基于BP神经网络的混凝土箱梁最大温度梯度预测

混凝土箱梁受到太阳辐射、大气温度波动等多种气象因素的综合作用,结构内部会产生显著的非均匀温度分布。截面内温度梯度可能会导致桥梁结构产生过大的温度应力与温度变形,影响桥梁结构的安全性和耐久性。本文旨在探究气象因素对混凝土箱梁温度场的影响机理,并提出一种能精确预测中国多区域混凝土箱梁截面最大温度梯度的方法。首先建立了日照条件下混凝土箱梁温度场计算模型,将2 a以上气象资料作为输入条件,对多个地区混凝土箱梁温度场长期变化进行了仿真模拟,并对混凝土箱梁截面温度梯度的长期变化趋势进行了分析。然后利用主成分分析(PCA)确定了混凝土箱梁截面最大温度梯度预测模型所需的输入参数。最后利用遗传算法优化的BP神经网络建立预测混凝土箱梁竖向、横向温度梯度的网络模型,并与混凝土箱梁截面温度梯度进行比较。结果分析表明BP神经网络模型可以精确地预测混凝土箱梁最大温度梯度,预测值平均绝对误差(AAE)均小于0.9℃,均方根误差(RMSE)均小于1.2℃,决定系数(R^(2))均大于0.9。基于当地气象条件,本文利用经典的BP神经网络模型所建立的预测模型对中国不同地区的混凝土箱梁截面最大温度梯度均能给出准确的预测,为混凝土箱梁设计和施工阶段的最大温度梯度的计算提供一种高效的方法。

预制T梁架设阶段横向温度梯度作用侧向变形研究

为控制大跨预制混凝土T梁架设阶段由横向温差导致的侧向失稳,以标准截面预制混凝土T梁为背景,对架设阶段横向温度梯度作用下的T梁侧向变形进行研究。建立截面热传递理论模型,通过热传递有限元分析得到主梁温度时程与分布,并与实测结果对比以验证有限元分析准确性,分析极端环境条件下(最高气温、最低气温、最大温差和最强太阳辐射)截面横向温度梯度分布,提出横向温度梯度多线性分布模式和预制混凝土T梁在横向温度梯度作用下的侧向变形简化分析方法。结果表明:热传递有限元分析计算结果与实测结果吻合;混凝土T梁顶、底板温差明显,且均产生较大的横向温度梯度;顶、底板及腹板的最高温度均出现在太阳直射边缘,最低温度出现在横向中心位置附近;采用简化分析方法计算预制混凝土T梁在横向温度梯度作用下的侧向变形,并得到不同标准截面梁在极端横向温度梯度下的侧向变形与跨径的关系,可为预制混凝土T梁架设时侧向变形控制提供参考。

波前编码红外成像系统的温度梯度适应能力探究

利用波前编码技术为红外光学系统进行无热化设计可提高其在不同均匀工作温度下的适应能力,但针对温度突变、成像系统内温度分布不均情况,波前编码技术是否能正常进行成像及其适用的温度范围还有待进一步研究.为简化分析流程,采用温度梯度模型来仿真非稳态下的温度变化.利用温度梯度模型来定性分析光学系统在轴向、径向温度梯度为系统引入的附加像差.计算两个方向下的光程差变化来比较两种温度梯度环境下系统的成像性能差异.在此基础上,为非稳态温度环境下红外光学系统的设计建立了结合光/机/热分析的无热化设计流程,通过ZEMAX设计了一套最大轴向尺寸为85 mm、最大径向尺寸为25 mm的红外光学系统,通过SolidWorks加载轴向和径向的热形变,探究所设计的系统能够适用的温度梯度范围.结果表明,结合光/机/热分析的无热化设计流程可以有效表明系统在非稳态温度下的成像情况.对上述采用三次相位板进行无热化设计的红外光学系统,在非稳态温度下可以适应±10℃的轴向温差范围,但是仅可以适应±1℃的径向温差范围.因此在进行红外波前编码光学系统的无热化设计时,需要对径向方向进行重点优化.

带温度梯度的钴基高温合金蠕变性能研究

二元隔热衬套是航空发动机高温燃气尾喷管的关键部件,在服役状态下承受非均温、蠕变等复杂环境与载荷。开展了二元隔热衬套钴基高温合金材料GH5188在温度梯度下的蠕变性能研究,设计了具有二元衬套孔结构特征的平板模拟件,开发了带温度梯度的蠕变加载试验装置,进行了内外壁温度差为200℃(760/560℃)以及760、980℃均温条件下带孔与不带孔二元隔热衬套模拟件的蠕变试验。研究表明:在均温与温度梯度环境下带孔模拟件蠕变寿命均高于无孔试样的,带孔试样的蠕变变形显著低于无孔试样的。

大温差地区未铺装钢箱梁温度梯度预测和温度效应

针对乌鲁木齐地区运营8~10年的钢箱梁桥已经出现裂缝的问题,对作为中国大温差地区的新疆乌鲁木齐地区未铺装钢箱梁桥进行温度监测。基于温度监测数据,用函数拟合的方式描述的钢箱梁太阳辐射下顶底板温差最大时的温度梯度分布模式。选用统计学的方法分析计算100年重现期的钢箱梁日照最不利温差标准值并得到最不利温度梯度模式。基于最不利温度梯度模式,利用Midas Fea NX有限元仿真软件进行最不利温度效应的仿真。研究结果表明:钢箱梁在日照作用下同时存在横向和纵向温度梯度。采用统计分析方法得到100重现期的竖向正温差标准值为29.8℃,高于中国相关现行规范线性插值得到未铺装钢箱梁竖向正温差值26℃。按此温度梯度模式作为温度荷载的有限元结果表明,温度作用下钢箱梁的温度应力达到甚至超过正常设计车辆荷载的应力水平。

基于温度梯度衰减器的高精度温度控制系统

面向半导体制造装备等精密设备和仪器的高精度温控需求,提出了一种基于温度梯度衰减器的高精度温度控制系统。首先,将加热器作为温度调节器,实现对低频温度扰动的补偿;并且,利用温度梯度衰减器的流动混合机制,实现对流体温度高频扰动的削减;两者互补共同构成高精度温控系统。基于MATLAB/Simulink搭建仿真模型,在模型预测控制下对高精度温控系统的时域和频域进行扰动衰减分析。通过实验与仿真结果对比,发现与传统PID控制相比,采用模型预测控制的温控系统在热扰动引起的温升阶段最大温升降低了24%。结果验证了基于温度梯度衰减器的高精度温控系统的优异衰减效果及抗扰性能。

温度梯度铁电材料热释电性质的微观机制研究

在平均场近似的理论框架下,采用拓展的横场伊辛模型理论,引入分布函数描述材料内部的量子起伏效应和温度梯度导致的铁电畸变,探讨影响温度梯度铁电材料热释电性质的微观机制。研究表明量子起伏效应和铁电畸变是影响铁电材料热释电性质的两个重要因素。随着量子起伏效应的增强,热释电系数峰值逐渐下降,但对热释电峰值出现的位置影响并不显著;铁电畸变的存在,大大提高了材料热释电系数的峰值;温度梯度铁电材料内第一层级发生相变的时刻是影响材料热释电峰出现的最显著的因素。

温度梯度铁电材料极化偏移与热释电性的内在关联性研究

在平均场近似的理论框架下,采用拓展的横场伊辛模型理论,探讨温度梯度铁电材料极化偏移与热释电性质的内在联系的微观物理机制。研究表明:极化偏移的极值和材料内首发相变的梯度层的性质密切相关。极化偏移的极值和热释电系数的峰值总是成对出现,改变温度梯度铁电材料内首发相变层的性质是调控极化偏移、改善材料热释电性能的关键因素。

三芯电缆中间接头压接缺陷多物理场及温度梯度场分析

为解决传统电缆中间接头压接缺陷识别温度敏感性差、环境影响因素多、设备检测精度低等问题,提出了一种基于温度梯度矢量分析的电缆中间接头缺陷识别方法。通过对10 kV三芯电缆开展多场耦合计算,采用矢量分析方法获得了电缆中间接头的温度梯度场和热流密度分布矢量图,形成了电缆中间接头温度梯度场分布规律。结果表明:电缆中间接头表面温度梯度主要受x方向(电缆径向)温度梯度的影响;正常接头表面温度变化率不超过16.6%,其表面温度梯度变化率达49.8%;缺陷接头表面温度变化率不超过21.8%,其表面温度梯度变化率达57.8%,温度梯度场相较温度场有更高的检测灵敏度。开展电缆中间接头温度梯度场分析研究,对电缆接头致热型缺陷运维效率提升有积极意义。

基于温度梯度的锂离子电池寿命衰减情况的研究

在实际车辆运行工况下,电池包内电池的温度分布呈现出不均匀的特征,且在较高工作温度下电池的衰减速度会加快,可能促使容量和功率的减退加速。以锂离子电池为研究对象,通过对电池组进行长周期的1 C充放电循环,对电池组的温度分布、衰减情况以及电流分布行为进行了系统的表征和分析,并将其与单个基准电池进行了对比。研究结果显示,电池组中的所有电池都经历了更高的温度上升,且衰减速度较基准电池更快。尤其值得注意的是,经过1815个循环后,电池组中间的电池容量减退至初始容量的61.2%,而基准电池的容量保持率为86.5%。此外,电池组中的电阻和电流也呈现了类似的变化趋势。通过实验性地量化非均匀温度分布对电池衰减的影响,有助于更深入地理解在存在温度梯度情况下模块化锂离子电池的衰减行为。这对于优化电池设计、提高电池性能和延长电池寿命具有重要的指导意义。

钟罩式气体流量标准装置温度梯度影响研究

钟罩内部封闭气体稳态条件下的温度分布可用拉普拉斯方程描述,边界等温时温度为竖向一维直线方程梯度分布。建立坐标系,将钟罩位置绝对编码,两点测温法获取直线方程。考虑湿度影响导出非线性一维分布气体密度函数,进行空间积分,获钟罩任意高度区间气体质量函数,进而导出质量流量函数。当气体流动满足绝热等熵过程时,根据连续性方程导出流量计处状态下仅关于压力的体积流量函数,有效解决温度测量响应滞后问题。实例计算表明,以点温度代替梯度温度会使钟罩排出气体的质量引入显著的系统误差,必须对密度按空间积分加以修正。

温度梯度下颗粒的热泳与热渗

通过温度梯度传输颗粒在许多生物医学应用中具有前景。然而,边界约束在实际使用中的普遍存在给理解热泳和热渗透效应带来了挑战。本研究设计了一个微流控芯片来建立可控的温度梯度并研究了各种纳米颗粒的迁移。观察到颗粒在基底附近的异常嗜热迁移并归因于基底的亲水性。通过构建颗粒热泳和热渗方法,阐明了此类异常的嗜热行为并进一步揭示了表面亲水性如何影响热渗透系数。提供了疏水表面高热渗透的第一个实验证据,比亲水表面的报道值高12个数量级。进一步研究了聚苯乙烯颗粒、蛋白质和细胞外囊泡的热泳迁移率,并解决了关于热泳和热渗透机制的争议。

鱼腹式截面温度场边界条件及温度梯度分析

根据日照条件下鱼腹式截面梁各部位的热边界条件不同,提出一种分区计算热边界条件的方法。将鱼腹式截面分为四个区域,按照第三类边界条件,计算考虑斜面天空效应影响的各区域的热边界参数,并研究斜腹板倾角对鱼腹式截面温度效应的影响。采用数值仿真方法进行瞬态温度场分析,通过分析最不利温度分布,拟合得到鱼腹式截面梁体横向、竖向、厚度方向的指数型温度梯度函数,并与规定的温度梯度进行对比分析。结果表明:斜面天空效应对鱼腹式截面温度分布影响较大,而分区计算热边界条件能较好地反应斜面天空效应对鱼腹式截面温度效应的影响;鱼腹式截面温度场效应受斜腹板倾角影响较大;拟合的温度梯度较规定的温度梯度能更好地反映底板与顶板之间的温度差,更符合于鱼腹式截面实际的温度场分布。

温度梯度对生物质气流床气化产物的影响

气化温度是影响生物质气化性能的重要参数,而工业气化炉内温度分布不均匀,阻碍了生物质高效气化的发展进程。为了预防或减少温度分布不均所造成的不良影响,提高生物质气化性能,通过实验方法研究了炉内温度梯度(axial temperature gradient,ATG)对生物质气化三相产物的影响。实验设定落下床的上段炉温为1300℃不变,下段炉温范围为900℃~1300℃以模拟工业气化炉火焰区存在的轴向温度梯度,以碳转化率和冷煤气效率为评价指标,对松木屑的气化特性进行了实验分析。结果表明:在ATG为100℃~300℃范围内,合成气中有效气体(CO+H_(2))产率、碳转化率和冷煤气效率随着ATG的增大而逐渐减小。半焦产率均低于0.2%,表明松木屑在上段炉(450 mm)1300℃高温区域内几乎实现了半焦的完全气化。碳烟为生物质高温气流床气化的主要含碳固体产物,其产率为半焦产率的3~6倍,且难以被完全清除。当上下两段的ATG高于300℃时,气相均相重整和气-固非均相反应在下段低温区几乎停滞,产物产率、碳转化率和冷煤气效率几乎保持不变,同时有少量焦油生成,占比约0.01%。

温度梯度下SAMs膜对油滴迁移行为控制及减摩效果试验研究

采用自组装单分子膜技术以及局部紫外光刻技术相结合的方法,制备了条形润湿性表面,用于解决由温度梯度作用造成的油滴热毛细迁移而导致的接触区域乏油问题.使用高速摄像机以及接触角测量仪,对温度梯度下,液体石蜡在所制备表面与原始不锈钢表面上的迁移速度、迁移距离及接触角进行了对比.结果表明:在不锈钢表面设计的条形图案能够有效地抑制油滴的热毛细迁移现象.将制备表面进一步应用于摩擦磨损试验中,发现所制备表面能使液体石蜡在摩擦的过程中始终汇聚在摩擦接触区,减缓了接触区乏油,能够明显减少摩擦磨损.此研究为解决由油滴热毛细迁移而引起的接触区乏油问题提供了新思路和新方法.

“π”形钢-混凝土组合梁竖向温度梯度研究

钢-混凝土组合桥梁结构在日照作用下产生的非均匀温度场对整体结构稳定性起着主要影响作用。以盐坪坝长江大桥为依托,基于桥梁健康监测、实时阴影算法和有限元方法,研究了“π”形钢-混凝土组合梁在日照作用下的非线性温度分布;提取组合梁竖向温度梯度,通过数据拟合和统计分析,采用广义极值理论来描述最不利温差,得到组合梁夏季温差的概率密度分布函数,并参考欧洲规范(重现期50 a),得到升温模式、降温模式两种温度梯度的温度基数,在此基础上得到预测“π”形钢-混凝土组合梁的温度梯度模式,并与规范进行对比,说明差异性。研究方法可为其他直桥的温度场研究提供依据,并为后续开展的钢-混凝土桥梁温度效应研究提供参考。

温度梯度相互作用色谱在聚烯烃表征中的应用

研究了高温-温度梯度相互作用色谱(HT-TGIC)在聚烯烃表征中的应用,并与结晶分级技术进行了对比,同时分析了实验条件对HT-TGIC曲线的影响。实验结果表明,相比结晶分级技术,HT-TGIC在表征结晶度较低或完全无定形树脂时具有明显优势。HT-TGIC可用于定量表征聚烯烃树脂及其共混物的化学组成分布,并具有良好分辨率。优化的操作条件为:尽可能快的冷却速度、升温速率/淋洗流量的比值在一定范围内、动态降温、较小的动态吸附流量、冷却循环最终温度高于结晶温度。利用辛烯含量差与HT-TGIC淋洗峰偏离值呈线性关系,可快速确定共聚单体含量,包括高共聚单体含量树脂。

流道扰流体对固体氧化物燃料电池温度梯度的影响研究

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)内部过高的温度梯度会导致电池失效,如何降低SOFC温度梯度、提高电池温度分布的均匀性至关重要。结合电、热、流动和传质物理场建立了SOFC多物理场耦合模型,通过与实验数据对比验证了模型准确性;通过SOFC模型研究了SOFC温度和温度梯度分布情况,确定了电池反应区最大温度梯度为优化指标,提出了扰流体流道结构设计,并在考虑功率密度的影响情况下,证明了扰流体结构的有效性。对扰流体结构的形状、高度和宽度进行了分析讨论,分析发现:扰流体主要是通过改变流体流速和反应层氧气浓度来影响反应区最大温度梯度的,扰流体对于流道压降的改变主要影响了损失功率密度;最终确定了圆弧扰流体结构(h=0.8 mm,d_(1)=4.0 mm)为较优结构,在净功率密度与传统直流道相同时,最大温度梯度为43.35 K/cm,相比传统直流道,降低了9.4%。

CFQS中离子温度梯度模的同位素效应研究

基于中国首台准环对称仿星器(CFQS),利用回旋动理学弗拉索夫代码GKV率先开展准环对称仿星器中离子温度梯度模(ITG)的同位素效应研究。模拟结果表明,CFQS中存在明显的ITG同位素效应,随着氢同位素质量的增加,ITG的增长率显著下降。通过扫描等离子参数,如不同氢同位素混合的比例、密度梯度以及离子与电子温度比,研究了这些等离子体参数下CFQS中同位素效应的变化。此外,在不同的环向或径向位置处研究了CFQS的三维磁场位形对ITG同位素的影响,发现ITG的同位素效应在不同的环向和径向位置均普遍存在。

温度梯度对天平轴向力测量精度影响分析

应变天平作为风洞试验的测量元件,保证天平的测量精度是相关领域的研究重点。但在连续式风洞中,由于风洞运行时间长及马赫数连续变换,天平体的温度会出现分布不均匀的情况,产生温度梯度。这种温度梯度对天平轴向力测量精度的影响尤为明显。为探究在连续式风洞中温度梯度对天平轴向力应变输出的影响,根据实际工况,总结出3种温度加载情况,利用ANSYS Workbench对80A天平进行热-固耦合分析。研究结果表明:在不考虑后支杆热传导的情况下,温度梯度基点的温度越高,温度输入越快,天平体的温度分布越不均匀,温度梯度越大,轴向力应变输出越大;在考虑后支杆热传导的情况下,天平体的温度分布相对均匀,温度梯度较小,轴向力热应变输出较小。