CMADS数据集在呼兰河流域的适用性评价

【目的】探究中国大气同化数据集(CMADS)在呼兰河流域水文模拟的适用性。【方法】对CMADS与传统水文站降水、气温数据的精度及时空分布特征进行分析,构建CMADS与传统水文站2种气象数据驱动流域有、无水库控制水系情景下的SWAT模型,同时使用SUFI-2算法以月值实测断面径流数据为准进行模型参数的率定和验证,评价该数据集作为气象驱动数据的适用性及对传统水文站数据的可替代性。【结果】(1)2种气象数据具有较强的线性相关性和对应关系,且时空分布特征相似,年内变化趋势一致。(2)在无水库呼兰河干流水系,CMADS数据驱动的模型率定期R^(2)=0.92、NSE=0.91、PBIAS=18.53%,验证期R^(2)=0.94、NSE=0.96、PBIAS=10.51%;在有水库通肯河水系,模型在率定期R^(2)=0.89、NSE=0.82、PBIAS=12.79%,验证期模型R^(2)=0.93、NSE=0.86、PBIAS=12.03%,模拟结果均达到径流模拟评价标准。【结论】CMADS+SWAT模型比传统水文站在呼兰河流域径流模拟整体效果更佳、模拟精度和适用性更好,与实测值更为接近,可为缺少气象数据的研究区建立SWAT模型提供数据支撑。

主客观结合的水下连接器拉近工具液压系统方案遴选方法

拉近工具需要合格的液压系统方案以克服连接器和跨接管的偏载,本文针对拉近工具液压系统的性能可靠性提出了一种主客观结合的方案遴选方法,以确保遴选方案的可信度和无偏性。采用层次分析法对拉近工具液压系统的关键性能确立了遴选目标,包括主观方面和客观方面的评估。主观方面通过专家经验和二元对比排序法比较各系统关键性能的对比度,建立了拉近工具失效造成的维修工期隶属函数,确定了各液压系统的功能指数。同时,通过计算各液压系统的搭建成本,确定了其价值指数。最终,结合价值工程理论,选定了分流集流阀和调速阀控制的同步回路作为拉近工具的液压系统方案。为了保证方案的可靠性,本文利用AMEsim仿真软件进行了仿真以及出厂试验,验证了该方案的实用性。

深海管道法兰连接机具的设计与仿真分析

深海管道法兰连接机具是一种应用于深水回接的特种机具,可以完成远程操控的法兰连接作业.随着海洋石油逐渐走向深水,机具的研制将大大提高我国深水回接技术水平.设计了深海管道法兰连接机具总体结构,阐明了其工作原理,设计了机具的关键部件,即拉伸拧紧机构,其利用拉伸拧紧方式实现法兰的螺栓连接.建立了机具运动学模型,对机具的工作过程进行了数学描述,为进一步研究液压控制系统提供了理论依据.同时对机具进行了基于ADAMS的多体动力学仿真研究,验证了机构的合理性.

深海卷管铺设中的管道安全性分析

深海卷管铺设过程中管道发生了复杂的塑性变形,可能造成管道的失效,因此需要对管道的安全性进行评估。为此,首先对卷管铺设整个过程中管道的受力变形情况进行了分析,发现管道在上卷至卷筒时最易发生失效。其次对上卷时管道可能发生的失效形式进行了归纳和分析,获得了管道在各种失效形式下的极限承载公式。然后基于位移控制条件,得到了管道的极限弯曲半径,并结合极限承载公式,建立了管道失效的评价指标。最后以管径为16英寸(406.4 mm)的管道为实例,对管道的安全性进行评估,并采用有限元软件对管道上卷时张力对管道椭圆度的影响进行了分析。结果表明:①较大径厚比的管道在上卷时更易于满足极限载荷承载条件,但是对管道截面变形不利,当径厚比达到20时,不满足位移控制条件,已不适用于卷管法铺设;②较高的管材等级对卷管铺设中管道安全性有利;③上卷张力对管道椭圆度的影响较小,可以忽略。

吊头激励下的柔索摆系统建模与仿真

根据起重船柔索摆系统的运动特性,将其运动分解成相互独立的吊物摆动分量和吊索波动分量;采用弦振动理论构建了混合初始边界条件下确保存在唯一性的吊索波动数学模型,并利用无条件稳定的隐式差分法解决了其数值解的稳定性问题;采用以球坐标为摆动角的吊物摆动数学模型和叠加原理得到了逼真的柔索摆运动形态.仿真结果表明,所提出的数学模型和算法能够求解出逼真的柔索摆实时运动形态.

八足仿蟹机器人行走稳定性分析

为准确评定新型圆弧形足端结构的八足机器人行走稳定性及稳定裕量,提出1种适用于八足机器人行走稳定性判定方法。对八足机器人整体结构进行抽象简化;使用闭环矢量法获得了质心与落足点之间的相对位置关系;应用规范化能量稳定裕度(SNESM)方法对八足机器人静态稳定性进行描述,建立复杂环境下机器人静态稳定裕度的数学模型。通过数值仿真获得了机器人稳定裕度与机体质心高度及地面倾角之间的关系。稳定性实验结果表明:该方法能够准确判定八足机器人的行走稳定性。

深水铺管起重船海上起重作业实时仿真

为满足海上起重作业视景仿真的数据需求,该文基于动力定位仿真系统提供的船舶六自由度实时数据和起重驾控台的操纵信号等多通道离散数据,构建了综合考虑海况、动力定位、实时操纵、压载调整等影响因素的实时动力学模型。为降低累积误差,提高运算速度,采用布里斯近似积分法求解动力学方程。结果证明,该仿真系统在保证精度的前提下满足了实时性要求,有效地解算了被吊物的实时摆动姿态,为视景模型提供了基础数据。

两栖多足机器人水下步态分析

通过对两栖动物运动机理的研究,针对两栖多足机器人水下行走的特点,采用减轻重力、附加流体力的方法,提出了静水环境下的动力学模型,并基于对模型的分析提出了适用于两栖多足机器人水下运动的"蹬踏—漂浮"步态.该步态不但解决了两栖多足机器人以陆地行走步态在水下行走时出现的抓地不牢及稳定性不够的问题,而且提高了水下步行速度.通过分析两栖多足机器人的水下实验结果,验证了步态的可行性.

深水管道法兰连接机具的设计与试验研究

针对深海作业环境,采用自动法兰连接机具完成石油管道法兰连接可以有效地提高管道的铺设及维修效率.本文分析了管道法兰连接的作业流程,提出了法兰连接机具的总体设计方案,同时完成了螺母库及拉伸器库的三维结构设计.通过ADAMS仿真软件对螺母库的螺母引入机构进行运动学仿真,结果验证了其结构方案的可行性.分析了螺母引入机构工作过程中所受摩擦阻力和连接螺栓所需的预紧力,为法兰连接机具液压系统的设计提供了理论依据.通过管道法兰的陆上连接试验验证了法兰连接机具设计的合理性.

卷管铺设中管道校直模型及理论研究

为校直卷管铺设中管道的塑性弯曲变形,建立了一种基于弹塑性理论的校直理论模型。通过分析校直过程中管道的弯矩、塑弯比、弯曲曲率等参数,得到了校直曲率和校准器曲率之间的关系;研究了管道材料参数和几何参数对校直曲率的影响程度,切线模量对校直曲率影响较小,将其从理论模型中简化。为便于指导铺设时管道校直的实施,进一步得到了校直行程。最后,对不同管道的校直理论计算和仿真结果进行对比分析,结果表明:两者之间偏差较小,验证了本文所提校直理论模型的正确性,可用于指导卷管铺设中管道的校直。

6R关节型机器人运动学建模

为满足新开发的多机器人实验系统编程需要,研究了6R机器人运动学逆解问题.推导了代数逆解结果,并研究了将其用于实际控制系统时,逆解的漏解、增根和多解问题.与传统方法比较,采用了便于程序模块化的坐标系设置方式,在需要经常更换作业工具的多机器人系统中更为适用.推导过程只需2次矩阵逆乘,步骤简单.基于VC++和OpenGL技术编制了系统程序,检验了方法的有效性.以其中一个位姿为例,对比几何方法得出的结果,验证了算法的正确性.研究的结果适用于MOTOMAN-UP6和PUMA560等相似构型的所有机器人.

我国北方地区节能型蛋鸡舍的建筑与设计

鸡舍小气候环境是影响鸡体健康和生产性能发挥的重要因素。而鸡舍建筑和科学设计是保障鸡舍具有良好环境条件的前提。本文结合我国北方鸡蛋主产区气候特点及鸡舍建筑的具体情况，从建筑材料选择、鸡舍类型确定和建筑结构设计、自然通风设计等方面人手，对小规模（5000只以下）蛋鸡舍进行了节能设计，以期引起蛋鸡生产者的关注。

三指水下作业机械手运动学分析

介绍了一种结构优化设计方法 ,该方法从仿生学的角度对三指水下作业机械手手指结构进行了优化设计 ,在此基础上分析建立了三指水下作业机械手单个手指的运动学模型以及每个手指的雅可比矩阵 ,并对抓持状态下各手指的运动姿态进行了仿真分析。通过具体实验验证了运动学模型的正确性 ,为进一步研究机械手的轨迹规划、控制等问题提供了理论依据。

城市排水管道机器人控制系统研究

介绍了一种城市排水管道机器人的控制系统。以ATmega16L单片机为核心,采用NS-45/E2倾角传感器作为姿态传感器,用光电编码器测量电机的转速,以CPLD作为计数器对编码器计数。结合单片机和CPLD各自的优点,引进了多速率控制策略和积分分离PID控制算法,增强了系统的鲁棒性和抗干扰能力,为管道机器人的运动控制提供了很好的控制平台。试验结果表明,该系统满足排水管道机器人控制的要求。

深水海底管道套筒连接器设计与分析

套筒连接器用于水下生产系统海底管道末端连接,采用远程操作工具遥控安装,解决了深水高压密封和无潜快速安装的难题.论文建立了接触数学模型,通过有限元对连接器模型进行接触分析,得到接触特性,研究预紧载荷与垫片轴向载荷的关系.给出了套筒连接器系统整体方案,设计了套筒连接器,采用套筒、卡爪、高颈和透镜垫结构,利用套筒径向预紧实现透镜垫轴向密封.进行打压试验,实现65MPa高压密封,表明套筒连接器密封性能安全可靠,结构设计合理,验证了有限元模型的正确性.

仿蟹机器人行走稳定性判定方法

为了准确评价仿蟹机器人的行走稳定性及稳定裕度,提出了一种适用于多足机器人动态稳定性的判定方法。该方法首先分析引起机器人行走倾翻的各种干扰项,利用三维力传感器测量足端落地时的接触力,根据达朗贝尔原理将其向机器人质心等效获得质心点倾翻合力;然后结合实验得到八足仿蟹机器人质心波动,通过解空间矢量方程得到倾翻轴垂线矢量;最后将倾翻合力与倾翻轴垂线矢量相结合建立起力角稳定裕量(FASM)的数学模型,以归一化FASM的大小来间接判定机器人的稳定性。仿真和实验结果表明,该方法能够准确判定仿蟹机器人行走稳定性并动态显示稳定裕度变化。

核电站蒸汽发生器检修机器人设计及运动学分析

研制了一个用于核电站蒸汽发生器(SG)在役检修的机器人.机器人本体是可两端作业的特殊6R串联结构.在推进装置的协助下,机器人以7轴联动方式从SG人孔进入狭小的1/4球形水室,利用一端的胀紧机构吸附在管板上,另一端联接不同工具设备完成涡流检查、超声检查、堵管、衬管等工作.首先,提出新的检修方案和机器人构型;然后,考虑避碰和两端作业因素,从作业空间、运动链解算、总体运动实现三个方面论证了机器人结构方案的可行性;最后,对样机进行了现场试验,试验结果表明机器人己能够满足SG检修任务要求.

深海油气管道连接器密封机理与多目标优化研究

深海油气管道连接器的结构参数直接影响其密封性能,因而对连接器进行密封机理分析与结构参数优化研究具有重要的意义。为此,首先分析了金属接触静密封的形成机理,建立了连接器形成可靠密封的临界条件;基于接触力学推导出临界弹塑性接触压力均值的计算公式,并计算出219 mm连接器的临界值为370 MPa;应用ANSYS参数化设计语言（ANSYS Parametric Design Language,APDL）,对连接器的结构参数进行了灵敏度分析,确定了影响密封性能的5个关键结构参数。进而以主、次密封面上的接触压力方差为2个目标,以主、次密封面上的接触压力均值和最大塑性应变为约束变量,运用多目标遗传算法（Multi-Objective Genetic Algorithm,MOGA）对连接器进行了优化设计,结果表明：接触压力方差显著减小,接触压力均值大于370 MPa,塑性应变较小。最后对优化前后的深海管道连接器进行了水压和拉伸试验,结果表明：优化之后的连接器承受水压能力大于设计极限压力18 MPa,承受轴向拉力大于7.0×10-5 N。该方法对于其他尺寸深海管道连接器的设计具有参考价值。

水下螺栓组连接引入装置动力学仿真及试验研究

为解决水下石油管道法兰连接机具20个螺栓同时引入螺母的难题,根据水下管道法兰连接机具作业需求,设计了螺栓引入装置,通过设置弹簧、尼龙导向套和橡胶支撑环,保证螺栓可靠地引入螺母。针对水下作业环境,建立了螺栓引入螺母碰撞过程的数学模型。运用ADAMS动力学仿真软件,建立螺栓引入装置系统多体动力学模型,并对其作业过程进行动力学仿真,得到了螺栓引入螺母过程的速度、位移曲线,为机具的实际作业运动控制提供依据。碰撞过程的仿真结果表明,单组螺栓与螺母的碰撞力为173.9N,弹簧最大压缩量为5.1mm,满足系统设计要求。在螺栓引入装置试验样机上进行螺栓引入试验,结果表明螺栓能成功引入螺母,验证了螺栓引入装置结构设计的合理性。

模块化机电一体化实验系统研究与实践

针对目前机电一体化专业电类、机电结合类的实验相对薄弱的问题,本文提出模块化机电一体化实验系统的基本设计思想,并以实例说明这一系统的设计,并在教学中实践,取得良好的效果。