基于蒙特卡洛法的埋地悬空管道结构可靠度分析

为了计算埋地悬空管道的可靠度,基于蒙特卡洛统计模拟法,结合受力特征,建立了埋地悬空管道结构可靠度计算模型并计算了某黄土湿陷区埋地悬空管道的可靠度。为了描述不同影响因素对管道可靠度的影响程度,从管道失效概率的角度定义了参数的敏感性指标,对管道设计中经常涉及的管道外径、壁厚、埋深、悬空长度、屈服强度、温度差、管道内压7个随机变量进行了敏感性分析,讨论了参数的变化对管道可靠度的影响。结果表明:建立的埋地悬空管道可靠度计算模型能够对埋地悬空管道的可靠度进行计算;管道的悬空长度对可靠性影响程度最大,最大程度减小管道的悬空长度,适当减小管道埋深,降低管道内压,增大管道壁厚和屈服强度,有助于提高管道的可靠度。

气候变化对长江、黄河源区水资源的影响

利用1961—2010年长江、黄河源区22个气象站的月降水量和月平均气温资料,分析长江、黄河源区的气候特征,用降水与蒸发的差值作为水资源量的代表,分析了气候变化对水资源的影响。结果表明,长江源区和黄河源区降水、气温和蒸发都有明显变化,尤其是近20年有明显增加趋势,但是两个源区的变化并不一致,黄河源区水资源量一直呈波动变化,而长江源区在最近10多年水资源量有明显增多现象。降水增多可直接增加水资源量,但是气温升高会促进蒸发,导致更多的水资源消耗,因此降水和气温的变化可相互抵消对水资源的影响,这是黄河源区水资源量变化不大的原因。但是近10多年长江源区气温显著增加,导致更多冰川融化,这可能是近年来长江源水资源量增多的原因。

穿河管道河床冲刷的改进计算模型及应用

合理确定管道埋深是保证管道穿越工程安全的重要因素,以马惠宁输油管道穿越黄河段为例,在现有河床冲刷深度计算经验公式的基础上,考虑黄河上游洪水来沙因素,分别建立两种新的冲刷深度计算模型,并与常用冲刷公式进行比较。结果表明:1新建冲刷模型计算结果相对误差偏大,但对管线的设计安全相对有利,在没有规范公式的前提下,实际工程应用中可作为参考。2改进冲刷模型考虑了时间因素以及洪水冲刷过程中冲刷率随流量、沙量变化因素,根据该公式确定管道埋深的安全裕量适中,对于管道穿越黄河段河床冲刷深度计算更合理。

最近50年长江流域极端降水特征的再分析

长江流域是中国重要的水能基地，水患灾害频繁，研究该流域的极端降水事件的分布及变化特征，对预测及应对旱涝灾害影响有重要意义。本文利用长江流域1961~2010年最近50年逐日降水量资料，分析了4个极端降水量指标和2个极端降水频率指标的时空变化及趋势变化特征，特别地利用Logistic回归模型，分析了2个极端降水频率指标的非线性趋势特征。结果表明：整个长江流域各种极端降水量指标的空间差异明显，大值区分布在长江流域上游四川盆地向青藏高原的过渡区和中下游地区，极端最大值分布在流域中几个典型的高山测站；最大1日降水量和超90％阈值降水总量随时间有显著的线性增大现象，但是区域平均年降水量和极端过程降水随时间没有明显的线性趋势；长江上游和中游一带极端频率指标中存在显著非线性增大趋势，四川盆地和下游地区极端频率的非线性趋势不明显。极端降水量大的区域，极端指标出现频率也很高，对年降水量贡献很大，是产生洪涝灾害的重要原因。

流苏子根中化学成分的分离鉴定和抗菌活性研究

目的系统开展流苏子[Coptosapelta diffusa(Champ.ex Benth.)Steenis]根中化学成分的分离、鉴定和抗菌活性测试。方法利用硅胶、Sephadex LH-20等柱色谱方法进行分离、纯化,根据波谱数据鉴定化合物的结构,通过纸片扩散法进行抗菌活性测试。结果从流苏子根中分离得到12个化合物,分别鉴定为拉帕醇(lapachol,1)、hydroxyhydrolapachol(2)、dehydro-α-lapachone(3)、α-lapachone(4)、rhinacantin A(5)、β-lapachone(6)、2-carbomethoxyanthraquinone(7)、7-hydroxy-2-methylanthraquinone(8)、isoscopoletin(9)、alyxialactone(10)、(3S)-3-(hydroxymethyl)-3H-isobenzofuran-1-one(11)和(7’S,8S,8’R)-4,4’-dihydroxy-3,3’,5,5’-tetramethoxy-7,9-epoxylignan-9’-ol-7-one(12)。化合物1~4和6对测试病原菌菌株表现出较好的抗菌作用。结论化合物1~6和10~12均为首次从该种植物中分离得到;流苏子根中拉帕醇的含量为3.56 g/kg(干重),可作为拉帕醇的原料来源;该研究为流苏子根抗菌消炎的民间药用价值提供了科学依据。

长江上游区域蒸发皿蒸发量变化及其对水分循环的影响

利用长江上游最近30年(66个测站)蒸发皿蒸发量和最近50年(90个测站)的7种气象要素,分析了蒸发皿蒸发量的区域变化趋势和影响蒸发皿蒸发量变化的因素;针对7个水文站的年径流量变化,探讨了蒸发皿蒸发量变化后对水分循环的影响.结果表明,长江上游蒸发皿蒸发量的变化可以划分为三个分区,研究区域东西两侧(青藏高原和大巴山一带)为显著减少区,分别命名为RⅠ和RⅡ,中间(云贵高原北部到黄土高原南缘以及由二者包围的四川盆地一带)为显著增大区,命名为RⅢ区.影响区域蒸发皿蒸发量变化的原因各有不同,青藏高原一带(RⅠ区)蒸发皿蒸发量减少的原因可归结于太阳辐射强度和风动力扰动减弱所致.大巴山一带(RⅡ区)减少原因是太阳辐射强度、风动力扰动强度、湿度条件都在显著下降所引起的.云贵高原到四川盆地一带(RⅢ区)蒸发皿蒸发量增加是环境气温强烈升高,导致其上空大气水汽含量显著减少,大气很干燥,引发蒸发过程加强所致.蒸发皿蒸发量发生变化的直接后果就是导致水分循环强弱发生变化,对于RⅠ区,尽管蒸发皿蒸发量减少,由于降水量和径流量增加的作用,这一区域的水分循环有所加强.在RⅡ区,降水量、径流量和蒸发量都在减少,因此RⅡ区水分循环显著减弱.在RⅢ区,降水量和径流量同时减少,而蒸发量增大,水量消耗增大,因此RⅢ区水分循环有减弱趋势.

淮河流域极端降水特征及不同重现期降水量估计

基于淮河流域25个气象站的逐日降水量资料,分析了极端日降水量、极端最大过程降水量和最大持续降水日数3个极端降水指标的时空变化特征,利用广义极值理论估算了重现期降水量.结果表明:在空间上,半湿润气候区有更强极端降水过程,而湿润气候区降水极端性偏小;在时间上,降水偏多的年代,极端降水量和极端降水过程更多,降水偏少的年代,极端降水指标数值偏小;重现期时间尺度存在临界点,在临界点以下,各站重现期降水量都会明显增大,超过临界点,淮河流域上游和南部重现期降水量变化很小,而中游、下游和北部重现期降水量增大明显.

基于应变能熵的水冲管道失稳计算方法

为了研究洪水冲刷作用下长输油气管道裸露管段发生位移变形时的安全状态,提出了基于应变能熵的管道定量风险评价计算方法。介绍了洪水冲击管道时的受力状态,建立了更为贴近实际的弹性地基梁力学模型及计算方法。通过熵理论和能量理论相结合,提出了应变能熵的失稳风险评价计算方法,并进行了实例计算。通过实例计算表明:应变能熵的计算方法适用于洪水作用下管道的失稳风险计算,跨长、壁厚、内压等因素均会对管道的安全状态产生影响。该方法简便实用,且更充分利用了管材的力学特性,可以为生产运营提供参考及指导。

基于信息熵理论的悬空管道失效分析

长输油气管道极易受到多种地质灾害影响,容易造成管道暴露、悬空,甚至断裂,严重威胁管道的安全。由于管道的失效过程受多种不确定性因素影响,因此,研究地质灾害作用下悬空管道的失效风险对管道的安全可靠运行具有重要的现实意义。为此,以黄土湿陷灾害为例,采用弹性地基梁模型对黄土湿陷作用下的悬空管道进行了受力分析,并基于信息熵理论提出了应变能熵的概念,建立了管道失效概率评价模型,得到了管道失效概率与黄土湿陷深度之间的关系,同时探讨了黄土湿陷长度与管道内压的变化对管道失效概率的影响。结果表明:1管道应变能熵能够全面反映管道在外力作用下的安全状态并能够对管道的失效风险进行定量评价;2与黄土湿陷后管道悬空长度相比,管道内压的变化对失效概率的影响相对较小,降低黄土湿陷后管道的悬跨长度可以大幅度降低管道的失效概率。

管道沿线降水灾害监测及评价平台设计方法

为了减缓强降水所引发的地质灾害或次生灾害对管道产生的风险,针对西二线、兰成渝管线、兰郑长管线、忠武管线等选取了水情监测示范工程,对有代表性的管道穿越流域开展了地灾水情自动化监测。介绍了雨量、水位监测示范点选取的依据及经验,详细阐述了地灾水情自动化监测及评价平台的设计方法及构建经验,概述了该方案的成果及优势。地灾水情自动化监测平台的建立全面提升了管道水工保护设计水平以及防治此类灾害的能力。

古人类骨骼的数字化重建与3D打印

针对古人类骨骼完整数字化信息存档的需求及文物在研究、展示等过程中可能会造成的不可逆损毁问题,提出了采用基于逆向工程的三维激光扫描技术对古人类骨骼进行数字化模型重建并运用3D打印技术对骨骼进行高精度实体模型复原的文物保护方案。以出土自考古遗迹的古人类颈椎骨(C1)为对象进行研究,首先使用高精度三维激光扫描仪对古人类骨骼进行点云数据的采集,并结合逆向设计软件对点云数据进行优化处理、面片重建以及领域划分,最终重构出骨骼的NURBS曲面模型并转化为实体模型进行存档;其次运用3D打印前处理技术,对实体模型进行支撑添加、切片分析等处理,然后通过SLA成型方法打印出古人类骨骼高精度复原模型。采用高精度三维激光扫描仪可以实现对文物的无接触式数据采集,既达到了数字化信息采集的目的,又能避免在信息采集过程中对文物造成损伤,而且利用3D打印技术制造高精度复原模型可以替代文物进行展示以避免在此过程中的损毁,这一整套针对文物保护的流程具有可行性且对大部分文物有适用性。

长江源区和黄河源区降水量变化分析

利用长江源区和黄河源区22个气象站1961—2010年的逐日降水量资料,基于正态分布和Gamma分布,从概率角度讨论了两个源区的年、季节和日降水量的变化特征。结果表明:黄河源区年平均降水量和标准差均大于长江源区,近年来长江源区降水量明显增多,两者之间差异减小。两个源区年内降水量分布很不均匀,长江源区降水量大多集中于夏季,年际间丰枯差异显著;黄河源区降水量集中于夏季,年际变率随时间变化减小,降水稳定性增加;两个源区的日降水量以小雨为主,极端日降水量可达暴雨程度,近年来,随着形状参数和尺度参数的增大,日降水量概率分布有偏度和陡峭度减小的趋势,导致日降水量有所增大,进而影响到极端日降水量,使其有增大趋势。

基于3D打印技术的个性化鼻罩设计

针对目前市场上鼻罩与面部配合尺寸的差异问题,提出了一种基于逆向工程和3D打印技术的鼻罩个性化定制方案。首先使用三维扫描仪采集人体面部点云数据,结合逆向设计软件,优化点云数据;对处理后的点云数据进行面片重建以及领域划分,重构出鼻子的NURBS曲面模型,并依据曲面模型进行鼻罩的二次结构设计;其次运用3D打印前处理技术,对模型进行支撑添加、切片分析等;最后通过光固化打印成型方法打印出鼻罩实物。根据患者佩戴鼻罩的反馈结果显示,利用三维数字化设计的鼻罩与患者贴合度以及感官舒适度较为良好,既实现了鼻罩本有的防护功能,又解决了目前鼻罩产品配合精度不高的问题,而且利用3D打印制作鼻罩的方案具有可行性,可为同类型产品的设计及制造提供一定的参考。

基于结构仿生的GFRP板簧层间增韧性能研究

为了提高玻璃纤维增强树脂基复合材料(GFRP)板簧的层间韧性,进而提高其疲劳寿命,本文仿照珍珠母矿物质结构单元的排列形式设计了砖砌型增韧结构的GFRP板簧。制作了同尺寸砖砌型结构和非增韧结构缩比板簧样件,层叠铺设方法按照变厚度层合板铺层递减设计原则,并对砖砌型结构和非增韧结构缩比板簧进行了刚度实验、疲劳实验和剩余刚度实验。实验结果显示:与无增韧结构GFRP板簧相比,砖砌结构GFRP板簧的刚度降低了8.4%,但疲劳性能提升了28.99%,疲劳实验后无增韧结构完全断裂,没有剩余刚度,砖砌增韧结构GFRP板簧仍具备43.52%的原始刚度。无增韧结构GFRP板簧的疲劳失效形式是层间分层,结构完全断裂;而增韧结构GFPR板簧的疲劳失效形式是层间分层被阻断,结构形成局部断裂,进行剩余刚度实验后,其断裂截面呈阶梯状。

基于卫星定位的管道易水毁段预警技术

河沟道水毁是威胁长输油气管道安全的主要风险源之一,实现管道与水毁点距离监测预警,对降低管道水毁灾害风险意义重大。因此,研制了一套基于卫星定位的河沟道水毁监测预警系统,并在沧州至淄博天然气管道黄河穿越段进行了现场试验。结果表明:管道水毁定位浮球具有较好的漂浮姿态稳定性、防水性能和定位精度,可通过监测平台设置电子围栏对其位置变化进行报警,能够通过监测浮球的移动速度确定洪水流速,为管道水毁灾害的应急抢险提供水情信息;该监测系统可无线安装,经济成本低、待机时间长,可广泛应用于地形复杂、洪水易发区的油气管道水毁灾害监测预警,能够在管道露管前实现水毁点与管道距离的准确监测,避免管道水毁灾害规模扩大。

基于X射线断层扫描的小麦籽粒模型构建及离散元参数标定

为构建精准的离散元模型,标定离散元仿真参数,本实验以小麦为研究对象,基于X射线断层扫描技术获取1024张不同灰度值的二维切片,采用图像滤波、图像分割等算法构建小麦籽粒的三维外轮廓模型;在EDEM中导入小麦外轮廓模型,构建了4种不同数量的填充球模型来拟合小麦籽粒的真实形状;通过休止角实际实验与EDEM仿真实验,运用Plackett-Burman实验、最陡爬坡实验、响应面优化实验标定了小麦离散元仿真参数;最后对标定的离散元参数进行仿真分析并与实际实验进行对比,发现仿真值与实际值相对误差小于1.30%,表明本方法构建的离散元模型及标定的参数可用于仿真实验。

3D打印中非金属薄壁件的打印成型策略研究

针对一般非金属类薄壁件注塑成型周期较长、成型精度不高、耗时耗材的问题,提出了一种结合三维激光扫描技术和3D打印技术的非金属薄壁件成型方法。以摩托车薄壁件拐板为对象,首先,选用逆向工程的点云采集技术和点云处理技术,获取了工件精确表征点云数据;然后,通过模型重构与分析技术,设计出了尺寸和表征数据均满足工件要求的模型;其次,运用3D打印前处理技术,进行了模型摆放、支撑添加与切片等操作;最后,使用SLA工业打印机打印出了摩托车薄壁拐板工件。研究结果表明:经过20 h左右工件打印成型,较传统注塑成型明显缩短了试制周期,且该成品尺寸偏差以及表面曲率特征均满足工件要求;该方法适用于工业制造中非金属薄壁件的打印成型,可用于产品前期试制研发,可有效缩短测试周期,降低成本。

象虫计数器的连杆机构的设计分析研究

针对象虫的计数统计效率低,误差大的问题,设计了一种通过负压运输吸取象虫的连杆机构。主要根据象虫生活习性,提出了一种新的计数装置的设计方法,通过连杆已知运动约束,对其用MATLAB编程计算,得到合理的取值区间。然后对区间内的值均布取点分析其路径,并进行模型构建、仿真分析,3D打印制造,实验结果验证,提高了计数装置的准确性,稳定性和高效性,具有较大的推广应用价值。

基于卫星遥感的管道地质灾害识别与监测技术现状

随着油气管网规模逐渐扩大,对长输油气管道地质灾害进行全面识别与监测有利于提高管道的风险管理水平和可靠性。通过分析卫星遥感技术在地质灾害识别与监测方面的应用思路,以及卫星遥感技术在国内外油气管道行业的案例,总结了卫星遥感技术在管道行业的应用现状和发展历程。结合目前卫星遥感对地监测识别方法与原理,探讨了未来卫星遥感在油气管道地质灾害领域的发展趋势,提出利用雷达卫星遥感地表位移监测技术与管体变形监测技术相结合进行管土相互作用关系分析,为深入开展智慧管道应用实践提供技术支持。(表2,参27)

黄土地区穿河管道失效风险

黄土地区河流形成洪水的密度大,流速快,冲击力强,容易导致河床冲刷造成管道悬空。为了评价该地区洪水对油气管道穿河悬空段的影响,针对穿河管道悬空段的受力特点,建立了管道力学模型。在此基础上,根据信息熵理论建立了管道失效风险的计算与评价方法,并以马慧宁输油管道悬跨段为例,探讨了洪水作用下管道外径、壁厚、内压、悬跨长度及埋深5个参数的变化对管道失效风险的影响。分析结果表明:管道应变能熵随洪水流速的变化曲线能够反映管道稳定性的变化规律;管道失效风险系数对管道悬跨长度的变化最敏感,而管道内压及埋深对管道失效风险影响相对较小。基于此,建议在管道风险控制过程中降低管道的悬跨长度,从而有效降低管道的失效风险。