基于Unity3D的矿井火灾监测与防治虚拟仿真试验系统

为更好地开展矿业安全类专业试验实践教学和培训,培养安全应急一流复合型拔尖人才,设计一种基于Unity3D的矿井火灾监测与防治虚拟仿真试验教学系统。首先,采用3ds Max建立仿真模型,构建矿井火灾监测防治试验系统总体框架;其次,开展外因火灾监测与远程自动控制救灾风门应急处置、内因火灾监测与温控胞衣阻化剂防灭火应急防控等人机交互试验实训;最后,建立综合评测的试验评价体系用于考核评估。结果表明:该试验系统具备虚拟现实沉浸性、交互性、构想性的技术特点,利于打造井下三维虚拟仿真场景,逼真展示矿井火灾演变过程;在试验与实训方面,可以突破传统模式在时间、空间、安全、资源等方面的限制,提供自主学习与多元评价方式。

低速水下机器人水动力试验系统设计

针对低速水下机器人模型试验测取水动力特性的需求,设计一款满足相似理论要求的室内小型低速开口式直流水洞;利用Fluent软件仿真得到试验段各截面速度分布云图,选出满足试验条件的截面范围;搭建试验平台并进行流场标定,结果表明稳流段速度达到2 m/s,稳流段的流场均匀且稳定,范围大于200 mm×68 mm×300 mm,满足阻塞率不大于25%、试验段长度通常是模型长度3倍的要求,验证了仿真结果的正确性且满足预期水下机器人模型试验的要求。此试验系统适用于速度不大于2 m/s,模型长不大于200 mm,模型来流方向的横截面积不大于5000 mm^(2)的试验条件。

煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统研制与试验验证

断层滑移型冲击地压是煤矿冲击地压的主要类型,目前对其发生全过程缺乏系统研究,其机理与防控仍是根本难题。为实现断层滑移型冲击地压的试验模拟,研制了煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统,开发了低强高脆相似模拟材料,制备了包含断层与巷道的大尺寸相似模型,开展了一系列验证试验,实现了巷道冲击破坏模拟与断层剪切滑移模拟。煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统具备三向六面加载功能,竖向加载能力为20 MPa,模型尺寸为1.50 m×0.75 m×0.75 m;主体框架创新采用键板连接,确保了主体框架的高刚度;发明了蜂窝加载壳结构,实现了密集油缸群加载,能够满足断层滑移型冲击地压试验模拟的要求。开发了适用于断层滑移型冲击地压模拟的相似材料,材料以水玻璃为胶结物、以氟硅酸钠为固化剂、以滑石粉为骨料,单轴抗压强度介于3.44~7.81 MPa,冲击能指数为9.2,弹性能指数为8.83,兼具低强高脆特性。基于试验系统和低强高脆材料实现了静载巷道冲击破坏模拟,验证了低强高脆相似材料模拟巷道冲击破坏的可行性,获得了巷道极限平衡状态的加载条件,巷道帮部连续片落为巷道冲击破坏的显著前兆特征。实现了粗糙锯齿断层的剪切滑移模拟,证实粗糙断层剪切滑移会对巷道形成动载扰动,获得了断层剪切滑移的合理加载方式,采用动区顶部先加载、底部后卸载的方式能够实现断层的瞬间滑移,并能消除对静区应力状态的影响。

微生物加固研究可视化试验系统的开发与应用

微生物加固是近十几年来兴起的绿色低碳建筑技术,在地基处理、边坡治理、混凝土裂缝修复等方面具有较好的应用前景。微生物加固涉及复杂的生物-物理-化学动态过程,需要开发实时可视化系统对其反应机理和加固机制进行研究。分析微生物加固可视化系统研发的必要性,提出微生物加固可视化试验系统由溶液输送系统、微反应器、观测系统、环境控制及监测系统组成的主要构造思路,其中溶液输送系统用于进样和控制流场边界条件,微反应器作为反应模具,观测系统用于反应过程的实时观测,环境控制及监测系统用于控制温度、光照等外部环境条件并获取流体压力等反馈数据。研究以图像处理为主,辅以环境监测的试验数据获取方法,提出相应的试验结果分析方法。结果表明:微生物加固可视化系统既能直接获取加固过程图像和渗透压力变化数据,亦能与扫描电镜等微观试验手段相结合进行材料表征和微观力学特性分析;开发的试验系统能用于微生物加固的微观实时研究,为微生物加固微观机制研究提供了新的手段,有利于揭示微生物加固机理。

基于双气炮冲击试验系统的冲击响应谱试验技术

针对大尺寸结构垂向高量级冲击响应谱的试验需求,通过对比冲击响应谱试验的各类实现方式,提出基于高量级气炮冲击试验系统进行两点冲击的试验技术。验证试验表明,采用双气炮可以实现大尺寸结构垂向高频高量级冲击试验的边界均匀性,避免单点冲击响应谱试验的欠试验问题,为航天器整机研发提供更真实可靠的数据。同时,双气炮冲击试验系统在理论上具备扩展能力,可为更大尺寸产品的高量级冲击响应谱试验提供支持。

岩土力学试验系统传感器密封装置的设计及试验方法

针对目前地球深部原位环境模拟试验中,大尺寸试样内部温度、压力参数测量困难的问题,设计了一种应用于岩土力学试验机的传感器密封装置。通过将该装置预制在试样内部并将传感器元件密封引出,避免了传感器及后端导线与高温高压环境的直接接触,可实现试样内部温度、压力参数的实时准确测量。验证试验表明,添加该装置后,并未破坏力学试验机三轴腔内部温、压及油液并存的实验环境,既为大尺寸试样力学实验的稳定测量提供了保障,又明显提升了测量数据的准确性和可靠性。鉴于该装置良好的密封性以及耐高温高压工况等特点,稍作改进可用于深海深空等复杂环境中作业,具有广阔的应用前景。

电驱动穿墙带载EMC试验系统设计及性能优化

带载电磁兼容(electromagnetic compatibility,EMC)试验系统是测试新能源汽车电驱动系统电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)性能的重要设备。为优化我国自主研发带载电磁兼容试验系统,推动电驱动系统电磁干扰特性研究,本文优先自主研发了能够完全满足CISPR 25—2016测试标准的电驱穿墙带载电磁兼容试验系统。通过对电磁兼容试验的需求进行分析,提出了电磁兼容试验系统设计方案。然后,建立电磁兼容试验系统三维模型,并进行电磁学仿真,同时对系统的干扰源、屏蔽完整性等进行分析,进而保障所设计系统的电磁兼容性。最后,通过搭建电磁兼容试验系统,基于底噪测试进行分析与优化,进一步提升了系统的准确性与可靠性。

基于ROS的多无人机室内试验系统设计与实现

为了设计并实现一种多无人机室内试验系统,以多架Tello无人机作为飞行平台,使用树莓派对每架无人机进行控制,采用一台PC机作为整个系统的主控计算机,通过一台路由器对系统进行组网,配置超宽带基站、标签和控制台为系统提供定位功能。以ROS为平台开发试验系统的应用程序。结合无人机单独飞行和编队飞行试验,说明该方案具备多无人机试验的开发和验证功能。另外系统以ROS平台进行开发,具有较强的通用性,便于二次开发,同时系统内包含定位、高度、图像等丰富的传感器信息,也为后期对多无人机编队和完成复杂任务的研发提供了基础。

一种高温密封检测试验系统设计

基于某核电站反应堆压力容器高温法兰用的金属C形密封环,给出一种高温密封检测的试验系统,用于进行金属C形密封环的高温循环和高温持久密封泄漏率的检测试验,温度适用范围为60~650℃;通过该高温密封试验台架,可检测出在经过多次高温循环和长时高温工况后金属C形密封环的泄漏率,其设计理念可供其他高温用金属静密封环的密封泄漏率检测的借鉴。

电力电容器外壳耐受爆破能量试验系统设计

电容器外壳耐爆性能是电力电容器的重要安全性指标之一,相关的行业标准仅给出了该项测试的具体要求,并未对测试方法进行明确的要求。通过分析现行标准对电力电容器外壳耐受爆破能量试验的具体要求,基于RLC回路电流法,对试验回路参数设计进行理论计算。基于理论计算数据,设计出电力电容器外壳耐受爆破能量试验系统所需储能电容、电阻、电感等元件参数,并根据放电电流特点选取了电流测量元件参数,最终搭建出完整测试系统。同时选取了3种规格电容器进行了验证测试,测试结果表明,基准放电波形的相邻峰值比均大于0.8,放电电流波形的频率均大于4kHz,符合DL/T1774中关于电容器外壳耐受爆破能量试验中对放电电流波形的要求,进一步验证了该方法设计的电容器外壳耐受爆破能量试验装置符合实际应用需求。

变频漆包扁线耐电晕试验系统的研究

本文通过对新能源汽车用变频漆包扁线的耐电晕性能进行研究,设计了一套耐电晕试验系统,并应用于实际检测中。通过对试验结果的分析与比较,验证了该系统的有效性和实用性,为新能源汽车用变频漆包扁线的耐电晕性能检测仪的设计和生产提供了参考依据。

多功能燃油发动机喷嘴喷雾特性试验系统研究

文章围绕燃油发动机喷嘴喷雾特性的测量技术展开研究,分析了当前国内常用的两种喷雾特性测量装置,激光相位多普勒粒子分析仪(PDPA)和粒子图像测速技术(PIV)。针对现有装置往往只能测量部分喷雾特性参数的问题,文章提出一种基于PDPA的多功能燃油发动机喷嘴喷雾特性试验系统方案,能实现对喷雾特性(包括喷雾锥角、贯穿距离、雾滴尺寸分布、浓度分布和速度分布)、喷雾周向、径向不均匀度试验等参数的全面测量,为燃油发动机喷嘴喷雾特性测量技术提供了一种参考。

大尺寸壁板结构的高声强噪声试验系统研究

为获取某飞机壁板在高声强噪声激励下的疲劳寿命,本文提出了一种适用于大尺寸壁板结构的噪声试验方法。本方法结合大尺寸壁板试验工件的特点,设计了具有较小矩形截面积的气流通道,既能实现大尺寸壁板试验工件的安装,又能实现高声强噪声激励的施加;并采用了工作段两侧面同时固定试验工件的方案,有效的缩短试验周期,提高试验效率。研究结果表明:与现有技术相比较,本文提出的高声强噪声试验系统适用于大尺寸壁板结构的高声强噪声试验系统,能够有效考核大尺寸壁板结构耐受高声强噪声的能力,且造价较低,对工程实际应用一定实践价值。

变压器综合试验系统整体校准研究

变压器综合试验系统试验电源容量大,传统的校验办法是对电流、电压互感器及采集系统分别校准,这样无法正确反映量值溯源的问题。为了解决这个问题,本文设计开发了一种变压器综合试验系统整体校准方法。

行程开关可靠性试验系统设计

行程开关作为保护设备安全运行的防护类器件,广泛应用在自动化生产领域,作为限位开关或用作运输车门启闭控制等。采用数字控制等方式,将机械运动转化为电信号,实现行程开关各种功能作用。本研究选择5个典型的行程开关,采用故障分析法明确设备失效指标及主要影响因素,即行程开关响应时间与触点电阻,并提供相关养护策略,以供参考。

大容量试验系统中光纤电流互感器的研究

在高压大容量检测系统中,电流测量系统作为重要的组成部分,用于对开关、熔断器等电气设备进行高压大电流试验时的瞬态数据测量,以及开断能力、抗短路能力等关键指标的测试。传统高压大容量检测系统中电流测量所使用的电流分流器、电磁式电流互感器、罗氏线圈、霍尔传感器等有着各自的应用局限性,对测量系统的精确度、抗干扰、稳定性等对测量结果有直接影响。分析了当前高压大容量测试系统中不同类型电流采集系统的优缺点,对应用于当前系统中的光纤电流互感器的研究过程进行了简要概括,并通过在系统中实际引入光纤电流互感器产品与传统测量方式进行了比较,验证了产品应用于高压大容量检测系统的可行性。

自然环境超高加速光老化试验系统研制

目的设计一种能够高效强化太阳紫外光辐射强度的自然环境加速试验设备,在自然环境环境中,用于高分子材料及制品、零部件的耐光老化高加速试验与快速评估。方法自然环境超高加速光老化试验系统研制主要采用模块化设计思路,基于3个太阳辐射强化原理,开展紫外反射镜开发,设计系统总体结构、试验主机、太阳能供电分系统和控制分系统等,对主机结构进行有限元强度和变形量分析,开发以PLC为核心的控制系统和以触摸屏及计算机为媒介的人机交互软件。结果研制的自然环境超高加速光老化试验系统采用太阳能清洁能源供电,实现了40倍以上的太阳紫外辐射强化。结论研制的自然环境超高加速光老化试验系统加工与制造难度小,加速倍率高,环境友好,使用效费比高,更适用于户外装备用高分子材料及制品的耐光老化评估。

基于Simulink Real-Time的汽车空调半实物仿真试验系统研发

针对多样化汽车空调电子零部件的高效、低成本总成级测试需求,研究基于一汽大众速腾1.6 L车型原型,设计了基于Simulink Real-Time的汽车空调半实物仿真试验系统。该系统集成了真实的汽车空调总成、制冷循环以及包含宿主机和目标机的双机实时仿真系统,用于开发和运行台架监控和空调控制模型,为汽车空调电子零部件提供半实物仿真测试环境。通过系统集成及功能验证,结果表明,汽车空调半实物仿真试验系统能够实现汽车空调基本控制功能,同时在不同工况下实现乘员舱温度控制的稳定性,稳态误差控制在±1℃以内。此外,该系统还具备灵活调整空调运行工况和状态的能力,为汽车空调电子零部件提供了高效、低成本的半实物仿真测试环境。

定向区域注浆三维模拟试验系统研制及应用

定向区域注浆改造含水层是矿井水害防治的有效途径之一。为研究定向区域注浆浆液扩散规律,自主研制了定向区域注浆三维模拟试验系统。该系统主要由试验台、注浆系统、注水系统及数据监测等子系统组成,可实现定向钻孔注浆模拟、浆液三维扩散模拟、高承压水模拟和区域化注浆模拟等功能。系统可独立控制注浆孔单元,实现多孔、多序次注浆,借助6个注浆孔模拟不同注浆压力、浆液黏度、注浆速率、水灰比等多种参数影响下的浆液流动过程,并可实现动/静(高)水压环境下浆液扩散过程的实时监测。以200、250、300 mm模拟裸孔长度为研究对象,初步探究了定向注浆作用下裸孔注浆浆液扩散的特征及其效果。研究发现:在仅有裸孔长度为变量的情况下,浆液扩散范围不会随裸孔长度的线性增加而同步线性增加;短裸孔的浆液结石体呈现以钻探裸孔为轴心的圆柱状,长裸孔的浆液结石体呈现以钻探裸孔为轴心的圆台状;裸孔增加相同的长度,裸孔越长,浆液在裸孔两端的扩散范围差值越大,同时压力损失越多,浆液扩散的距离越小。将试验所得浆液扩散半径与Maag公式计算所得浆液扩散半径进行对比,发现注浆裸孔长度为200 mm时,两数值仅相差2.8%,试验结果符合Maag球形扩散理论规律,验证了本试验系统的科学性与合理性。

一种航空发动机涡轮导向器叶片热冲击试验系统设计

航空发动机涡轮导向器叶片是发动机热端部件受热最严重的构件之一,在研发设计过程中,需要开展大量的热冲击试验。本文利用丙烷-氧气燃烧产物参数和航空煤油燃烧产物参数较为接近的特点,研发了一套考虑叶片内部主动气流冷却的涡轮导向器叶片热冲击试验系统,能够低成本并且较为真实地还原涡轮导向器叶片外部加热内部冷却的受热特征。