长阳天池口清江特大桥主拱圈悬臂浇筑斜拉扣挂系统设计

长阳天池口清江特大桥主桥为净跨径242 m的非对称上承式钢筋混凝土拱桥,主拱圈采用单箱单室截面,宽9.5 m、高4.0 m。资丘岸和五峰岸半跨主拱圈各分为24个和21个节段,第1个节段采用支架现浇,其余节段采用斜拉扣挂悬臂浇筑法施工。扣索采用星式和扇形组合方式布置,位于墩顶和扣塔的扣索为星式布置,位于交界墩墩身的扣索为扇形布置,并将墩身上的扣锚索设计成连续索以避免在墩身上搭设张拉平台;扣塔由8根∅800 mm×16 mm钢管组成,两岸扣塔分别高52.68 m和60.12 m;根据锚索最大索力,设计了能承受800 kN张拉力的岩锚索。建立主拱圈悬臂浇筑施工阶段MIDAS Civil有限元模型,对斜拉扣挂系统扣锚索索力进行计算,通过拆除部分扣索和调整扣锚索索力,施工期间主拱圈截面最大拉应力、扣塔最大偏位、主拱圈成拱后线形均满足要求。

双悬臂截割机器人相对动力学建模与力位混合控制研究

双悬臂截割机器人可解决传统单臂掘进机在截割大尺寸断面时效率低下的难题,但其与煤岩的动态交互影响控制性能。现有研究以双臂接触同一对象形成运动闭链为前提,无法满足双悬臂截割机器人双臂运动及末端截割头输出力的控制要求。针对该问题,设计了一种基于机器人相对动力学模型的力位混合控制系统。建立双悬臂截割机器人运动学和动力学模型,基于机器人的相对雅可比矩阵及虚位移与虚功原理推导出机器人的相对动力学模型,通过单一变量同时描述机器人双臂的运动状态,将机器人双臂独立的动力学模型整合为一个整体。基于机器人的相对动力学模型,设计了机器人双臂力位混合控制系统,通过李雅普诺夫函数验证了系统的稳定性和可行性。仿真结果表明:双悬臂截割工艺较单悬臂截割拥有更大的工作空间,具有一次性实现大断面截割的能力;双悬臂截割机器人力位混合控制系统能够完成对期望相对位置和期望相对力的同步跟踪,对截割头期望位置跟踪的绝对误差在0.3132 m以内,均方根误差为0.1447 m。

表面效应对热-机多孔悬臂纳米梁力学性能的影响

表面效应对纳米结构的力学性能有重要影响。飞机上很多微纳尺度的结构可简化为悬臂梁。本工作分析表面效应对随从载荷作用下梯度多孔材料纳米悬臂梁在高温环境下非线性力学响应的影响。基于GurtinMurdoch表面弹性理论和非线性梁理论,建立梯度多孔材料梁在随从载荷以及温度场中的非线性控制微分方程。假定梯度多孔材料的性能在整个厚度范围内连续变化,且沿厚度呈两种余弦形式的非均匀孔隙率分布模式。采用打靶法求解梯度多孔材料悬臂纳米梁在热-随从载荷下的非线性力学响应。获得各种孔隙率系数和不同非均匀升温下悬臂纳米梁非线性力学响应的数值解,详细讨论材料表面弹性常数和表面应力对纳米悬臂梁力学响应的影响。结果表明:不同孔隙率系数和不同非均匀升温下梁的力学行为是不同的;纳米梁表现出十分显著的表面效应。

基于改进滑模控制的悬臂式掘进机轨迹跟踪技术

针对传统滑模控制在悬臂式掘进机轨迹跟踪中存在全局收敛速度慢、抖振显著等不足,提出了一种基于新型趋近律的改进滑模控制方法。通过在传统指数趋近律基础上引入掘进机机身的横向偏差、航向角偏差以及幂次趋近项,实现了掘进机轨迹偏差的快速收敛以及抖振的削弱;同时,采用边界层法进一步抑制抖振,解决了趋近律中符号函数乘积项易引起抖振的问题。分析了新型趋近律的存在性、可达性以及稳定性,并推导了干扰稳态误差的区间。考虑掘进机的不确定扰动,对传统滑模控制与改进滑模控制方法进行了仿真对比。结果表明,改进滑模控制的控制精度、收敛速度及抗干扰能力均优于传统滑模控制。最后,通过搭建实验平台测试了掘进机轨迹跟踪控制系统的性能,验证了改进滑模控制方法的可行性和有效性。研究结果可为煤矿井下恶劣环境中采掘装备的智能控制提供重要参考。

基于半解析法的功能梯度悬臂梁力学行为研究

功能梯度材料(Functionally Graded Material,FGM)物理性能优良,具有重要的应用价值,近些年来受到了越来越多的关注。本文发展了一种可用于功能梯度悬臂梁受力分析的半解析方法,该方法具有与解析法同等的计算精度,并且可用于材料性能梯度分布复杂情况下的悬臂梁结构受力分析。将该方法用于材料性能按线性梯度分布、指数梯度分布、复杂经验公式梯度分布的功能梯度悬臂梁受力分析,并与解析法、梯度有限元法、分层有限元法的计算结果进行了对比验证。研究结果表明,当高度和长度方向的积分点数分别为11个和21个时,半解析法和梯度有限元法计算的弯曲应力分布结果与解析解基本一致,分层有限元法计算的弯曲应力分布结果与解析解相差较大,相对误差大于10%。而对于挠度值分析,半解析法、梯度有限元法、分层有限元法的计算结果均与解析解非常接近,最大相对误差不超过1.0%。

高频响应悬臂梁单向阀动态特性研究

单向阀动态性能是影响磁致伸缩电液作动器中核心部件磁致伸缩泵输出性能的因素之一。已应用于磁致伸缩泵配流的悬臂梁单向阀在使用过程中出现随着启闭频率上升而响应性能下降问题,通过理论分析,提出了一种高频响应双瓣式悬臂梁单向阀,对已有和提出的单向阀进行动态响应分析。通过流固耦合在阀两端输入幅值为60 kPa的正弦压差,对比分析了已有和提出的两种单向阀的响应性。结果表明:随着输入压差信号频率的增加,已有单瓣式悬臂梁单向阀出现了响应滞后和阀口不能关闭的情况,阀口未关闭位移随频率的增大而增大,输入频率每增加100 Hz,阀口不闭合位移增加2.1%;双瓣式悬臂梁单向阀在相同结构参数下频率响应和阀口关闭情况都优于单瓣式单向阀,输入频率每增加100 Hz,阀口不闭合位移增加1%,减少了阀口回流,阀的高频响应优点可以适应磁致伸缩材料高频宽的特点。为高性能智能电液作动器的发展提供支持。

武汉青山长江公路大桥宽幅钢箱梁悬臂拼装横向线形匹配技术

武汉青山长江公路大桥主桥为主跨938 m的双塔双索面全飘浮体系斜拉桥,主跨整体式钢箱梁高4.5 m、全宽48 m,采用500 t架梁吊机分节段悬臂拼装架设。钢箱梁悬臂拼装时,架梁吊机站位节段、待架节段由于荷载及约束不同,横截面变形呈现出不同的趋势,线形匹配难度大。为解决该问题,主跨钢箱梁悬臂拼装时选择上、下游分体式架梁吊机,减少架梁吊机自重;经比选选择横桥向27.7 m间距的架梁吊机站位,减小了架梁吊机荷载对横向线形匹配的影响;通过设置顶压装置(由顶压牛腿、支承底座组成),在架梁吊机站位节段、待架节段钢箱梁边腹板处施加1500 kN顶压力,配合少量马板,一次加载完成对接口竖向变形匹配调整。施工后,钢箱梁横向线形匹配精度均满足要求。

基于便携式悬臂梁麦克风光声光谱仪测定温室气体的方法研究

介绍了一套基于便携式悬臂梁麦克风光声光谱监测大气环境温室气体浓度的高灵敏系统,采用脉冲红外光源通过窄带光学滤光片,形成中红外区的多个光谱波段,结合光学悬臂梁麦克风技术,具有超高灵敏度,可去除背景气体干扰,实现同时监测多种气体。通过对温室气体浓度的测量,验证了甲烷(CH_(4))的方法检出限为0.226×10^(-6),二氧化碳(CO_(2))的方法检出限为2.624×10^(-6),其余的温室气体检出限最低为四氟化碳(0.052×10^(-6)),最高为三氟化氮(0.164×10^(-6))。同时验证了长期重复性,CO_(2)的1倍标准偏差为0.405 5,最大漂移量为1.775 6×10^(-6);CH_(4)的1倍标准偏差为9.162 0,最大漂移量为36.261 1×10^(-9);该仪器对CO_(2)的最大示值偏差为-0.04×10^(-6),CH_(4)的最大示值偏差为1.48×10^(-9)。温室气体的相对标准偏差均<2%;CO_(2)和CH_(4)的平均响应时间均为2 min 40 s;CO_(2)和CH_(4)的决定系数(R~2)均>0.999 9,CO_(2)拟合残差在±0.05×10^(-6)以内,CH_(4)拟合残差在±1×10^(-6)以内。

带内埋质量超声速悬臂板的颤振特性

为提高具有内埋质量升力面的颤振速度,将其简化为带集中质量的矩形悬臂板。基于假设模态法和一阶活塞理论得到颤振模型,进而考察其颤振特性。首先,基于Kirchhoff薄板理论建立矩形悬臂板的结构动力学模型,并利用假设模态法得到带内埋质量时的模态属性。其次,引入一阶活塞理论近似求解在超声速条件下的模态气动力,代入结构动力学模型得到颤振方程的时域表达。最后,通过引入指数形式的模态位移将颤振方程变换至频域并通过p-k法求解颤振速度和颤振频率。通过改变内埋件的位置、质量和数目等参数,得到其对超声速悬臂板颤振特性的影响规律。研究结果表明,在悬臂板前缘靠近翼梢区域内埋小质量物体可有效提高升力面的颤振速度,而在翼根附近,颤振速度对内埋质量的变化不敏感。

基于PSO-SVR算法的悬臂式掘进机工作性能预测

研究目的:悬臂式掘进机作为铣挖法中不可或缺的机械设备,其工作性能常受到围岩特征和机械设备等条件的制约。为预测悬臂式掘进机工作性能,本文以瞬时切割速率ICR作为评价指标,综合考虑围岩因素和机械设备因素,通过不同算法预测ICR,优选出基于粒子群优化的支持向量机算法(PSO-SVR),并据此建立了ICR预测系统,从而快速高效地预测铣挖隧道掘进机工作性能和施工速度。研究结论:(1)利用已开挖的铣挖法隧道数据作为训练样本,通过5种算法预测ICR,其中粒子群优化的支持向量机算法预测精度最佳;(2)通过粒子群优化算法搜寻最优惩罚系数C和核函数系数g,能有效避免陷入局部最优解问题,并显著提高模型预测精度和泛化能力;(3)十折交叉验证结果表明,PSO-SVR算法具有较好的鲁棒性,且鲁棒性高于其他4种算法;(4)依托赣州蓉江隧道工程,PSO-SVR模型可准确预测悬臂式掘进机瞬时切割速率和施工速度,预测精度显著高于经验公式和其他算法,可为铣挖机械设备选型以及铣挖隧道施工速度预测提供参考。

预制模壳填芯混凝土悬臂盖梁承载力分析

盖梁的轻量化发展是实现全预制桥梁的必然要求。基于已有的预制模壳填芯混凝土悬臂盖梁静力试验,采用有限元软件ABAQUS对试件PRC1进行数值分析,有限元计算结果和试验结果吻合较好,验证了有限元模型的可靠性。通过修改已验证的有限元模型参数,进一步分析外壳混凝土强度、纵筋配筋率和交界面接触设置对预制模壳填芯混凝土悬臂盖梁力学性能的影响。基于钢筋混凝土一般构件的承载力计算方法建立试件的理论计算公式,并对提出的计算公式进行验证。研究结果表明:当外壳材料为普通混凝土时,混凝土强度等级从C35增加到C60,峰值承载力仅提高1%,而当外壳材料为超高性能混凝土(UHPC)时,峰值承载力相较C35提高了22%。纵筋配筋率与峰值承载力呈线性增长趋势,当顶部第1排纵筋直径从14 mm增加到22 mm时,峰值承载力提高了34%。交界面接触设置为绑定约束比面面接触的峰值承载力更接近试验值,且后者是相对保守的。基于钢筋混凝土一般构件建立的承载力计算方法所计算结果与试验结果和有限元分析结果吻合较好。

斜拉扣挂悬臂浇筑拱桥扣索力与锚索力确定方法研究

为解决钢筋混凝土拱桥拱圈悬臂浇筑施工过程中,由悬浇节段自重和挂篮重引起的部分拱圈截面拉应力与塔架偏位过大的问题,提出扣索力与锚索力确定方法。该方法基于应力叠加原理和影响矩阵确定扣索力,给出当拱圈截面拉应力不满足要求时的扣索拆除判定方法;提出通过锚索力修正系数主动调控扣索力与锚索力,使塔架产生与拱圈悬浇阶段数值接近、方向相反的偏位,给出能同时满足拱圈应力、塔架偏位和成拱线形要求的扣索力与锚索力的计算流程。以净跨径180 m的混凝土拱桥——毕节白甫河管桥为背景,开展扣索力、锚索力以及锚索力修正系数的计算,对扣索力、锚索力、拱圈应力、成拱线形和两岸塔架偏位的计算值和实测值进行对比验证。结果表明:利用所提方法得到的扣索力、锚索力与实际张拉力最大相差6.02%,该桥施工时,依次拆除5组扣索,使拱圈截面拉应力均满足设计要求;塔架偏位实测最大值为3.3 cm,满足小于最大容许偏位4.0 cm的要求;拱圈截面实测最大拉应力为1.74 MPa,满足小于1.8 MPa的拉应力设计要求,成拱线形与裸拱线形最大偏差为0.5 cm,拱圈线形良好,验证了所提方法的可行性。

基于改进SSA结合模糊RBF神经网络的悬臂梁振动主动控制

随着航空航天事业的发展,为了节省燃料,同时提高航天器速度,航天器采用更轻的材料来减少质量。然而,此举也引入了柔性振动,灵活的振动增加了姿态控制的时间,导致姿态精度控制不尽如人意。因此,有效抑制柔性振动以实现高精度姿态控制非常重要。论文以柔性压电悬臂梁作被控对象,并利用压电薄膜(Polyvinylidene Fluoride,PVDF)作传感器和致动器,分析其振动的控制问题。基于PID和模糊理论的局限性,结合模糊控制器能模仿专家经验和径向基神经网络(Radial Basis Function Network,RBFNN)善于学习的优点,设计了模糊径向基(Fuzzy Radial Basis Function,FRBF)神经网络控制器来抑制悬臂梁的振动,并采用混沌映射的种群初始化策略、疯狂算子的领导者位置更新策略、精英保留及动态惯性权重的追随者位置更新策略改进的樽海鞘群算法(Salp Swarm Algorithm,SSA)来优化模糊神经网络权值。将改进后的控制方法在Matlab软件环境下进行了数值仿真,仿真结果表明,应用改进的模糊径向基神经网络控制器可以有效地提升主动控制的振动效果。

一种双简支―悬臂梁反共振隔振器设计分析与试验

[目的]为探究三元件型反共振隔振器的实现形式,提出一种由一根悬臂端含质量块的双简支-悬臂梁与一根双支撑梁所组成的机械装置(BAVI)。[方法]首先,分析双简支-悬臂梁的动态特性,推导其阻抗方程;然后,根据驱动点阻抗函数综合其低阶模型是单惯容与单弹簧二元件的串联结构,并解析低阶模型的等效参数;最后,通过装置试件设计与试验,验证其反共振特性和理论方法有效性,并在此基础上分析装置刚度特性及不同阻尼形式的效果。[结果]结果表明,当跨度比共振隔振器结构,具有“高静低动”刚度特性;在双简支-悬臂梁上采取阻尼措施后,可实现隔振区传递率以最大速率衰减的同时抑制共振峰的效果。[结论]所提机械装置证明了三元件型反共振隔振器的可实现性,提供了一种简易可行的工程结构。

智能化掘进机悬臂和铲台机构关联位置干涉解算模型

智能化悬臂式掘进机在工作状态感知与控制过程中悬臂和铲台机构关联位置干涉,而现有悬臂式掘进机防干涉碰撞的研究主要是基于单一的控制方法,将防干涉碰撞条件融入到控制中的较少。针对上述问题,提出了一种悬臂和铲台机构关联位置干涉解算模型。基于多自由度悬臂式掘进机悬臂和铲台机构运动过程中的相对空间位置关系,将悬臂机构简化为分段空间直线、铲台机构简化为空间平面,根据悬臂边界等效分段空间直线上特定点和截割刀具边界点至铲台等效空间平面的距离,判断悬臂与铲台是否干涉。悬臂与铲台机构关联位置干涉解算模型应用实例表明:当铲台处在中位状态时,主悬臂和辅助悬臂无相对摆动下,悬臂和铲台不发生干涉碰撞的极限约束条件为主悬臂下摆动位置角不超过29.5°,截割刀具卧底量不超过42 mm;主悬臂和辅助悬臂协同摆动下,悬臂和铲台不发生干涉碰撞的极限约束条件为截割刀具卧底量不超过163 mm。悬臂和铲台机构关联位置干涉解算模型为悬臂与铲台干涉碰撞全域预测预警的数字化与智能自主控制奠定了基础。

马鞍山长江公铁大桥主航道桥中塔墩钢桁梁双悬臂架设

2024年6月28日,马鞍山长江公铁大桥主航道桥Z4号中塔墩E109-110、E109′-110′节段钢桁梁双悬臂对称架设施工完成(见图1),标志着全桥控制性工点全面进入钢桁梁双悬臂架设阶段,单侧再悬臂架设18个标准双节间节段钢桁梁至合龙口。

悬臂式预制构件的半灌浆套筒连接性能研究

为促进采用半灌浆套筒连接的悬臂式预制构件的工程应用,从连接接头和构件2个层面对连接性能进行了深入的理论分析,建立了极限状态的分析模式并给出了套筒环向、纵向应变以及连接钢筋纵向变形的分析结果,同时提供了适用于悬臂式预制构件半灌浆套筒连接的设计与复核方法,其有效性经过了试验研究的验证。

亭子口灌区一期工程隧洞悬臂掘进机选型与应用

目前,随着国内引调水工程发展,水利工程隧洞下穿越城镇、公路、铁路等越来越多,传统的钻爆法对地面建筑物震动影响较大,已不能满足上述情况下施工需要,随着各行业施工技术发展,已在市政、交通、采矿等行业广泛应用的悬臂掘进机也逐渐在水利水电工程中使用,以亭子口灌区工程为例,简要介绍悬臂掘进机在本工程隧洞工程施工中的选型及应用。

悬臂支架异形零件工艺设计

悬臂支架零件是叉车关键托举机构中的主要零件,零件加工质量的稳定直接影响到生产成本及安装装配的质量。为了提高悬臂支架零件性能和加工整体质量,通过合理选择毛坯成形、优化零件机械加工艺及切削参数等方法,探究悬臂支架零件毛坯成形与加工,对异形零件机械制造工艺提出了工序相对集中的机械加工方艺和加工工艺,并进行零件成功试制及批量生产,得到了相对合理可行的加工方案。实践证明,异形类零件在加工工艺及加工工装设计促进了产品的质量,解决了低成本工装投入和生产通用性问题,使现场生产人员也能够快速调整程序保证加工精度,具有提高生产率及降低成本的重要意义。同时该零件成功进入量产。该工艺方法对相关同类零件在加工方案选择上有很多可借鉴的思路和应用推广的价值。

斜拉悬臂支架在大悬臂盖梁中的施工技术研究

大悬臂盖梁作为桥梁和建筑工程中常见的结构形式,在施工过程中面临许多挑战,其中之一是如何高效、安全地进行悬臂浇筑。斜拉悬臂支架作为一种关键的施工工具,广泛应用于解决这一问题。斜拉悬臂支架通过其独特的结构和工作原理,为大悬臂盖梁的施工提供了可行的解决方案。本文旨在研究斜拉悬臂支架在大悬臂盖梁中的施工技术,以提高悬臂盖梁的施工效率和安全性。通过分析斜拉悬臂支架的设计原则,探讨斜拉悬臂支架在大悬臂盖梁施工的应用,在此基础上分析斜拉悬臂支架在大悬臂盖梁中的施工技术,旨在为工程实践提供有关斜拉悬臂支架的最佳实践和经验总结。