有色金属材料热模拟试验的稳定测温方法

热/力模拟试验不仅能充分而精确地揭示材料在热加工过程中组织与性能的变化规律,还能评定或预测材料在制备或热加工过程中可能出现的问题,进而为制定合理的加工工艺及研制新材料提供理论指导和技术依据。然而,热模拟试验过程中对试样温度的测量是否精确是决定试验成功与否的关键。在此基础上,根据试验机及有色金属材料的特点,对试样的准确测温方法进行了研究,解决了热电偶丝与有色金属材料试样难以牢固焊接的问题,极大地拓宽了试验机检测的应用范围。

深部煤岩冲击地压多功能物理模拟试验系统研制与应用

为了深入研究深部地层煤岩体冲击地压及岩爆灾害致灾规律,自主研制了深部煤岩冲击地压多功能物理模拟试验系统。该系统主要由真三轴荷载加载系统、剪切加载扰动系统、油源与增压器系统、试件制作与输运系统、试验控制与数据采集系统构成。基于该系统开展了300 mm×300 mm×600 mm的粉砂岩及相似材料试验研究。试验结果表明:测试及功能试验证明系统具有良好的准确性和稳定性,能够较高质量的完成真三轴荷载试验,位移及力传感器测试精度良好,同时该系统能完成临空面冲击破坏试验和剪切扰动试验,破坏效果直观显著;巷道破坏现象与红外热成像云图呈现了较为一致的规律,破碎区域能量释放,温度云图颜色加深。整个应力加载阶段整体平均红外辐射温度逐渐增加,进入扰动加载期温度急剧增加;在临近全面破坏时巷道内部裂纹贯通,大量围岩从巷道壁面抛出,声发射计数和能量突增,并且保持在较高水平,声发射累计能量呈指数型增长。电磁辐射能量主要发生在扰动加载阶段的破裂期与全面破坏期,在全面破坏期呈现了明显的能量幅值急剧增加的现象,与声发射能量增幅较为相似,证明了冲击失稳破坏能量的剧烈释放。

空气舵抖振载荷地面模拟试验技术研究

固体火箭的空气舵在挂机飞行中受到抖振载荷作用,出现了异常偏转现象,需要通过地面试验排查原因,并开展抖振载荷适应性考核。由于传统的试验方法未能复现故障,本文提出了一种新的抖振载荷地面模拟试验新技术,通过挂机飞行舵面实测数据计算舵面抖振载荷,并基于优化算法完成地面模拟试验条件制定,通过多激振器联合激励方法来完成抖振载荷加载。该试验技术在地面试验中成功实现了产品故障复现,大幅提高试验考核的真实性,该研究结果可以推广应用到其它舵产品气动载荷地面考核中。

基于反目标法的引信复杂终点弹道等效模拟试验系统

面向全域机动作战愈加要求引信具有复杂终点弹道高发火可靠性需求,针对当前正向碰靶试验具有试验着角有限、发火信号不可实时采集以及试验周期长和成本高等问题,开展基于反目标法的引信复杂终点弹道等效模拟试验系统研究。基于有限元仿真,以30 mm小口径炮弹引信为对象,对比正向碰靶与反目标法引信关键模块受到的轴向冲击特性的相似性,基于弹塑性力学建立了圆柱形靶板反向碰击引信产生冲击特性的理论模型,模型采用微面力法进行数值求解,并通过仿真结果对比验证,基于20 mm轻气炮搭建了等效模拟试验系统模型,并对两种触发开关的响应特性进行实时采集研究。试验结果表明,现用于小口径炮弹引信的某触发开关对正碰2 mm铝合金靶板的响应时间约为58.2μs,对比正向炮射试验引信碰击2 mm铝合金靶板发生“表炸”的推算结果,验证了基于反目标法的等效模拟试验系统的可行性。

浅埋薄基岩顶板采动突水溃砂固流耦合相似模拟试验研究

突水溃砂作为一种新型的矿井地质灾害,具有隐蔽、突发、难监测、破坏强等特点,因此,探究覆岩采动劣化特征及突水溃砂致灾机理对松散层水害防控具有指导意义。首先,通过相似材料配比与测试试验,研究了不同材料配比对材料强度、渗透特性的影响机制,并研制出一种适宜于模拟松软岩层的新型固流耦合相似材料;然后,借助采动煤层顶板涌水溃砂灾害模拟系统,进行了浅埋薄基岩、中厚基岩的单一含水结构盖层以及薄基岩含隔双层结构盖层条件下开采的相似模拟试验,分析了不同地层结构的采动裂缝空间劣化-贯通及水砂起动、运移、涌溃灾变特征,揭示了浅埋薄基岩采动突水溃砂致灾机理。试验结果表明:新型固流耦合相似材料兼具耐水、抗崩解、抗软化、低渗透、低强度、低塑性的特性,且渗透系数随碳酸钙含量的增加呈负指数衰减,单轴抗压强度呈现二次多项式增长的特点;初次来压和第一次周期来压阶段是浅埋薄基岩采动覆岩劣化诱发突水溃砂的高发期,采动裂缝平面呈“OX”分布,随基岩与松散层底部黏土层的厚度增加,覆岩由拉剪破坏逐渐转变为拉张破坏,裂缝形态由“垂向直通形”转变为“倒楔形多层交错叠加组合”,裂缝开度减小,通畅度变差,可降低诱发突水溃砂风险几率与危害程度;通道开度(宽度)与砂体粒径的相对关系(简称“裂粒比”)以及通道通畅度是决定突水溃砂发生与否及致灾程度的关键。

动载扰动巷道再现冲击地压模拟试验研究

为解决巷道冲击地压模拟试验难以再现的问题,研发了一套简便的动载扰动巷道冲击地压模拟试验系统和相应的低强度类煤岩模拟材料,并开展了验证性试验。试验结果表明:系统成功在实验室再现冲击地压,且操作简单便捷,动静载施加灵活,模型材料满足需求;借助多源信息监测系统,实现了动载扰动下巷道冲击地压的全过程模拟与监测。研发的低强度类煤岩材料,以模型石膏粉、GRG石膏粉、水解树脂与水为主要原料,强度控制在6~9 MPa,制样与试验周期缩短至21 d。静态加载过程中的围岩应变与声发射信号互相吻合,能够反映模型试样经历的压密、弹性变形与微破裂发展等阶段;动载扰动对巷道围岩的变形破坏影响存在方向性,顶板的变形响应最为显著,在巷道周向产生较大的应变振荡与塑性弯曲变形,但冲击显现主要发生在巷道两帮,两次动载扰动在巷道同一区域均成功诱发了巷道的冲击地压现象,且第2次动载扰动引发的冲击显现程度趋于强烈,揭示了动载扰动对冲击发生的影响作用。研究结果表明该试验系统与模型材料稳定可靠,能够较好地模拟动载扰动下巷道的冲击失稳过程,可为研究巷道动静载组合致冲机理、动载扰动巷道的支护防控机制等提供参考。

液体姿轨控发动机高空模拟试验测量系统的设计与评估

为了提高液体姿轨控发动机高空模拟试验测量系统的性能,归纳提出了液体火箭发动机高空模拟试验测量系统一般性设计方法和完善的测量系统综合静态特性评估方法。设计了基于客户/服务器模式的液体姿轨控发动机中高空模拟试验测量系统,并对系统主要性能进行了评估。该系统拥有96路高精度速变参数测量、72路缓变参数测量、8路振动参数测量的能力;研制了一种测量信号调理电路以提高硬件的功能完备性和适应性。现场校准结果显示,速变参数和缓变参数测量通道的总不确定度分别是0.057%±0.009%与0.19%±0.032%,准确度等级范围分别是0.05~0.1级和0.15~0.4级;测量关键部位的真空度、流量、压力、温度和推力等参数的通道与传感/变送器的扩展不确定度分别是0.51%、0.14%、0.22%、0.51%和0.10%。经试验,真空舱真空度、推进剂流量、室压、推进剂温度和推力等关键参数的实际扩展不确定度分别为0.078%、0.12%、0.033%、0.26%和0.028%,表明测量硬件和测量软件满足液体姿轨控发动机高空模拟试验参数的高精度测量需求。本研究可为其它试验需求的液体火箭发动机试验测量系统设计提供参考。

降雨作用下古滑坡复活机理物理模拟试验研究

水是导致古滑坡复活的重要因素,而经历长久固结的土石混杂滑坡体通常渗透性较低,降雨形成的地表水如何入渗并诱发古滑坡复活的机理尚未明晰。文章在古滑坡复活案例调查和分析的基础上,采用滑坡物理模拟试验研究了降雨与裂缝共同作用下古滑坡复活机理。结果表明:(1)裂缝影响降雨渗透速率和渗透深度,当坡体表面无裂缝时,滑体渗透系数较小,降雨只能引起浅表层滑动;当坡体表面发育裂缝时,雨水沿裂缝快速渗入至深部滑带位置,诱发古滑坡复活。(2)裂缝的位置影响古滑坡的复活模式,无裂缝时,古滑坡表现为渐进式的溯源侵蚀复活;有裂缝时,首先出现溯源侵蚀复活变形,并沿前缘预设裂缝处逐渐扩张滑动,然后沿后缘预设裂缝发生拉张变形并出现向前推挤现象,最终在前部牵引和后缘推挤作用下发生整体复活滑动。(3)滑坡在临滑前,深部孔隙水压力和土压力均急速上升,而在滑动后快速释放,故可将孔隙水压力和土压力值的骤变作为古滑坡复活失稳的临界判据。

基于热模拟试验机的大试样平面应变技术

使用热模拟试验机对大试样低碳钢进行了平面应变压缩热模拟试验,并对其各道次应力-应变曲线及相变温度进行分析,获得了低碳钢变形区的显微组织演变规律。通过调整热模拟试验机的参数,确保大试样在升温、保温和降温过程中保持温度稳定。结果表明:在保温阶段,试样的均温区尺寸(长度×宽度×高度)为30 mm×30 mm×20 mm,温差约为20℃,满足平面应变压缩试验对试样均温性的要求;压缩变形后试样的宽展较小,试样中间区域的显微组织相对均匀,力学性能较稳定。采用热模拟试验机的平面应变技术可以较好地模拟低碳钢压缩变形时的平面应变状态,实现同时分析材料的显微组织和力学性能。

长距离井下循环模拟试验装置控制系统的设计

介绍了长距离井下循环模拟试验装置的结构,设计了长距离井下距离循环模拟试验装置控制系统。控制系统由硬件、软件两部分组成。分析了控制系统的输入和输出,并给出了具体的硬件和软件设计。硬件包括控制单元、执行单元、人机接口,软件包括可编程序控制器程序、人机界面程序。

指骨牵引与穿刺导向装置的设计及模拟试验

目的研制一种用于指骨骨折克氏针内固定的指骨牵引与穿刺导向装置,并设计模拟试验测试装置的穿刺精确性、安全性和使用便利性。方法针对当前指骨骨折克氏针内固定存在的穿刺精确性低、穿刺次数多及手术辐射性强等弊端,依据现存问题、手术需求和实际工况,结合医院指骨骨折案例,以模块化思路设计指骨牵引与穿刺导向装置。遵照手术流程,设计试验模拟装置的工作过程,初步验证其可靠性,为后续开展临床试验奠定基础。结果模拟试验结果显示,试制的指骨牵引与穿刺导向装置样机可进行手指前端的直针穿刺与手指两侧的交叉穿刺,适用于不同手指尺寸的患者,可辅助医师进行穿刺定位,节省1~2名医护人员,定位误差<1 mm。结论与传统指骨骨折克氏针内固定操作相比,指骨牵引与穿刺导向装置通过持续牵引及稳定的锁紧与精准的定位功能可辅助医师准确选择入针点和穿刺角度,提供克氏针穿刺导向通道,提高穿刺的稳定性,降低手术强度,并有助于减少对患者的二次伤害及手术过程中对医护人员的辐射。

内燃机车制动机模拟试验台的研制与应用

机车制动系统的工作状态直接影响列车的运行安全,如发生故障,直接影响列车的运行,且极易造成严重的行车事故,给企业带来巨大的经济损失。机车制动系统布局的空间狭小,故障点隐蔽性强且原因复杂,处理难度较大,为提高空气制动系统故障处理能力、解决职工培训问题,研制一种适用于内燃机车制动机模拟试验台十分必要。东风4DD内燃机车制动机模拟试验台采用阀座集成、制动机噪声处理、交互式教学动画制作等技术,实现实物模拟内燃机车制动机的各项动作试验、模拟设置制动系统类故障处理、动漫直观教学等,提高机车司机、检修人员处理临时故障的应急能力,保证机车安全,提高运用效率。

油气管道工程用高强度感应加热弯管母管热模拟试验验收及应用

针对长输管道工程感应加热弯管母管入厂验收中遇到的母管焊缝热影响区夏比冲击吸收能数值离散性异常、管体屈强比超标及原材料替代等问题进行了分析讨论。基于热模拟方法形成了适用于多种特定母管的个性化感应加热弯管的热煨制工艺,并完成批量工程建设用X80高强度感应加热弯管生产。同时列举了多个力学性能及成分指标存在明显偏离母管工程规范的案例,验证了现行感应加热弯管母管选材规范允许采用热模拟评定方法验收的正确性和可行性。

动态力学模拟试验信号产生系统结构设计

为解决现存高速碰撞动态力学模拟冲击试验存在的试验成本高、试验周期长,且无法实现连续多次高幅值冲击等问题,对高速连续冲击动态力学模拟试验信号产生系统结构进行了设计。通过对高速连续多次冲击信号进行靶场实测、仿真分析,揭示冲击信号特征,提出技术要求;根据信号特征,确定设计方案,利用“旋转式转盘+退让式冲击头”装置,产生连续多次高幅值、短间隔的冲击过载信号;通过模态分析及数值模拟,验证方案设计的可行性,并进行样机测试。结果表明:设计可实现模拟连续冲击大于10次,冲击幅值高于5000g,冲击时间间隔小于3 ms,且冲击时间间隔可调。设计可满足在实验室中对高速碰撞动力学信号的模拟检测,为实验室模拟高速连续冲击过程并进行冲击信号动态性能研究提供参考。

应用于四通道轮胎耦合道路模拟试验的汽车部件控制系统研究

目前的四通道轮胎耦合道路模拟试验系统常用于针对车辆的耐久性、平顺性以及NVH性能进行研究和开发。文章研究一种应用于四通道轮胎耦合道路模拟试验的汽车部件控制系统,可以在辅助四通道轮胎耦合道路模拟试验过程中进行相应需求的零部件状态控制,模拟更为真实的驾驶状态,也可以在试验中及试验后进行相应的数据监测和故障诊断,能为客户提供可靠的数据支持。

基于LabVIEW的滚压破岩模拟试验机研制

为考察不同环境工况下TBM滚刀的破岩特性,研制了一台小型滚压破岩模拟试验机。该试验机采用模块化设计,主要由基体及动力执行模块、数据采集模块、介质流率与温度控制模块三部分组成。其中,基体及动力执行模块主要包含试验机基体、加载主轴、滚刀夹具和岩石夹具,用来支撑试验装置和提供动力;基于LabVIEW的数据采集模块(力信号监测与分析系统)可在试验过程中实时显示和存储滚刀试样的法向力、滚动力、侧向力和摩擦系数数据;介质流率与温度控制模块由精密恒流蠕动泵、温度控制器和加热负载组成,用于试验过程中介质溶液的引入和温度保持。试验机的滚刀安装半径、介质环境、法向载荷、运动速率和时长等工况参数均可调。滚刀/大理岩在25℃去离子水介质工况下两种法向载荷作用的滚动摩擦磨损试验结果表明,该试验机可开展TBM滚刀在不同温度介质环境下的滚压破岩模拟试验。

龙湖煤矿沿空留巷相似材料模拟试验研究

为开展龙湖煤矿沿空巷道巷旁堆积体动态演化物理相似模拟试验,对相似材料的配比进行了试验研究。选取细河砂作为骨料,碳酸钙和石膏为胶料,设计了3因素4水平的正交试验。通过对相似材料动态和静态参数的极差分析和多元线性回归分析,得到了3因素对相似材料动态和静态参数的影响规律。采用该相似材料的配比进行物理相似模拟试验。结果表明:在沿空留巷期间,巷旁堆积体受到上覆岩层运动的影响,其结构形态不断变化。在巷旁堆积体形成初期,由于尚未形成稳定结构,其一直处于“自组织调整”状态。当巷旁堆积体形成稳定结构后,受到上覆岩层运动的影响,可能会发生巷旁堆积体挤压巷道的现象。

航空发动机OEI应急工况模拟试验方法研究

本文针对旋翼航空器单台发动机不工作(One Engine Inoperative,OEI)工况进行了模拟试验方法研究,重点研究了两种热加载试验技术,即感应线圈加热试验方法和热模拟电阻加热试验方法。首先,进行了感应加热和热模拟电阻加热的热-力加载性能测试,明确了两种试验方法的技术特点。其次,通过对某种典型镍基高温合金在两种加热方式下进行OEI模拟试验研究,分析了在两种加热方式下OEI对材料性能的影响,评估和比较了感应加热和热模拟电阻加热的OEI工况试验模拟效果。结果表明,由于热模拟电阻加热方法有控温精度高的优点,并且可在试样表面形成较大的均温区,因此能够更好地模拟OEI工况。相比之下,感应加热方法易在试样表面引入较大的热梯度,从而影响测温的一致性,并可能造成较大的热应力,导致OEI工况模拟的效果欠佳。因此推荐采用热模拟机试验方法作为OEI工况模拟的首选方法。

可变流通面积喷嘴在发动机数控系统半物理模拟试验中的应用

为了提升航空发动机数控系统半物理模拟试验的置信度,在试验过程中开展了燃烧室反压模拟研究。基于发动机的燃烧室喷嘴流量、压差特性,提出了一种基于可变流通面积喷嘴的试验方案。喷嘴采用机械活门式结构,通过型孔设计,保证流过喷嘴的压差、流量满足试验要求。设计、加工了2支可变面积喷嘴,在半物理模拟试验台进行了验证。通过与发动机试车数据比较,结果表明:数控系统在进行半物理模拟试验时,主要工作压力数据与发动机试车时的基本一致,证明该方法是一种工程实用的燃烧室反压模拟方法。与传统的反压模拟方案相比,可变当量喷嘴结构简单,不需要复杂的燃烧室反压调节、控制系统。该方法适用于不同型号发动机控制系统半物理模拟试验。

峨汉高速隧道排水系统结晶规律室内模拟试验

【目的】为探索隧道排水系统在地下水渗流作用下排水管道内结晶堵塞分布规律,提出峨汉高速隧道排水系统结晶规律室内模拟试验。【方法】依托峨汉高速廖山隧道工程,建立1∶5隧道排水系统室内模拟试验,同时结合现场取样地下水分析结果配置相同离子成分的试验溶液开展室内试验。【结果】结晶堆垛方式主要是大量堆垛,属于同分异构晶体类型,主要成分为方解石型碳酸钙;随着水流量增加,结晶量提高,结晶速率越快,其中横向排水出口的266.8 mL/s水流量工况下的累积结晶总量最高;缓和的排水管坡度有利于隧道排水管道内结晶物的生成;排水管接头处结晶总量(30%)>横向排水出口(27%)>横向排水管(19%)>纵向排水管(15.2%)>环向排水管(8.3%),隧道排水系统中结晶堵塞的关键位置是排水系统接口处和横向排水管出口处。【结论】研究有效分析出了排水管道内结晶堵塞分布规律,对保障隧道排水系统通畅有效运行具有重要意义。