孕镶金刚石钻头磨损研究现状与发展趋势

孕镶金刚石钻头广泛应用于各种硬岩钻进,尤其是深部硬岩钻探钻井的工程实践活动中,其碎岩机制表现为金属胎体包裹的金刚石出刃后压入、刻划和破碎岩石。金刚石钻头的磨损形式反映了孔底钻头-岩石的相互作用过程,以及磨粒(包括岩屑、胎体碎屑和金刚石碎屑等)在孔底的存在状态,它决定了金刚石钻头的钻进效率和使用寿命。目前关于孕镶金刚石钻头磨损理论、方法的研究大部分属于定性判断,且常局限于区域特殊情况,无法形成统一或可借鉴的实用指导体系。以地质钻探领域的孕镶金刚石钻头磨损相关研究文献为主,讨论了孕镶金刚石钻头磨损的研究现状。首先结合地质钻探工业实践和行业规程归纳了钻头的非正常磨损类型,然后从磨损图像、钻进信号2个方面介绍了钻头磨损评价方法,从钻头整体、金刚石和金属胎体3个方面梳理了钻头钻进过程磨损机理与影响因素,另外列举了主流的钻头磨损性能调控方法,介绍了磨损分析方程的研究进展,并探讨了机器学习方法如何辅助钻头磨损研究。孕镶金刚石钻头在深部硬岩钻探中有极大的潜力,而其磨损性能是决定其最终使用效果的关键。为此,对人工智能方法辅助数据分析、微观尺度计算模拟、增材制造和材料处理改性等研究方向进行了分析展望,探索先进的金刚石钻头的磨损监测分析和调控方法,以期满足地质深部钻探和地外星系钻探等远程监控钻进的需求。

冲击载荷下含瓦斯煤动力学破坏特征与瓦斯渗流规律分析

为探究不同冲击载荷和瓦斯压力作用下的含瓦斯煤动力学特征、裂隙扩展及瓦斯渗流变化规律,采用含瓦斯煤岩冲击损伤-渗流试验系统开展含瓦斯煤冲击试验以及原位渗流测试,并结合工业CT扫描系统进行试样裂隙结构的三维重构,分析含瓦斯煤内部裂隙扩展特征及其对瓦斯渗流的影响规律。研究结果表明,冲击载荷和瓦斯压力对含瓦斯煤的动力学性质、变形过程、裂隙扩展和渗流规律均具有重要影响,具体表现在:①受围压和轴压的影响,冲击载荷耦合瓦斯压力条件下的含瓦斯煤应力-应变曲线无明显压密阶段;含瓦斯煤的变形过程主要经历了弹性变形阶段、应变强化阶段及破坏阶段。②冲击载荷的增加对含瓦斯煤动力学参数具有强化作用,气体压力的升高则劣化了含瓦斯煤动力学参数;冲击载荷越大,瓦斯压力越高,含瓦斯煤的裂隙扩展愈充分,所形成的裂隙结构愈复杂。③含瓦斯煤的渗流规律受控于裂隙扩展,冲击载荷耦合瓦斯压力作用下,含瓦斯煤中存在孔隙流动、孔隙流动-裂隙流动并存及裂隙流动等3种气体流动形式;含瓦斯煤冲击破坏后,随着气体压力增加以及气楔作用的增强,瓦斯流动形式可由孔隙流动依次转变为孔隙流动-裂隙流动并存和裂隙流动;裂隙扩展和流动形式共同影响含瓦斯煤渗流规律,含瓦斯煤渗透率随瓦斯压力的增大总体上符合先增大后减小的变化趋势。

智能制造新应用场景下现场工程师培养的现实困境与路径优化

随着科技革命和新型工业化的持续推进,制造业涌现出数字孪生、数字设计、智能检测,人机协同等数字化、智能化职业应用场景。新场景带来人才需求变革,能扎根生产一线、并创造性解决技术应用问题的智能制造现场工程师成为制约广大中小制造企业数字化转型与智能化升级的关键。现阶段职业教育在培养现场工程师的过程中,存在协同育人平台不完善、课程体系亟待重构一体化育人全过程等现实困境。因此,通过重新梳理产业链—岗位链—流程链—能力链—专业链—课程链的链接逻辑,依照产业需求导向、项目任务驱动、职业能力递进、创新实践支撑理念,引领多主体协同打造产科教平台、推动系统化重构高本协同课程体系、促进产学研训赛创一体化实施,全方位落实智能制造现场工程师的培养。

水平井滑套完井管柱井筒压降预测方法与应用

为解决滑套完井管柱水平井流入动态预测难题,基于自主研制的生产井筒流动物理模拟装置,开展了不同井筒主流和孔眼入流条件下滑套完井管柱井筒内的油、水单液相流动测试,建立滑套完井管柱井筒水力摩阻系数计算式与压降方程,研究井筒压降分布与流入动态特征的关系,并在番禺油田进行应用。结果表明:对于滑套完井管柱,滑套开孔、孔眼入流产生的附加阻力远大于滑套开度,约占总压降的10%~70%;在层流条件下,滑套开孔和孔眼入流对井筒主流都起阻碍作用;在湍流条件下,滑套开孔起阻碍作用,而孔眼入流起减阻作用;建立的水力摩阻系数表达式与压降方程误差小于1.00%,能够有效表征滑套开孔、孔眼入流等因素产生的附加阻力。研究成果可用于预测油井流入动态,为滑套完井管柱滑套开度的调节提供指导。

氢氰酸制备工艺及其衍生物应用

系统阐述了氢氰酸的制备工艺,重点介绍了氨氧化法及其系列改进方法、BMA法、丙烯腈副产法、轻油裂解法、氮化物和烷烃氧化法,以及其他非传统方法,并对这些工艺的优缺点进行简单说明。此外对氢氰酸的衍生物及其应用进行综述,并对氢氰酸未来发展进行展望。

基于连接状态定位的智能变电站二次系统故障定位方法

变电站二次回路及系统运行状态因设备自身及物理连接等原因具有一定的不确定性,二次系统故障定位难度较大。提出一种基于连接状态定位的智能变电站二次系统故障定位方法。首先将二次系统设备拓扑连接关系抽象为矩阵描述,二次系统设备节点状态量作为相应矩阵元素;然后通过矩阵算法对二次系统连接状态进行定位,确定与故障有关的矩阵元素;在连接状态定位后利用模糊径向基神经网络将故障相关矩阵元素与故障集中各故障情况对应,进行故障搜索定位。故障算例结果表明,所提出的二次系统故障定位方法具有较高的准确率。

MEMS风速风向传感器倾斜效应研究

主要针对智能电网、海上浮标等容易发生倾斜状态的应用场景,研究了微电子机械系统(MEMS)热式风速风向传感器的输出性能,并对带有空气动力学壳罩的传感器进行了有限元仿真和风场测试。测试结果表明,风向测量误差和仿真误差均较小,但风速测量误差却远大于仿真误差。进一步分析可知,其原因是传感器在封装时其外壳容易产生倾斜。为了解决这一问题,采用3D打印技术实现一体化的封装外壳。测试结果表明,在±20°以内的倾斜状态下,优化后传感器的风速、风向测量误差分别满足±(0.3+5%v)m/s、±3°的指标要求。

基于深度学习的电机故障在线检测技术优化

为有效提高电机故障检测效率,研究建立了深度学习模型,并利用深度学习模型构建在线检测函数。试验结果表明,基于深度学习模型可以降低电机轴承振动干扰信号,以保证清晰识别特征频率,所建立的深度学习检测模型对电机轴承外部的外圈磨损、轴承缺口且有裂纹及保护架破损的精度及准确率均大于98.5%,而电机轴承内部的检测精度与准确率较低,但检测精度仍大于90%,可满足电机故障在线检测要求。研究成果可为电机故障在线检测提供理论参考。

聚集诱导发光:从“一种奇特的实验现象”到“中国原创的科学领域”

聚集诱导发光是我国科学家在2001年观察到的一种发光现象,经过20多年的发展,人们对它的认识不断加深,材料体系不断丰富,应用方向不断拓展,已成为国际上重要的前沿研究领域。光是万物生存不可或缺的重要条件,是促进人类进化和文明发展的最大动力。每一次对于光的本质理解的深化,每一次对于光的行为的更好操控,都会引发一场人类精神和物质层面的革命,进而重塑人类的思维模式和行为方法。

隔震橡胶支座在砌体结构抗震加固中的应用

砌体结构的加固改造,经常遇到抗震设防类别的提高,导致上部结构的构造措施难以满足规范要求,给加固设计带来一定的困扰。橡胶隔震支座在加固设计的运用,可以有效减小上部结构的地震作用,从而减少上部结构的加固设计难度。以五层砌体结构的改造加固为例,探讨隔震橡胶支座在砌体结构抗震加固中的应用。该建筑使用功能由办公楼改为幼儿园,抗震设防类别由丙类提高为乙类。通过在底层设置隔震橡胶支座,对比加固前后底部剪力、弯矩的变化,可以看出橡胶支座显著降低了砌体结构底部的地震力,减少了上部结构的加固量。

高强度钢板焊接接头疲劳性能研究

为探索转向架构架轻量化之路,文章采用典型焊接接头疲劳试验方法,对WYS700、Q460ME、16MnDR三种不同强度等级的钢板进行了对接焊接接头疲劳性能测试,根据测试数据绘制了这三种钢板对接焊接接头的S-N曲线,并与IIW标准中规定的对接接头的疲劳极限进行了对比。结果表明:WYS700、Q460ME、16MnDR三种焊接接头在极限疲劳寿命(循环次数N=10^(7))下,疲劳极限分别为203.75 MPa、198.88 MPa、203.33 MPa,三者相差不大,WYS700、Q460ME的S-N曲线斜率相近,16MnDR的S-N曲线斜率比前两者小,曲线显得更加平缓,说明在现有的焊接工艺下,通过提升母材强度不能提升焊接接头疲劳强度;与IIW标准中规定的对接接头在N=10^(7)下的疲劳极限41.5 MPa,N=2×10^(6)下的疲劳极限71 MPa相比,三种材质的焊接接头试验值远大于该标准要求值。

GA-BP神经网络模型在集装箱船纵摇角度预测中的应用

为研究集装箱船航行过程中的纵摇角度预测问题,采用遗传算法(genetic algorithm,GA)对反向传播(back propagation,BP)神经网络的初始权值和阈值进行优化,并对比分析优化效果。以集装箱船实际航行数据为基础,划分数据集,确定神经网络结构,并初始化GA参数;GA以适应度值为指标,迭代搜索最优适应度值,确定BP神经网络参数;使用具有最优初始权值和阈值的BP神经网络进行纵摇角度预测,并结合均方误差(mean square error,MSE)和平均绝对百分比误差(mean absolute percentage error,MAPE)对预测结果进行对比分析。结果表明:所提模型具有较高的预测能力,预测结果的MSE和MPAE分别为0.7192和0.0082,预测结果较为准确。

基于反向设计与正向实施的课程目标达成探讨——以“航线设计评估”课程为例

以“航线设计评估”课程为例,基于工程教育认证理念,提出课程教学应以课程教学大纲为导向,以过程考核、期末考核要素与标准为准绳,以科学合理的方式形成以课程目标对毕业要求支撑的教学产出为证据的达成性评价,通过分析形成性数据特征与教学不足,在持续改进中不断提升人才培养质量。

四边形自适应网格的局部加密算法

在采用网格化模型对工程结构进行仿真运算时,为了提高计算效率,往往希望准确获得局部区域结构的精确解,从而舍弃对不必要结构的计算,故常采用局部网格加密算法。此外,局部网格加密方法还可以有效解决计算精度与计算时间之间的矛盾,具体表现为:在粗网格区域演化时间步较长,计算量较小,快速得到运算场的大致结构;在细网格区域则捕捉变化剧烈区域更加准确的数值变化,因此可以兼顾计算效率与精度。在此基础上,文章提出一种四边形网格的局部加密策略,并给出四边形网格上的局部加密的数值运算结果,以验证加密策略和算法的正确性。

烧结压力对低液相Fe基预合金钻头胎体性能的影响

在烧结温度为950℃、保温时间为5 min及不同烧结压力条件下开展热压烧结试验,对比研究烧结压力对3种低液相Fe基预合金钻头胎体和1种传统Fe基钻头胎体性能的影响,具体包括胎体压入硬度、抗弯强度、致密度和金刚石包镶强度等力学性能,以及金刚石的热损伤情况和钻头胎体的微观组织结构与形貌特征等。结果表明:随着烧结压力增大,低液相空白胎体的压入硬度、抗弯强度和致密度逐渐增大,而传统Fe基空白胎体的压入硬度和抗弯强度呈现先增大后减小的趋势,其致密度为增大趋势;对于含金刚石的胎体,低液相与传统Fe基胎体抗弯强度均随烧结压力增大而增大,当烧结压力为20 MPa时,继续增大压力,低液相含金刚石胎体的抗弯强度趋于稳定,而传统Fe基含金刚石胎体的抗弯强度略有下降。同时,随着烧结压力的增大,低液相胎体的均一性明显增强,但金刚石的热损伤加剧。综合胎体的力学性能与断口形貌特征,优选的烧结压力为20 MPa,此时的低液相Fe基预合金胎体硬度、抗弯强度可满足孕镶金刚石钻头需要。

摆动阀式泥浆脉冲器电机输出特性及影响因素分析

摆动阀泥浆脉冲器本身可以产生较高频率的载波,成为高速泥浆脉冲传输的较好选择。由于工作时负载力矩复杂,影响因素众多,为电机输出特性研究带来较大困难。利用在井下工作时的动力学平衡方程,通过水循环实验方式测量得到摆动阀电机在最大转矩比电流控制方式下的位置角度和输出电流数据,进而计算井下工作时电机输出转矩和输出功率,并对其影响因素进行综合分析。结果表明,受惯性转矩、弹性转矩和动态水力转矩的影响,电机输出转矩在不同工作频段表现为不同特征;低频段时,电机输出转矩的变化幅度随载波频率的增大而减小,输出功率随载波频率的增大而缓慢增大;中低频段时,电机输出转矩和输出功率在该频段幅度变化较小,相对比较稳定;高频段时,电机输出转矩和输出功率均随频率的增大而快速增大。可以通过增大扭杆刚度系数和降低摆动阀转子轴系转动惯量的方式降低电机在高频段的输出,以保证电机在额定转矩和额定功率下可以控制摆动阀在井下实现高频快速的摆动,产生稳定高载波频率下的泥浆脉冲压力波形,实现高频载波的目的,为随钻测井数据的高速传输提供了保障。

基于改进SOLOv2的穴盘幼苗图像分割方法

[目的]针对传统图像分割算法对穴盘幼苗图像分割精确度不高、分割效率低等问题,本研究提出一种基于改进SOLOv2的穴盘幼苗实例分割算法。[方法]在SOLOv2算法架构的基础上,将拆分注意力网络(ResNeSt)与特征金字塔(feature pyramid network, FPN)相融合作为主干提取网络,提取幼苗的特征信息;采集穴盘幼苗图像制作成数据集,引入多尺度变换和网格擦除等手段进行数据增强,再结合可变形卷积(DCNv2)优化网络结构,提升分割的精确度;引入秩和排序损失(Rank&Sort Loss)解决类别分支和掩码分支任务中超参数调节存在非最优和耗时的问题,提高SOLOv2分割的性能和效率。[结果]基于采集多变机械手抓取穴盘幼苗数据集的试验结果表明,改进SOLOv2分割算法的平均精度均值(mean average precision, mAP)、交并比0.5时平均精度(AP50)和交并比0.75时平均精度(AP75)分别为0.641、0.885和0.657,每张幼苗图像在GPU(graphic processing unit)上的平均分割时间为0.114 s,比原SOLOv2的各项精度指标分别高2.8%、3.1%和2.3%,分割时间减少0.058 s。[结论]改进SOLOv2算法具有更强的泛化性和鲁棒性,可以实现果蔬幼苗的实时高精度分割,并为幼苗品质分级筛选提供技术帮助。

温针隔姜灸膝周七穴对膝骨关节炎患者临床疗效及IL-1、滑膜厚度的影响

目的比较温针隔姜灸和玻璃酸钠关节腔注射治疗对膝骨关节炎(KOA)的疗效。方法将64例KOA患者随机分为两组各32例。试验组予温针隔姜灸治疗,对照组予玻璃酸钠膝关节腔注射治疗,比较两组治疗前、治疗2周后、治疗5周后膝关节功能评分、治疗前后关节炎症指标血清白细胞介素-1(IL-1)及滑膜厚度、治疗结束后整体疗效情况及患者满意度。结果两种治疗方法在2~5周内都能对KOA患者的膝关节功能起到较好的疗效,而温针隔姜灸在较长的治疗时间中,较玻璃酸钠膝关节腔注射的方法对KOA患者膝关节功能改善的优势才能得以体现(P<0.05),且温针隔姜灸组的患者对治疗的美国西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数(WOMAC)评分高于对照组(P<0.05)。结论温针隔姜灸膝周七穴能够降低血清IL-1与滑膜厚度,改善KOA患者临床症状。

基于嵌入式机器视觉的玉米苗分级检测系统设计

与传统的PC式机器视觉系统相比,嵌入式机器视觉系统具有低功耗、空间占比小、操作简单、易拓展及成本低的特点,在图像采集和处理方面应用越来越广泛。为此,以ARM Cortex A9为硬件平台,结合嵌入式Linux系统,通过USB摄像头采集图像并运行图像处理算法,设计了交互软件系统,实现了玉米苗的分级检测。研究结果显示:使用本算法能够有效地对玉米幼苗进行提取,分割精度达到93.87%,处理后分级结果显示正确,运行时间稳定在240ms左右,系统性能稳定,具有一定的应用价值。

锂离子电池热失控监测与预警的气敏技术研究进展

锂离子电池具有能量密度高、输出功率大等优点,是目前得到广泛应用的电化学储能器件之一。然而,电池运行过程中的电滥用、热滥用或机械滥用等会导致热失控发生,并进一步引发起火、燃烧甚至爆炸等安全问题,这严重限制了锂离子电池的发展。在锂离子电池热失控过程中,其内部会由于化学/电化学反应产生O_(2)、H2、碳氧化合物(CO_(2)、CO)、碳氢化合物(C_(2)H_(4)、CH4等)以及氟类气体(HF等)等特征气体,因此可以通过检测释放的气体组分和浓度对电池热失控行为进行监测和早期预警,从而提升电池安全性。本文对锂离子电池热失控的引发方式、产气机理、产气成分及其用于热失控早期预警的气敏技术研究进展进行综述。在此基础上,对热失控特征气体及其传感技术进行总结,并提出未来电池热失控早期预警的气体传感技术的发展思路。