基于毫米波雷达的飞行器三轴垂直度时变误差补偿方法

飞行器在飞行过程中由于外界因素引起垂直度变化,而垂直度测量的误差影响了飞行器的飞行任务控制,为此,提出基于毫米波雷达的飞行器三轴垂直度时变误差补偿方法;在飞行器飞行环境下,构建地面坐标系,作为垂直度的测定、补偿标准;借助毫米波雷达技术精准的测距,结合飞行器的姿态检测结果,测定飞行器三轴垂直度;考虑飞行器组成结构和工作原理,计算三轴垂直度的理论值;通过理论值与测定值的比对,得出时变误差的辨识结果,以时变误差量为补偿量,完成垂直度误差补偿工作;通过实验得出结论:优化设计方法的剩余三轴垂直度误差减少0.35 mm,在优化设计补偿方法作用下飞行器姿态角偏差明显减小,环境适应能力更强。

含瓦斯煤三轴应力加载实验设计与实践

利用自主研发的煤体“吸附-力学-渗流”耦合特性测试系统,实验研究了瓦斯对煤体强度和吸附膨胀变形特征的影响,设计了不同围压和瓦斯压力条件下的三轴加载实验。实验结果显示,瓦斯显著削弱了煤体的强度,其中游离瓦斯的影响大于吸附瓦斯。煤体强度的削弱程度与瓦斯压力呈正相关关系,而围压变化对其影响较小。另外,通过对比分析发现,实验室实验法测得的含瓦斯煤体体积应变比理论计算法更为准确。实验室实验法能够为确定煤基质的吸附膨胀最大应变和吸附变形朗格缪尔压力提供可靠依据。

二维三轴编织碳纤维复合材料的冲击响应及冲击后压缩行为

采用树脂传递塑膜工艺制备碳纤维二维三轴编织复合材料,分别通过空气炮系统和落锤冲击实验系统开展了二维三轴编织复合材料在不同冲击能量下的高、低速冲击实验,并通过超声C扫描获取了不同冲击能量下的分层损伤情况,分析了二维三轴编织复合材料的高、低速冲击响应及损伤失效特性。然后,对低速冲击试样开展压缩实验,结合数字图像同步测试技术,阐明了不同冲击能量下二维三轴编织复合材料的冲击后压缩性能。结果表明,在低速冲击载荷下,随着冲击能量的增加,二维三轴编织复合材料的损伤面积等比例增大,但能量吸收增大了近2倍,在6.7 J/mm的冲击能量下,材料内部产生严重的损伤,导致其剩余强度大幅下降。二维三轴编织复合材料的弹道极限速度约为138.5 m/s,当弹体入射速度大于弹道极限速度时,其损伤面积随弹体入射速度的增大而降低。

土工格室加筋非饱和土三轴试验

为探索加筋非饱和土结构的变形和破坏特征,测试了非饱和土的土-水特征曲线;同时,基于固结排水三轴试验测得不同净围压下基质吸力分别为30、80和130 kPa时非饱和素土和土工格室加筋土的应力-应变曲线,对比分析了不同基质吸力下素土和加筋土变形模量和抗剪强度指标;此外,基于三轴试验结果分析了土工格室对非饱和土的约束围压大小。结果表明:随着轴向应变的增加和净围压的减小,土工格室加筋土的变形模量提高幅度逐渐增大;非饱和土的有效内摩擦角受土工格室加筋作用的影响较小,由于土工格室的约束作用,加筋土的黏聚力和反映基质吸力对强度贡献的内摩擦角均有提高;随着非饱和土基质吸力的增加和净围压的减小,由于剪胀趋势的增强,土工格室加筋土的变形模量和表观黏聚力提高幅度逐渐增加。

稳健估计下三轴磁传感器误差补偿方法研究

在三轴磁传感器采样过程中,不可避免地出现人为干扰或环境磁场干扰,导致模值约束的椭球校准精度受到影响,因此提出了一种基于稳健估计的椭球校准算法。在椭球模型约束的最小二乘法基础下,加入稳健估计的思想,对采样数据进行弹性赋权处理,多次迭代逐步减小粗差对拟合精度的影响,进而提高地磁测量的精度。仿真试验表明,稳健估计椭球拟合在有限异常值干扰下得到的校准参数,其精度相比于传统椭球拟合算法提升了1~2个数量级,且校正后的数据模值均方差改善比提高了90%以上;实测试验中,所提出的方法对磁场模值均值和均方差的改善比相较于原始算法各提高了9%和23.2%。

基于统计损伤原理的岩石三轴压缩本构模型

岩石在三轴压缩条件下的变形行为主要受到裂隙扩展与演化的影响。针对岩石在不同围压条件下的应力-应变曲线行为,分析了其闭合应力σ_(cc)、起裂应力σ_(ci)、扩容应力σ_(cd)、峰值应力σ_(c)随围压变化的演化规律。考虑到岩石峰后的残余强度特征,建立了基于概率统计的损伤变量,并推导了基于统计损伤原理的岩石三轴压缩本构模型。结果表明:在围岩增加的条件下,岩石的特征应力也随之表现出增长过程。通过与试验数据进行对比分析,表明建立的本构模型可以有效描述岩石全阶段内的损伤演化规律和应力-应变曲线特征,验证了模型的合理性与可靠性。

层状软岩三轴压缩试验数值模拟研究

为探究复杂地质条件下层状软岩隧道围岩力学特性,采用数值模拟的方法对室内三轴压缩力学试验结果进行补充、验证,以探明层状软岩不均匀变形等问题。本研究中三轴压缩数值模拟试验采用遍布节理本构模型,充分模拟层理弱面对岩石强度的削弱作用,采用1∶1完全对称模型,岩石基体参数和节理强度参数主要参照千枚岩室内三轴压缩试验数据以及相关研究,设置91种工况充分模拟自然界岩体0°~90°的层理角度,并记录不同层理角度的三轴抗压强度。研究结果表明,岩石三轴抗压强度各向异性曲线呈“U”形,10,20,30 MPa下强度各向异性曲线类似,层理倾角20°~82°范围内抗压强度先减小后增大,层理倾角50°时岩石三轴抗压强度最小;岩石应力除层理倾角0°和90°外均关于原点不对称分布。岩石三轴抗压强度力学试验实测值与数值模拟值接近,印证室内力学试验参数的正确性,弥补室内力学试验工况数量的不足。

三轴应力下CO_(2)置换开采天然气水合物实验研究

为模拟海域真实环境,在三轴应力、氯化钠体系以及水合物储层富水状态的条件下,开展针对氯化钠体系、储层初始饱和度以及置换压应力对液态CO_(2)置换开采海域天然气水合物的实验。研究表明:在三轴应力以及孔隙度约46.70%的条件下,氯化钠体系对CH4置换效率影响较小,但对CO_(2)水合物合成表现出抑制作用;储层初始饱和度与CH4置换效率之间是负相关关系且高的储层含水率更有利于CO_(2)封存;CH4置换效率随着置换压应力的增长有一定幅度的提高,置换压应力的增大为CO_(2)水合物合成提供了高的驱动力,进而提高了CO_(2)封存效率。

类岩石试件三轴扰动破坏特性试验研究

为研究高应力围岩扰动破坏机制,开展了不同围压下类岩石试件的三轴常规压缩和三轴循环扰动试验,得到了试件的扰动应力–应变规律和变形破坏特征,并对试件开展了核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance)成像试验,从微观角度进一步阐明了试件扰动破坏机理。研究结果表明:(1)试件在不同围压下均存在一个阈值强度,轴向荷载超过阈值强度后,轴向变形对扰动变得敏感,再次施加扰动会引起试件显著变形,当轴向荷载低于阈值强度时,变形对扰动不敏感。阈值强度与极限强度的比值可以反映试件的抗扰动能力,随着围压增大,该比值呈现逐步递减的规律,说明高围压下试件抗扰动能力下降,对扰动作用更敏感。(2)扰动作用下类岩石试件存在弱化效应,如常规三轴10MPa围压下试件表现出腰鼓破坏,而受扰动作用后,试件呈现斜切脆性破坏,与常规三轴5MPa围压下破坏形态相近。(3)岩石试件在高应力作用下进入塑性流动状态,内部颗粒重新排列,内部小孔隙与大孔隙的占比减少,而中孔隙的占比显著增多,试件内部孔隙率整体降低。

基于摄影测量的三轴土体剪切带演化规律

为实现土样局部变形的定向研究,同时优化土样的变形测量精度,将数字图像测量与三轴试验结合,在不对仪器做大型改造的条件下,运用摄影测量技术改良试验.以桂林地区红黏土为研究对象,试验全程对土样全表面进行受力变形监测,并还原土样的三维重构模型,以此研究其应力应变关系、局部应变特性、剪切带演化规律.研究结果表明:(1)土样表面的剪切带内外区域具有截然不同的变形特征,带外区域变形较为均匀且变形量趋于稳定,而带内区域变形不均匀且变形量不断加剧;(2)根据土样表面不同区域间的局部应变差异,确定了剪切带开始形成、停止扩张及完全贯穿的临界状态,提出了一种判别剪切带发展阶段的方法;(3)根据判别方法,将剪切带的演化过程拆分为压缩变形、表面扩张、延伸贯穿、相对滑移四个阶段,并分析了各个阶段不同的变形规律与破坏机理.经摄影测量技术改良的三轴试验,能够得到更准确的土体局部本构关系和变形特性,为探索土的应变局部化现象提供了一种精确且经济的研究方案.

糯米浆灰土无侧限压缩和三轴剪切离散元分析

糯米浆灰土是一种常见的遗址保护建筑材料,为研究糯米浆灰土压缩加载过程中的糯米-石灰胶结破坏和接触组构演化情况,采用离散单元法开展了糯米浆灰土无侧限压缩和三轴剪切离散元模拟。首先基于软胶结模型考虑糯米浆-石灰的强度特征,制备了糯米浆灰土离散元试样;然后通过参数敏感性分析为试样赋予合理的接触模型等效模量和胶结强度参数,最后对试样开展无侧限和三轴压缩模拟。结果表明:离散元模拟能再现糯米浆灰土加载试验的主要特征;加载过程中胶结破坏数量先缓后快增加,最终趋于平缓,胶结破坏呈现一定的聚集效应;无侧限压缩下胶结接触主要发生拉伸破坏,随着围压增加,剪切破坏接触数量增加;试样偏组构快速增加段为胶结破坏诱发。

层状岩石不排气三轴压缩力学特性试验研究

为研究地下隧洞开挖过程中围压和孔隙气压对层状千枚岩力学特性及变形参数的影响,以氩气作为渗透介质,开展层状千枚岩不排气三轴压缩试验,分析层状千枚岩在不同围压和孔压下应力-应变关系、峰值强度、变形特性及破坏形式随层理倾角的演化特征。引入基于层理倾角的各向异性度公式,探讨围压和孔压对层状千枚岩各向异性的影响。结果表明:不排气条件下,当孔压减小或围压增大时,层状千枚岩峰值强度逐渐增大;岩石峰值强度σc、弹性模量及变形模量随层理倾角的增大呈“U”型变化;层理倾角在30°~60°之间,层状千枚岩存在层理弱面,破坏形式主要为沿层理面剪切滑移破坏;层状千枚岩在平行层理方向受围压、孔压影响较大,呈现明显各向异性特征。

基于超大型三轴试验和原型监测的堆石料模型参数缩尺效应修正

根据常规大型三轴(最大颗粒粒径60mm)试验堆石料模型参数计算的土石坝变形值与原型监测值存在显著的差异,但导致其差异的因素及其影响程度仍不清。采用中国首台超大型三轴仪(最大颗粒粒径200,160mm)及大型三轴仪,对5座世界级高坝筑坝堆石料开展了力学特性缩尺效应(包括缩尺方法、颗粒尺寸效应)试验研究,系统分析了本构模型(邓肯E-B,E-μ模型,广义塑性模型)对坝体计算变形的影响,结合两河口心墙坝和阿尔塔什面板坝的监测资料探讨了缩尺效应规律和本构模型的合理性,明晰了缩尺方法、颗粒尺寸效应以及本构模型三类误差是高土石坝计算失真的主要原因。研究结果表明:控制孔隙率一致时,混合法缩尺相比相似级配法会高估堆石料的模量,相似级配缩尺方法更加合理;基于相似级配法时,常规大型三轴试验相比超大型三轴会高估堆石料的模量,超大型三轴试验成果与实际工程监测资料反演结果十分接近,可以认为基本消除了尺寸效应影响;广义塑性模型计算结果(尤其是水平位移)比邓肯E-B,E-μ模型更符合实际。针对工程中应用最多的邓肯E-B,E-μ模型参数提出了缩尺效应分类修正方法,易于对大型三轴试验参数进行修正,避免低估大坝沉降变形。研究成果有助于深入理解堆石料缩尺效应及不同本构模型的影响,可为同类工程变形预测提供可靠的试验与数值计算依据。

真三轴应力下水射流冲击不同层理面倾角煤的破坏机制

煤的层理面倾角(bedding plane angle,BPA)对射流破岩的效果影响显著。为探讨真三轴应力下不同BPA煤的射流破坏机制,开展了不同BPA煤在真三轴应力下的纯水射流冲蚀试验。结果表明,当煤的BPA较低或较高时,射流冲击分别容易形成锥形破碎坑和裂缝坑,破碎坑开口随着BPA的增大由圆形逐步向椭圆形过渡,煤的破坏模式由剪切破坏主导转变为拉伸-水楔效应主导。随着BPA增至60°,破岩体积增加了154.35%。当施加三轴应力时,煤层理面对射流破煤性能的影响被抑制,不同BPA煤的破坏模式仅呈现圆孔破碎坑,水锤压力引起的剪切破坏是煤在三轴应力下破坏的主要原因,60°BPA煤样的破坏体积减少了95.60%,相比其他倾角降低幅度达到最大。BPA对煤的轴向损伤演化具有驱动作用,随着倾角增大,轴向损伤发生波动。当施加三轴应力时,三轴应力抑制了射流破煤的损伤演化,煤的轴向损伤出现收缩。煤的破碎坑壁面的扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)结果表明:当施加三轴应力时,0°BPA煤样的破碎孔壁不再出现微裂隙与脆性剪切破坏的痕迹,并且孔隙的数量与尺寸大幅减小;60°BPA煤样的破碎孔壁不再出现水楔作用导致的大量锯齿状痕迹,三轴应力下不同BPA煤的破碎孔壁面均出现明显的延性剪切破坏特征。

基于超大型三轴仪的堆石料动力特性缩尺效应研究

堆石料的缩尺效应是导致高土石坝变形预测不准的重要因素之一,目前针对堆石料静力缩尺效应的影响已有部分研究,但针对堆石料动力变形特性的缩尺效应研究仍十分鲜见。本文对两河口板岩及古水玄武岩开展了超大型(试样直径800 mm,最大粒径为160 mm)和常规大型三轴(试样直径300 mm,最大粒径为60 mm)动剪切模量和阻尼比试验,研究了平行相似级配条件下最大粒径对最大动剪切模量、动剪切模量比、阻尼比以及沈珠江等效线性模型参数的影响。试验结果表明:①超大型三轴试验的最大动剪切模量大于常规大型三轴试验,随着动剪应变的增大,超大型和常规大型三轴试验的最大动剪切模量差别逐渐减小;②超大型三轴试验的动剪切模量比G_(d)/G_(dmax)小于常规大型三轴试验,即超大型三轴试验的动剪模量比衰减得更快;③超大型三轴试验的阻尼比大于常规大型三轴试验,随着动剪应变的增加,二者的差距逐渐增大;④超大型三轴试验得到的沈珠江等效线性模型参数k_(2)、k_(1)以及λ_(max)分别是常规大型三轴试验的1.14~1.32倍、1.26~1.31倍以及1.31~1.44倍,超大型和常规大型三轴试验得到的模量指数n差别不大。本文研究成果可为同类工程动力响应分析提供更加合理的试验与数值计算依据。

典型航天火工品运输三轴振动加速试验方法研究

运输振动环境是典型的多轴向振动激励,针对典型火工品运输试验中仍采用单向振动加载的现状,本文分析航天典型火工品运输工况,并提出设计火工品运输试验。研究航天典型火工品运输振动条件制定方法,确定运输三轴振动条件、运输三轴振动加速试验条件。建立典型航天火工品运输三轴振动加速试验方法,通过三轴振动试验,研究了火工品在不同里程、不同试验条件下的电阻值的变化情况,获取了电阻值随着运输历程的变化规律,为火工品三轴振动加速试验提供参考。

三轴压缩下含瓦斯煤体电阻率响应的实验研究

目的受载含瓦斯煤体变形破裂过程中电阻率的变化规律是电阻率法预测预报煤与瓦斯突出发生的理论基础。因此,研究三轴压缩条件下含瓦斯煤体破裂过程中电阻率的变化规律十分必要。方法自主研发一套测试低频条件下受载含瓦斯煤体变形破坏过程中电阻率的实验系统,测试三轴压缩条件下含瓦斯煤体电阻率的变化规律,对实验结果进行分析和解释。结果结果表明:(1)受载含瓦斯煤体的电阻率变化与所受应力存在显著的对应关系,型煤的电阻率变化规律与应力的对应关系要优于原煤的,对应力降低比较敏感;(2)受载型煤的电阻率变化规律为先上升后下降型和下降型,受载原煤的电阻率变化规律仅有下降型;(3)从原煤和型煤的物理力学以及受载过程中的变形破坏类型、受载含瓦斯煤体变形破坏过程中的煤体结构变化情况、煤的孔隙结构以及导电类型3方面分析解释受载含瓦斯煤体的电阻率变化情况;(4)对受载含瓦斯型煤电阻率变化曲线出现的2种类型进行科学合理的解释。结论研究成果可为电阻率法预测预报煤与瓦斯突出的发生提供技术支撑。

典型舱段结构三轴振动/热复合环境虚拟试验方法研究

随着航天飞行器面临的力学环境愈发严酷,热与振动环境已成为造成结构损伤和破坏、产品功能下降或失效的关键因素。建立了一种考虑三轴振动与热复合环境的虚拟试验方法,以简化的筒形舱段为对象,分别建立石英灯阵高温加热仿真模型与三轴振动仿真模型,并通过实际试验数据得到振动台-夹具传递函数,将三者结合以建立三轴虚拟热振仿真模型。分别通过舱段结构单轴热振试验与三轴热振试验来验证所建模型的准确性,并基于验证后的模型获取三轴振动下结构中央测点随温度时变的传递函数变化情况。由舱段模态试验验证舱段有限元模型的准确性,对比前6阶模态频率误差不超过5%。在单轴热振试验中,仿真模型各测点响应均方根值(root mean square,RMS)与试验加速度响应RMS的误差不超过15%;在三轴向热振试验中RMS误差不超过20%,验证了所建虚拟热振模型的有效性。

不同卸荷水平下饱和红砂岩三轴压缩破坏及能量演化特征

为保证水下红砂岩地层隧道的安全施工,避免开挖区突水、失稳等工程事故的发生。以赣州蓉江四路过江隧道工程为依托,对饱和状态下的泥质红砂围岩开展初始卸荷水平为60%、70%、80%和100%(无卸荷)的三轴压缩对比试验,分析不同初始卸荷水平下三轴压缩力学特性变化规律,并结合扫描电镜,对试验后岩样的宏细观破坏特征进行对比分析。基于能量耗散原理,对不同初始卸荷水平下饱和泥质红砂岩试样的能量关系进行拟合,揭示卸荷过程中的破坏特征与能量演化之间的规律。研究结果表明:无卸荷三轴压缩破坏时的峰值偏应力远高于初始卸荷水平为60%、70%、80%时的峰值偏应力,随着初始卸荷水平的提高,饱和泥质红砂岩的峰值偏应力在增加,偏应力增加值在减少,环向变形减小,卸荷所导致的岩样扩容时间会更短,岩样内部的裂隙及黏结颗粒碎屑和表面的破裂纹路增多并发生贯通,且受张拉破坏越明显。在卸荷条件下,三轴压缩达到屈服阶段后,岩样裂隙快速发展,弹性应变能增加缓慢,耗散能急剧增加,破坏阶段时,岩样内部存储的弹性应变能达到存储极限并瞬间释放,产生更多的裂隙。随着初始卸荷水平的提高,峰值偏应力对应的总应变能、弹性应变能及耗散能均呈现先减小后增大的趋势。研究结果可为红砂岩分布地区的水下隧道开挖及建设提供一定的理论参考。

新型三轴调节式定位器辅助经皮椎间孔镜手术治疗多节段腰椎间盘突出症效果及初步随访

目的探讨新型三轴调节式定位器辅助经皮椎间孔镜手术(percutaneous transforaminal endoscope discectomy,PTED)治疗多节段腰椎间盘突出症(lumber disc herniation,LDH)效果及随访结果。方法选取我院100例多节段LDH患者,简单随机化法分组,各50例。对照组行传统PTED,观察组行新型三轴节式定位器辅助PTED。观察对比2组围术期指标、并发症、手术优良率及手术前后炎症应激指标[白细胞介素2(interleukin-2,IL-2)、白细胞介素6(interleukin-6,IL-6)、白细胞介素17(interleukin-17,IL-17)]、患侧多裂肌表面肌电图[均方根值(root mean square,RMS)、中位频率值(median frequencyMF)、积分肌电值(integrated EMG,IEMG)]、Oswestry功能障碍指数问卷表(Oswestry dysfunction index,ODI)评分、视觉模拟评分法(visual analogue scale,VAS)评分及手术优良率。结果观察组透视次数、穿刺次数、术中出血量少于对照组,穿刺时间、手术时间短于对照组,一次性穿刺成功率高于对照组(P<0.05);2组并发症发生率比较差异无统计学意义(P>0.05);术后1 d观察组血清IL-17、IL-6、IL-2水平低于对照组(P<0.05);术后1个月、3个月、6个月、12个月2组患侧多裂肌RMS、MF、IEMG均高于术前,ODI评分均低于术前(P<0.05);术后1 d、5 d观察组腰背部、下肢VAS评分低于对照组(P<0.05);术后12个月2组手术优良率比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论新型三轴调节式定位器辅助PTED与传统PTED治疗多节段LDH均能取得满意效果,能改善患侧多裂肌表面肌电图,恢复腰椎功能,缓解患者疼痛,且具有较好安全性,但前者能优化手术操作,缩短手术时间,减轻术后炎症反应,有助于早期疼痛缓解。