Effect of preload forces on multidimensional signal dynamic behaviours for battery early safety warning

Providing early safety warning for batteries in real-world applications is challenging.In this study,comprehensive thermal abuse experiments are conducted to clarify the multidimensional signal evolution of battery failure under various preload forces.The time-sequence relationship among expansion force,voltage,and temperature during thermal abuse under five categorised stages is revealed.Three characteristic peaks are identified for the expansion force,which correspond to venting,internal short-circuiting,and thermal runaway.In particular,an abnormal expansion force signal can be detected at temperatures as low as 42.4°C,followed by battery thermal runaway in approximately 6.5 min.Moreover,reducing the preload force can improve the effectiveness of the early-warning method via the expansion force.Specifically,reducing the preload force from 6000 to 1000 N prolongs the warning time(i.e.,227 to 398 s)before thermal runaway is triggered.Based on the results,a notable expansion force early-warning method is proposed that can successfully enable early safety warning approximately 375 s ahead of battery thermal runaway and effectively prevent failure propagation with module validation.This study provides a practical reference for the development of timely and accurate early-warning strategies as well as guidance for the design of safer battery systems.

Research on Optimal Preload Method of Controllable Rolling Bearing Based on Multisensor Fusion

Angular contact ball bearings have been widely used in machine tool spindles,and the bearing preload plays an important role in the performance of the spindle.In order to solve the problems of the traditional optimal preload prediction method limited by actual conditions and uncertainties,a roller bearing preload test method based on the improved D-S evidence theorymulti-sensor fusion method was proposed.First,a novel controllable preload system is proposed and evaluated.Subsequently,multiple sensors are employed to collect data on the bearing parameters during preload application.Finally,a multisensor fusion algorithm is used to make predictions,and a neural network is used to optimize the fitting of the preload data.The limitations of conventional preload testing methods are identified,and the integration of complementary information frommultiple sensors is used to achieve accurate predictions,offering valuable insights into the optimal preload force.Experimental results demonstrate that the multi-sensor fusion approach outperforms traditional methods in accurately measuring the optimal preload for rolling bearings.

Near resonance vibration isolation on a levered-dual response(LEDAR)Coulomb-damped system by differential preloads/offsets in linear springs

The levered-dual response(LEDAR)Coulomb-damped system attains near resonant vibration isolation by differential preloads/offsets in linear springs.It takes the advantages of both the preloads/offsets in linear springs and the guiderail friction for realizing different levels of vibration isolation.The isolation capacities are investigated on the strategies with both the horizontal and vertical guiderails,with the horizontal rail only,and without guiderails.The compressive preloads generally result in the consumption of most of the initial excitation energy so as to overcome the potential threshold.The isolation onsets at the frequency ratio of 1∓0.095 on the left-hand side(LHS)and the right-hand side(RHS)of the lever are relative to the load plate connector.The observed near resonant isolation thus makes the LEDAR system a candidate for the isolation of the mechanical systems about resonance while opening a path for simultaneous harvesterisolation functions and passive functions at extreme frequencies.

Strength characteristics of rock anchored by NPR bolt with different preloads

This study compares the strength characteristics of rocks anchored by NPR bolts and ordinary bolts with varied preloads,based on the mechanical properties of NPR bolts(with a negative Poisson’s ratio).The results show that the uniaxial compressive stress-strain curve of ordinary anchored rocks exhibits noticeable abrupt changes.After reaching peak strength,the bolt breaks,whereas the stress-strain curve of NPR-anchored rocks is smoother.The NPR bolt enters the stage of continuous resistance after reaching maximal strength and does not break.As the preload increases,the strength of the anchored rock grows linearly.A calculation equation for the strength of the anchored rock is proposed based on the preload.The theoretical equation fits the test results well,and the fitted parameters show that NPR bolts can better increase the strength of the rock.The concept of dynamic toughness UC of anchored rock is proposed to reflect the comprehensive mechanical properties of anchored rock,including strength and plasticity.As the preload increases,the UC of ordinary anchored rock first decreases and then increases,while the UC of the NPR anchored rock does not change significantly with the preload when the strain is small,and the UC increases with the increase of the preload when the strain is large.

Numerical Simulation of Vacuum Preloading for Chemically Conditioned Municipal Sludge

Municipal sludge is a sedimentation waste produced during the wastewater process in sewage treatment plants.Among recent studies,pilot and field tests showed that chemical conditioning combined with vacuum preloading can effectively treat municipal sludge.To further understand the drainage and consolidation characteristics of the conditioning sludge during vacuum preloading,a large deformation nonlinear numerical simulation model based on the equal strain condition was developed to simulate and analyze the pilot and field tests,whereas the simulation results were not satisfactory.The results of the numerical analysis of the pilot test showed that the predicted consolidation degree was greater than that measured by the field tests,which is attributed to the relatively low permeability layer formed during the preloading process of the prefabricated vertical drain.To better reflect the consolidation process of the conditioned sludge,a simplified analysis method considering the low permeability layer around the prefabricated vertical drain was proposed.The initial permeability coefficient of the low permeability layer is determined via numerical simulations using finite difference method.The predicted settlement curve was in good agreement with the measured results,which indicated that the numerical simulation based on the equal strain condition considering the relatively low permeability layer can better analyze the consolidation process of ferric chloride-conditioning sludge with vacuum preloading.

水平联合竖直排水板真空预压处理工程废浆试验研究

传统真空预压法(VP)在加固工程废浆时存在预制竖向排水板(PVD)易淤堵、周围土体形成土柱以及真空度随深度衰减等问题,考虑到预制水平排水板(PHD)在真空预压法处理软土地基中的特点,提出一种水平联合竖直排水板真空预压(PHD-PVD-VP)处理工程废浆的方法。通过4组大型室内模型试验,对工程废浆加固过程中的排水、沉降以及孔隙水压力进行监测,并借助扫描电镜得到的排水板滤膜微观图片,分析不同初始PHD真空压力下PHD-PVD-VP对工程废浆的加固效果。试验结果表明,PHD-PVD-VP处理工程废浆时减少了土颗粒径向移动速率,延缓“土柱”的形成及缓解土颗粒嵌入排水板滤膜的淤堵效应,提升了土体整体固结效果;40 kPa的初始PHD真空压力使PHD-PVD-VP对工程废浆的排水固结效果最佳,处理后土体的平均含水率和十字板剪切强度分别为40.9%和25.5 kPa,有效地缓解了PHD和PVD的淤堵并改善了土体固结的均匀性。通过微观结构分析发现,PHD初始真空压力的大小同时影响着PHD与PVD滤膜的淤堵情况,从而影响其排水性能,40 kPa的初始PHD真空压力使得两种排水板的排水性能都得到充分发挥。

等应变条件下增压式真空预压固结解析解

从注气增压对土体作用效果的角度出发,建立增压式真空预压固结解析理论模型。提出基于注气增压压力等效的受力简化模型;引入新参数——径向渗透系数增大系数η,反映注气过程对土体渗透性质的改变。根据Barron等应变假定和达西定律,考虑排水板涂抹效应与井阻作用、土体径-竖向渗流以及上部堆载,推导增压式真空预压固结控制方程及其解析解,并利用弹性力学方法推导等效注气增压压力p(t)的计算公式。针对瞬时增压和线性增压两种特例给出具体解析解公式,并通过与工程案例对比分析,验证了解析解及等效力计算方法的合理性。通过对固结性状的分析得出如下结论:注气增压方法可增大土体负孔隙水压力值,加速土体排水固结;“参数η”对固结速率的影响较大,分析模型中考虑注气过程对径向渗透系数的改变会更加合理;井阻作用会导致土体固结速率减慢,径-竖向渗流时孔压能够消散完成,而只有径向渗流时孔压无法消散完成。

真空预载型多孔质空气静压轴承的静动态特性分析

为进一步提高轴承刚度,将真空预加载技术与多孔质空气静压轴承相结合,使轴承在没有额外预加载导轨的情况下获得双向刚度。探讨工作条件和结构参数对真空预载型多孔质空气静压轴承性能的影响,基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法对其静动态特性进行了数值分析。深入研究了供气压力、真空度、渗透率、真空抽气口直径、扰动幅度和扰动频率等因素对轴承性能的影响。结果表明,相比于一般多孔质空气静压轴承,真空预载型多孔质空气静压轴承的刚度提高了22.34%;工作条件和结构参数对其静态和动态特性有显著影响。该研究结果对高刚度空气静压轴承的性能研究和优化设计具有一定的指导意义。

超高压压裂管汇由壬接头预紧特性分析

针对超高压压裂管汇由壬接头安装预紧力不当导致结构破坏或密封泄漏的问题,以某公司研制的175 MPa超高压由壬接头为研究对象,利用ABAQUS建立由壬接触模型,采用有限单元法对该接头进行应力分析与强度评定以及密封性能判定。结果表明:预紧力大小对母由壬应力几乎没有影响,对公由壬、翼型螺母和三瓣挡圈应力有显著影响,且都呈现正相关性,影响程度从高到低依次为公由壬、翼型螺母、三瓣挡圈和母由壬;额定工况下预紧力超过250 kN时,公由壬轴肩圆角处应力超过其材料许用应力,结构静强度不满足要求可能会发生结构破坏;预紧力小于150 kN时,不足以抵抗内压作用,公由壬和母由壬球头锥面密封结构分离;在能够确保球头锥面密封性和结构安全性的150~250 kN预紧力范围内,氢化丁腈橡胶(HNBR)密封圈表面接触应力始终大于实时流体工作压力,密封圈密封性能良好。推荐安装预紧力范围为150~250 kN,在该范围内密封圈结构的静强度以及密封性均能满足要求。

基于滑移线法的黏土海床中浅基础固结承载力分析

为评估海底浅基础服役过程的承载力时变规律,推导了预载作用下黏土海床完全固结后的不排水抗剪强度分布,利用滑移线法给出了应力特征线方程并求解出浅基础固结承载力,研究了预载比、土体不均匀性、有效内摩擦角和基础尺寸对浅基础固结承载力的影响.结果表明:浅基础固结承载力的相对增长幅度和预载比近似呈线性关系,由土体不均匀因子和有效内摩擦角共同决定,不受基础尺寸的影响.通过与水土耦合有限元分析结果进行比较,对所提方法的准确性进行了严格的验证,表明了该方法的有效性.最后,根据有限元结果分析了滑移线解的误差来源,发现孔压计算差异是导致固结承载力预测结果产生误差的主要原因.该滑移线解可快速准确地预估浅基础固结承载力的增长规律,为海底浅基础的优化设计提供重要参考.

连接界面黏滑摩擦行为的非线性载荷重构方法

提出一种连接界面黏滑摩擦行为的非线性载荷重构方法。基于非线性动力学子结构建模方法,将复杂连接结构视作线性子结构和非线性连接两部分,通过虚拟非线性激励载荷进行关联。以线性子结构为研究对象,采用两次动刚度矩阵求逆的反转技术消除传递函数的病态奇异性,建立观测点自由度和非线性连接自由度之间的传递关系。考虑连接界面黏滑摩擦行为的影响,将观测的非线性动力响应进行谐波级数展开,直接辨识连接界面的局部非线性接触载荷。利用螺栓连接梁结构的数值仿真和实验结果进行验证。结果表明:重构的虚拟非线性激励载荷能够直接反映连接界面黏滑摩擦行为的影响,并且能够有效地识别螺栓连接界面预紧性能的变化。

不同应力水平下给定含水率混凝土低温有效预压性能试验研究

为评估低温储罐类预应力混凝土结构设计及安全性能,通过对混凝土施加各种初始预压应力水平(0.2、0.3、0.4、0.5、0.6及0.7)并在-160℃低温作用下的试验,系统地探讨其有效预压性能变化规律,同时比较较高和正常两种较为典型混凝土含水率情况对其影响差异。结果表明,随施加的初始预压应力水平提高,混凝土降温点和温均点时的有效预压应力损失率均呈下降的变化趋势,而其降温段和恒温段时的有效预压应力变化率的变化较为复杂;混凝土达其降温点后恒温阶段的有效预压应力损失均有所恢复,且随初始预压应力水平的提高其恢复程度更加明显;含水率对不同初始预压应力水平混凝土低温作用下降温点和恒温点时的有效预压应力损失率变化趋势未产生影响,仅使其变化程度有较明显的差异。

长期堆载预压处理软土地基效果评价

为评估某园区10 a长期堆载预压后,场地后续沉降对拟建管线的影响,通过室内试验和现场试验对堆载预压处理后的场地进行系统评价,分别采用双曲线法与有限元法对后续沉降进行预测。结果表明:场地堆载预压10 a后各地层物理力学参数明显改善,但其中淤泥层性质相对较差,是场地后续沉降发生的主要地层;经过10 a堆载,场地主固结沉降基本完成,固结度达到95.5%,说明长期堆载预压效果较好;对于堆载多年后的场地,在进行后续沉降数值计算时,采用弹性模型并选用现场试验获得的参数进行计算,计算结果与实测数据较好吻合,场地剩余平均沉降量在15.4 cm左右;园区道路管线可采取常规预防措施。

头部支撑面角对连杆螺栓与大头盖接触应力的影响

国标六角法兰面螺栓对螺栓支撑面角度范围提出设计指导,但没有具体指出最佳角度,且其对螺栓预紧力及支撑面应力的影响尚无明确结论。通过建立发动机连杆螺栓的精细拧紧有限元仿真模型,并利用Yamamoto解析法验证了连杆螺栓有限元模型的准确性。研究了螺栓头部支撑面角对拧紧载荷下连杆螺栓预紧力和应力分布的影响,同时通过计算疲劳安全系数对螺栓头部支撑面的结构可靠性进行综合评估。结果表明:螺栓头部支撑面角取0.5°为最佳;提出了带有U型沉割槽的连杆螺栓结构模型,优化后的螺栓结构在螺栓头部与螺杆结合处的平均应力下降16.2%,平均疲劳安全系数提高19.6%。

孟加拉滨海相复杂互层地基真空预压加固特性研究

针对孟加拉国某港口工程真空预压加固中遇到的透水性较差的黏土层和透水性较好的砂土层反复交互出现,可能存在边界透水透气、地基固结规律复杂难以预测、地基加固效果难以预测等问题。依托工程的试验区块及典型施工区块,研究黏土搅拌桩的密封墙密封效果、透水层对固结速度理论计算的影响、复杂互层场地加固后的物理力学特性改变等。主要采用试验检测和试验实测数据与理论计算数据对比分析的方法,对表层沉降-时程曲线、孔隙水压力消散曲线、加固前后的SPT指标、压缩性指标等比较研究。结果表明:黏土密封墙在粉砂地层具有良好的适应性,透水性砂层的存在对于实际场地固结的影响远小于理论或者理想边界条件下的试验,真空预压对于复杂互层地基具有较好的加固效果等。对于在复杂互层地基上的真空预压法加固设计具有一定的参考意义。

基于LabVIEW的风电主轴承螺栓预紧力监测系统

针对大型风电主轴承容易产生轴向振动故障问题,基于端盖螺栓预紧力的变化特性,本文拟开发一款螺栓预紧力采集监测系统。该系统采用一种嵌入分布式的垫片压力传感器测量方法,以DH5902N数据采集卡和计算机为硬件,实现螺栓预紧力数据采集和分析。构建应用于风电机主轴承的压力传感器检测模型,通过建立基于传感器数据测量的螺栓预紧力校正算法,实现风电机主轴承轴向受力检测。选用LabVIEW作为软件开发平台,实现多通道数据采集显示与灯光报警等功能,最终实现对风电主轴承的受力状态监测。

滨海软土地基二次堆载预压固结沉降研究

滨海软土往往工程性质较差,一次堆载预压通常达不到设计要求而需要进行二次堆载预压。本文通过现场原位试验和室内试验,对二次堆载预压2年后的地基软土开展物理力学性质研究,并将试验获得的土体参数用于规范法和数值模拟,对地基未来20年的沉降进行预测。结果表明,二次堆载预压2年后,部分软土层力学参数提升显著,但淤泥层力学参数未见明显改善,地基承载力未达到设计要求,后续仍有较大的沉降变形。同时,对比规范法和研究开始前18个月沉降规律发现,经过二次堆载预压后的地基,数值模拟采用弹塑性模型能更准确地预测后续沉降,二次堆载预压20年后地基最大的沉降量可达1 m,位于12号钻孔位置处,其次是18号钻孔位置处,沉降量为0.9 m,10号钻孔位置处沉降量为0.8 m,并且沉降主要集中在淤泥层中。

超细颗粒悬浮状疏浚土真空预压加固特性研究

浙江省乐清湾地区疏浚土具有高孔隙比、高黏粒含量、高含水率、高触变性、抗剪强度低及排水缓慢的特性,工程性质差,加固困难。依托乐清湾北港区吹填区真空预压工程,设置4个3000 m^(2)的真空预压试验区,研究相同真空度下不同塑料排水板间距、型号加固效果的差异,通过膜下真空度、表层沉降、孔隙水压力等监测数据以及土体含水率、十字板抗剪强度的检测结果对加固效果进行分析,同时结合含水率、十字板抗剪强度等检测数据,对无结构疏浚土的物理力学指标离散性进行分析。结果表明,采用真空预压加固超细颗粒无结构疏浚土时,对于浅层加固,A与B型排水板没有明显差别,塑料排水板间距小于100 cm时加固效果提升不明显;无结构疏浚土加固后力学指标较离散而含水率指标较稳定,建议采用含水率作为验收指标;建议无结构疏浚土采用土的三相组成推算其压缩比和沉降量。

正反向排水板真空预压法在地基处理工程中的应用

目前真空预压法加固软土地基中排水板负压源通常位于顶部,由于真空度沿竖向的衰减,普通真空预压对深层土体的加固效果较差。为此提出了正反向排水板相结合的排水方式,正向排水板的负压源在排水板顶部,反向排水板的负压源在排水板的底部。将正反向排水板结合真空预压应用于温州某地基处理工程中,对地表沉降、真空度、孔隙水压力等指标的监测结果显示,平均固结度达到93.1%。相同工况下正反向排水板结合真空预压数值模拟得到的地表沉降大于正向排水板结合真空预压得到的地表沉降,增长率达到12.9%;相同工况下正反向排水板结合真空预压数值模拟得到的孔隙水压力在3~10 m范围内的消散情况明显优于正向排水板结合真空预压,地基加固效果更好。正反向排水板结合真空预压方法值得在工程中进一步推广应用。

真空预压与真空井点降水用于软土处理的机理差异

真空预压与真空井点降水两种工艺均可用于软土地基处理,表观上两者都是通过抽真空使土体内孔隙水排出并使软土沉降,但目前对两者的工艺和机理等关键差异的认识不深入,难以有效指导现场施工。真空预压和真空井点降水在抽真空设备、竖向排水通道和密封边界等设备与工艺方面有显著差异;两者的的排水机理也有着本质区别。真空预压的加固机理是负压作用下土体发生塑料排水板水平向排水固结,同时塑料排水板内的水向上流动与重力无关;真空井点降水的加固机理是群井抽水引起地下水位降低,土体的浮重度变为湿重度导致荷载增大使土体沉降,同时井点管内的水向上流动受重力影响。在工艺和机理的差异分析的基础上,进一步明确了真空预压和真空井点降水在10个关键方面的差异,包括加固机理、影响深度、不同深度的真空传播、土体水平变形、竖向排水与重力的关系、抽真空位置影响、与外界是否连通、影响区成因、地下水位变化、是否形成非饱和带。