. 扭弯频率比对 π 型断面节段模型后颤振特性的影响 [J]. 振动工程学报, 2022, 34(6): 1268-75 (EI, 导师一作)

论文主要研究内容和主要创新点：

储能将深刻改变电力系统即发即用的传统运行方式，是助力新型电力系统能源转型的关键要素。储能变流器作为储能系统并网接口，将主导储能系统并网特性，是保证储能系统安全稳定运行的核心。本文以国家重点研发计划项目子课题“高精度功率预测及大功率变流装置”[2022YFB2404804]为依托，紧密围绕多输入单输出双级式储能变流器的稳定运行、性能优化、效率提升，从拓扑结构、控制方法、工程设计等方面初步建立了基本理论体系。本文研究的有益创新点和重要结论主要由以下几个方面构成：

(1)围绕储能变流器并联电池簇环流问题展开研究。针对储能变流器并联电池簇环流问题，采用双级式储能变流器结构，通过引入部分功率变换技术，提出一种串联型部分功率均衡器及其控制方法，通过设计所提均衡器拓扑结构和控制方式，保证了均衡器部分功率变换特性，优化了功率损耗和元件应力，有利于改善双级式储能变流器的功率密度和经济性。针对所提均衡器中两种不同功率流控制问题，提出一种基于占空比控制的功率控制方法，并详细分析了在所提控制方法下均衡器的功率流动，实现了储能系统直流侧能量管理。针对由并联电池簇不一致性导致的直流侧环流问题，本文提出一种均衡控制方法，实现了并联电池簇的功率均衡，抑制了直流侧功率环流问题，有利于电池寿命与储能系统整体性能。最后，实验结果验证了所提部分功率均衡器及其控制方法的有效性。

(2)围绕数字控制中稳态与动态性能之间的矛盾展开研究。本文提出一种适用于不同类型变换器(直流变换器和AC/DC变换器)的预测无差拍平均模型控制方法。以所提部分功率均衡器为研究对象，针对传统控制模型对系统噪声的高敏感性，通过引入过采样并融合信号处理方法，建立物理意义明确的无差拍平均模型，从控制模型层面改善了电流控制的抗干扰和稳态性能；针对数字系统固有延时导致的动态性能恶化，在所建立控制模型的基础上引入复合型延时消除方法，提出一种基于双PWM更新的预测控制，消除了数字系统固有延时导致的控制滞后，可同时改善数字系统的稳态和动态性能，缓解两者之间的矛盾；针对无差拍控制的鲁棒性问题，通过对控制系统离散建模与稳定性分析，验证了所提方法的控制性能，推导了参数匹配稳定区间，为部分功率均衡器参数配置提供了指导；最后，仿真和实验结果验证了所提预测无差拍平均模型控制在直流变换器中的有效性。

(3)围绕LCL型三相AC/DC并网变换器的谐振问题展开研究。本文指出CCF控制在系统稳定性评估方面的优势，针对标称参数下三相并网变换器的谐振问题，将无差拍平均模型与预测无差拍平均模型控制应用于CCF电流环，所建模型提高了控制模型准确性，有利于进一步的精确延时补偿，所提控制方法消除了系统延时对电流环的影响，改善了变换器稳定性与鲁棒性，并推导了所提控制方法下系统稳定域，为并网滤波器参数设计提供了指导；针对传统有源阻尼方法在实际应用中的局限性，本文在所提控制方法的基础上提出一种基于平均电容电压前馈的有源阻尼方法，可提供精确延时补偿以消除数字延时对传统有源阻尼的影响，有效抑制了LCL谐振问题，进一步加强了并网变换器的鲁棒性；并且，通过推导所提方法在SPWM策略和SVPWM策略下的核心算法，验证了所提方法对于不同调制策略的可实现性和兼容性，最后，仿真和实验结果验证了所提控制和有源阻尼在AC/DC变换器中的有效性。此外，所提控制方法在直流变换器和AC/DC变换器中的算法实现、仿真和实验结果共同验证了其对于不同类型变换器的兼容性和可移植性。

(4)在上述研究的基础上，完成了500kW多输入单输出双级式储能变流器的研制。本文根据储能系统电气性能要求从硬件与软件两方面对储能变流器进行工程化设计，同时为了保证储能变流器的可靠性和安全性，根据国家标准对储能变流器故障保护功能进行了分析与设计。最后，通过实验对储能变流器的功能与性能进行了有效验证。

近年来，复合材料凭借优异的机械性能，在汽车、航空、航海和土木工程等领域得到广泛应用，尤其在结构轻量化方面表现突出。本研究旨在开发一种针对编织复合加筋板的多尺度建模方法，结合有限元分析、开源软件TexGen及Python编程，实现多尺度建模、精确计算、材料参数反求与优化设计等功能。本文的主要研究内容可概括如下：

1. 面向编织复合材料的多尺度自动建模方法

当前，多尺度建模技术在有限元分析中被广泛应用于预测异质编织复合材料的力学性能。尽管已经开发了多种数值模型以实现精确预测，但高计算成本往往限制了其进一步的应用。为了解决这一问题，本文提出了一种针对编织复合材料孔板的新型多尺度建模方法，并开发了直观易用的界面，使研究人员和工程师能够轻松执行网格划分、模型构建，并通过节点施加周期性边界条件来快速获取材料的力学性能。与现有方法相比，该方法实现了纤维尺寸、形状和直径的参数化定制，减少了迭代步骤，并能够自动提取材料参数。这不仅显著缩短了计算时间，还提高了预测精度。例如，Ye的多尺度模型需要大约35分钟，而本文的方法能在不到1分钟内完成计算。此外，宏观尺度和介观尺度模型的结果与文献中的实验数据高度一致，充分展示了该方法在预测编织复合材料孔板力学性能方面的优越性和实用性，为相关领域的研究和实际应用提供了有力支持。

2. 面向编织复合材料的模糊推理混合数值反求方法

准确获取编织参数对于评估编织复合材料的力学性能至关重要。由于纱线几何结构复杂，精确的材料参数对于确保多尺度分析的准确性至关重要。通常，编织复合材料的分析和设计需要耗费大量时间和精力，通过仿真和优化探索新的编织模式。在基于有限元的多尺度模拟中，精细的网格划分是捕捉纱线几何形状的关键，但随着网格密度的增加，计算成本也随之上升，参数准确性可能会受到影响。本文提出了一种基于模糊推理系统（ANFIS）的混合数值反求方法（HNM），用于预测具有不同编织参数的编织复合材料的力学性能。ANFIS结合了模糊逻辑和神经网络的优势，具有较强的适应性、快速的学习能力以及捕捉非线性结构的能力。通过ANFIS-PSO全局优化算法，该模型调整惯性权重，减少实际数据与预测结果之间的误差。该混合方法为高成本的有限元分析提供了一种高效且精确的替代方案。

3. 基于多尺度分析的编织复合孔板典型力学性能研究

在多种实际服役场景中，板结构的设计常常需要引入孔洞以满足特定需求。然而，孔洞的存在，会破坏结构应力和应变的连续分布状态，使得应力在孔洞位置集中，进而显著降低了结构的抗屈曲能力。过去数十年来，科研工作者对于在多种载荷和边界条件下带有孔洞的复合板屈曲特性进行了广泛而深入的研究。然而，关于带孔洞的编织复合板屈曲行为的研究仍然相对较少。针对这一问题，本文提出了一种针对孔洞形状的编织复合板屈曲行为的多尺度计算方法。相较于其他相关研究，本文不仅深入探讨了具有各种孔洞形状的多层平纹纱线编织复合板的屈曲行为，还研究了多种堆叠序列的编织复合板的屈曲特性。计算结果表明，在各种载荷条件下，椭圆形孔洞的屈曲效果相对更佳。此外，本文的研究成果还为设计人员提供了确定屈曲载荷下孔洞方向以及调整孔洞比值的依据，使其与多层平纹纱线编织复合板的载荷相匹配，从而优化结构设计和提高结构的承载能力。

4. 基于多模型高效全局多尺度优化方法的复合材料轻量化研究

鉴于目前数值计算技术在编织模型生成、边界条件应用及有效力学性能预测方面的计算成本高昂，主流的优化方法已转向基于代理模型的策略。为了降低优化过程中的计算资源消耗，众多研究者选择采用代理模型。本研究运用EGO算法，提出了针对编织复合板轻量化设计的多尺度优化与建模策略。相较于其他研究，本研究为提高逼近精度，采用LSSVR、RBF及BPNN替代传统EGO内嵌的Kriging法，构建了更高精度的模型以逼近目标函数。最终，该算法成功应用于编织复合板的轻量化问题。实验结果表明，在保证结构刚度的前提下，实现了26.47%的减重效果。相较于其他方法，本研究的设计效果与计算效率均展现出显著优势。