Moving contact line problem: Advances and perspectives

The solid-liquid interface, which is ubiquitous in nature and our daily life, plays fundamental roles in a variety of physical-chemical-biological- mechanical phenomena, for example in lubrication, crystal growth, and many biological reactions that govern the building of human body and the functioning of brain. A surge of interests in the moving contact line （MCL） problem, which is still going on today, can be traced back to 1970s primarily because of the exis- tence of the ＂Huh-Scriven paradox＂. This paper, mainly from a solid mechanics perspective, describes very briefly the multidisciplinary nature of the MCL problem, then summarizes some major advances in this exciting research area, and some future directions are presented.

Analytical modeling of complex contact behavior between rock mass and lining structure

Based on the nondestructive test data of operating railway tunnels in China, this paper summarizes the basic characteristics of the complex contact behavior between the rock mass and lining structure. The contact modes are classified into dense contact, local non-contact, and loose contact. Subsequently, the corresponding mechanical model for each contact mode is developed according to its mechanical characteristics using the complex variable method. In the proposed mechanical model, a special algorithm is introduced to detect whether the local non-contact zone is re-contacted. Besides, a novel conformal mapping method is also proposed to accurately calculate the mechanical response of the concrete lining. Finally, the accuracy of the proposed method is verified by comparing it with the finite element method(FEM). Several parameter investigations are conducted to analyze the effects of different contact modes on the rock-lining interaction. The results show that:(i) the height of the local noncontact area does not have a significant effect on the contact stress distribution if no re-contact occurs;(ii) backfill grouting can reduce the local stress concentration caused by poor contact modes;and(iii) reducing the friction coefficient of the interface can lead to a more uniform distribution of internal forces in the concrete lining.

地震测线-稀疏节点联合初至层析速度建模

近年来含油气盆地的深层勘探逐渐成为研究热点,如何提高深层的速度建模精度是地震勘探所面对的关键问题.常规地震测线偏移距短,无法记录含有深层结构信息的长偏移距初至数据,采用地震测线初至到时的建模方法不能建立深层速度模型.地震节点记录具有广角和宽方位的特征,在全球/区域地震学中被广泛应用于深部结构研究.但是,地震节点的密集布设会剧烈增加节点数量和野外工作量,而地震节点的稀疏布设则难以保证浅部速度结构的建模精度,引起深部速度建模的不准确.针对该问题,我们提出一种新的地震测线-稀疏节点联合初至层析速度建模方法:将常规地震测线与稀疏地震节点结合形成新观测系统,联合地震节点和常规测线的初至走时,采用地震层析成像开展油田深层速度建模.数值实验和实际应用结果均显示,地震测线与稀疏节点联合可以在浅层和深层均形成良好的数据覆盖,初至层析在浅层和深层均具有较高的建模精度.在大节点间距情况下联合常规地震测线和节点的联合方法比常规测线采集仅增加很少工作量,但其层析速度建模仍具有较高的建模精度,与高成本的高密度节点数据建模结果精度相近.本文方法可以方便地应用于常规地震测线采集的区块,在增加很少工作量的情况下实现深层高精度速度建模,对于含油气盆地的深层勘探具有重要意义.

基于最小势能原理的双渐开线齿轮载荷分布研究

双渐开线齿轮接触线上的载荷非均匀分布,使得载荷计算困难。采用现有的方法或过于简化导致精度不足,或过于复杂使得计算量大、耗时长,并不适用于双渐开线齿轮载荷分布研究。为此,将双渐开线齿轮接触线等分为若干段,建立了双渐开线齿轮载荷分布模型,综合有限元法对轮齿载荷分布进行了研究。首先,根据双渐开线齿轮的啮合特点,求解了时变接触线,将每一啮合时刻下的齿轮接触线“分段”;然后,基于最小势能原理,建立了双渐开线齿轮的载荷分布模型,综合有限元法对齿轮轮齿载荷分布进行了研究;最后,对双渐开线齿轮与普通渐开线齿轮的载荷分布进行了对比分析,并研究了输入扭矩、齿宽对双渐开线齿轮轮齿载荷分布的影响。研究结果表明:载荷分布模型与有限元仿真结果之间的误差在10%之内,载荷分布模型合理可靠;双渐开线齿轮沿接触线方向载荷分布不均匀,节线附近载荷值最大;同参数、同工况下的双渐开线齿轮载荷波动幅度小于普通渐开线齿轮;输入扭矩增加,双渐开线齿轮节线附近载荷分布发生突变;齿宽增加,双渐开线齿轮沿接触线载荷分布不均匀程度增加。

特殊环境下地铁线路设计组合方案研究及应用

针对常规地铁线路设计方法在建(构)筑物密集地段无法解决拆迁量大、施工难度大、风险大、代价大等问题,创新一种特殊交叉渡线加曲线岛式错位站台组合的线路设计方法,不仅能满足建筑、结构、信号、轨道、行车、线路等相关专业的设计需求,而且能使得地铁线路可以灵活地绕避站点周边密集的建(构)筑物。研究结果表明:该创新线路设计方法可以实现减少拆迁、加大施工净距、缩减明挖规模、降低施工难度和风险、节省工程投资等目标,为地铁站点周边建(构)筑物密集、拆迁和施工困难的地段提供技术指导。通过实际的工程案例验证,表明该创新线路设计方法能产生很好的经济、技术和社会效益。

节段预制拼装变截面U形梁BIM技术应用

短线法U形梁在城市轨道交通中应用较少,如何在拼装过程中控制桥梁合理线形尤为重要,为此提出了一种基于BIM技术快速合理的预拼装方法。首先,利用Revit软件对U形梁桥梁构件建模,并对其进行参数化设计。确保桥梁构件的精确性和可调整性,为后续施工提供了坚实基础;然后将Revit模型与施工进度计划导入Navisworks软件,利用该软件的TimeLiner(时间轴)功能,进行详尽的施工模拟。这一模拟过程能够预先判断拼装过程中可能出现的偏差,并据此对施工工序进行更为合理的安排。这种前瞻性的施工规划不仅有助于缩短施工周期,还能有效节约资源,提高整体施工效率。提出的基于BIM技术的预拼装方法为城市轨道交通中短线法U形梁的应用提供了一种高效、精确且节约资源的解决方案。

Theoretical and experimental study of the thermal strength of anticorrosive lined steel pipes

Bimetallic lined steel pipe （LSP） is a new anti-corrosion technology. It is widely used to transport oil, gas, water and corrosive liquid chemicals. At present, the hydroforming pressure for LSP has been investigated theoretically and experimentally by most researchers. However, there are a few reports on the thermal strength of bimetallic LSP. Actually, the bimetallic LSP will be subjected to remarkable thermal load in the process of three layer polyethylene （3PE） external coating. Reverse yielding failure may occur on the inner pipe of the bimetallic LSP when it suffers from remarkable thermal load and residual contact pressure simultaneously. The aim of this paper is to study the thermal load and strength of the bimetallic LSP. A mechanical model, which can estimate the thermal strength of the bimetallic LSP, was established based on the elastic theory and the manufacture of the bimetallic LSP. Based on the model, the correlation between the thermal strength of the bimetallic LSP and residual contact pressure and wall thickness of the inner pipe was obtained. Reverse yielding experiments were performed on the LSP （NT80SS-316L） under different thermal loads. Experiment results are consistent with calculated results from the theoretical model. The experimental and simulation results may provide powerful guidance for the bimetallic LSP production and use.

Finite Element Analysis of the Dynamic Behaviour of Transmission Line Conductors Using MATLAB

The dynamic behaviour of power line cables have been a source of interest to researchers ever since the phenomenon was first noticed in the 1920s. Conductor oscillation is mostly caused by the dynamic forces of nature such as wind loading. This imposes a periodic force on the conductors which is highly undesirable. It is therefore important for engineers to account for the possible effect of the wind loading when designing the power line. Investigations have shown that modeling the exact dynamic behaviour of a conductor is very difficult. Based on this fact, getting the exact analytical solution to conductor vibration is difficult, which is almost impossible, hence the numerical approximation becomes an option. This paper presents the developed finite element method used to analyse the dynamic behaviour of transmission line conductors. The developed FEM （finite element method） is implemented on MATLAB. The numerical analysis using MATLAB that is presented in this paper is used to simulate the response of the conductor when subjected to external loading in the time domain. The simulation is used to analyse the transverse vibration of the conductor. The formulation of the stiffness matrix and load vector is done and the results obtained are used to evaluate the conductor＇s internal energy dissipation. This finite element solution is compared with the results documented in literature. This numerical simulation is also used to investigate the effects of varying the axial tension on energy dissipation within the strands. Hence, this evolved in physically appropriate energy characterization process that can be used to evaluate the conductor self-damping with respect to line contact.

整体式U型混凝土渠道衬砌-冻土接触模型

为探究渠道衬砌与冻土接触面间存在的冻结约束、相对滑动与分离等接触作用对渠道衬砌冻胀破坏的影响,该研究以整体式U型渠道冻胀破坏监测试验为原型,构建了考虑接触和不考虑接触两类渠道冻胀模型,结合现场试验结果评估模型的合理性,并分析衬砌的冻胀变形与受力变化过程。结果表明:相比于不考虑接触模型,考虑接触模型的模拟结果更符合现场试验情况。在边坡处,考虑接触模型的法向应力峰值与试验监测峰值接近,不考虑接触模型的法向应力峰值可达前两者的3.3倍。试验与考虑接触模型的渠底法向应力基本为0,而不考虑接触模型中则存在持续增大的拉应力。现场试验的衬砌-冻土接触面间存在渠底分离与渠坡相对滑动过程,因此需由考虑接触模型模拟分析该过程。在试验与考虑接触模型中,渠底处衬砌与基土由于发生分离而产生空隙,此后悬空衬砌与渠坡基土发生相对滑动,释放了冻胀基土对衬砌的挤压力。考虑接触模型中的相对滑动改变了衬砌应力的发展趋势,由不考虑接触模型的“增力”变为考虑接触模拟的“卸力”。与不考虑接触模型相比,考虑接触模型的衬砌上、下表面正应力峰值分别降低了903%和164%,下表面切向力峰值降低了248%。在渠道冻胀模型中考虑接触作用更加合理,研究可为寒区渠道防冻胀设计与结构优化提供参考。

考虑抱紧力退化和不同对接角度下的GIL触头温升特性

气体绝缘输电线路(GIL)因高运行可靠性而得到广泛使用,但随着运行年限增长和载荷循环变化,其触头不可避免会出现接触劣化,进而引起过热故障。温升作为表征热故障演变的关键参量,论文由此出发,建立了GIL触头三维结构力学–温度–电磁场耦合模型,计算正常工况下触头的电流密度、接触电阻、接触压力和温度场分布;研究抱紧力退化时弹簧变化量与边界载荷、接触电阻、接触压力和最高温度的变化关系;基于不同对接角度下触头的温升特性和温度场分布,探索各触指的接触状态以及接触面电流密度、接触压力和接触收缩电导的分布规律。仿真实验及其分析表明:边界载荷和接触压力均与弹簧变化量成正比,而最高温度和接触收缩电阻的趋势均与前者相反;当对接角度大于1.5°时,触头可能存在接触失效且接触不良时的触指温升较大,而对接角度小于1°时各触指温升较小。

基于实景三维模型的海岸建筑退缩线划定及管控新方法研究

海岸建筑退缩线作为一项科学有效的保护和管理海岸带开发的手段在国际上得到广泛应用。本文以某市的海岸建筑退缩线的划定及管控为例,构建高精度实景三维模型对海岸带建筑退缩线及附属要素进行采集、编辑,采取“基础退缩距离划定+特定要素修正”方式进行核心退缩线的划定,要素叠加实景三维模型,形成海岸带管理系统,做到要素全方位、立体化展示和查询,为海岸建筑退缩区的精细化管控提供有力支撑。

输电线路异物清除空中机器人飞行控制技术研究

针对人工清理输电线路上的异物效率低且存在较大风险的问题,本文提出了一种用于输电线路清理的空中机器人,该空中机器人通过悬挂作业工具实现线路异物清理。本文针对输电线路异物清理空中机器人建立了其携带负载时的运动学和动力学模型;针对空中机器人携带负载后带来的重心变化、接触作业时的接触力与参数摄动等问题,研究了线性自抗扰控制方法。对空中机器人进行了仿真实验,验证了本文提出的空中机器人的可行性和线性自抗扰控制方法在空中机器人上具有较好的控制效果和抗干扰能力。

An elastic-plastic contact model for line contact structures

Although numerical simulation tools are now very powerful,the development of analytical models is very important for the prediction of the mechanical behaviour of line contact structures for deeply understanding contact problems and engineering applications.For the line contact structures widely used in the engineering field,few analytical models are available for predicting the mechanical behaviour when the structures deform plastically,as the classic Hertz’s theory would be invalid.Thus,the present study proposed an elastic-plastic model for line contact structures based on the understanding of the yield mechanism.A mathematical expression describing the global relationship between load history and contact width evolution of line contact structures was obtained.The proposed model was verified through an actual line contact test and a corresponding numerical simulation.The results confirmed that this model can be used to accurately predict the elastic-plastic mechanical behaviour of a line contact structure.

基于机载LiDAR点云的建筑物多细节层次建模方法

机载激光雷达点云(LiDAR)重建大范围建筑物模型一直是实景三维建模的热点问题,由于机载激光点云稀疏、建筑物立面数据缺失,给模型自动化重建带来了极大的挑战。为了解决该问题,本论文研究基于图优化理论重建建筑物多细节层次(LOD)模型。首先,对原始点云进行自动化滤波,分离地面点和非地面点,对地面点构建数字高程模型(DEM),对非地面点半自动提取单体化建筑物点云。然后,基于滚球法(Alpha shape)提取建筑物边界,利用通用图优化方法(G2O)对误差线进行全局一致性改正,获得规则化的二维边框。并基于建筑物屋顶三维高程及DEM高程值重建建筑物LOD1模型。其次,根据点云的高程差异生成高程栅格图,从高程栅格图提取建筑物轮廓线,对轮廓线进行简化、规则化、聚类,并将规则后的边界线拉伸获取建筑物立面结构,弥补建筑物立面数据缺失对建模的影响。最后,将屋顶平面相交、建筑物立面裁剪,对候选平面进行二元图割全局优化,选择最能表达建筑物结构的平面,以此重建建筑物LOD2模型。本论文选择北京市2017年机载激光点云进行实验,结果表明,本文提出的方法可以稳健地重建建筑物多细节层次模型,LOD2模型距离偏差为0.22 m,LOD1模型距离偏差为0.71 m,整体模型精确度高;针对1147个建筑物,LOD2和LOD1模型重建时间分别为1290s和1097s,具有较高的自动化程度和建模效率。

高速刚性悬挂接触网弓网动态仿真模型优化研究

随着刚性接触网线路上列车的运行速度逐步提高,对弓网动态性能的要求也更高,良好的弓网接触力能保证电力机车持续取流。利用弓网仿真技术可以方便高效获取弓网接触力,因此有必要对弓网仿真模型建模方法进行研究,建立高精度弓网仿真模型,获取精确的弓网接触力。本文基于力学理论与有限元理论建立汇流排、悬挂装置、锚段关节等仿真模型,依托北京地铁大兴机场线开展实测对比验证,为探究更高速度等级的受电弓与刚性接触网系统提供理论支撑。

基于数字线划图的三维模型单体化技术方法研究

随着实景三维中国建设的全面推进,实景三维模型既需要满足国家新型基础测绘的要求,也要满足各行业用户的需求。现阶段,倾斜三维模型不能选取单独的对象进行操作和管理,无法进行深层次的应用。为满足部件级实景三维的需求,需要对三维模型进行单体化,从而实现可赋属性、可查询管理等功能。文章探讨一种基于数字线划图的三维模型单体化技术方法,并提出了优化复杂建筑物单体化技术的探索思路,能实现快速、精准的“自动/半自动提取建筑物轮廓线”的功能,达到提高模型单体化生产效率的目的。

BIM技术在大型湿法冶炼厂防腐蚀衬胶管道施工中的应用

某6万吨/年镍电解大型湿法冶炼项目的衬胶管道的施工存在涉及专业多、管线密集、系统复杂,工程量大等难点。基于此,介绍了BIM技术及其在大型湿法冶炼厂防腐蚀衬胶管道施工中的应用,结果表明,应用该技术可以实现工程建设的高效、安全和优质。

基于传输线模型法ITO/p-Si接触性能研究实验设计

针对传统透明氧化物薄膜电学性能测试实验内容单一的问题,结合教师教学与科研项目,设计了“基于传输线模型法ITO/p-Si接触性能研究”的探究性实验和相应考核体系。实验通过测量不同条件下制备的ITO/p-Si接触的电学性能,分析ITO/p-Si的比接触电阻和势垒高度变化规律和原因。考核体系涵盖了包括文献查阅、产品制备、性能测试、数据分析和扩展实验等环节。实验综合性较强,有递进性,能够巩固专业理论知识,激发学生的学习兴趣,增强学生的创新能力。

安九高速铁路庐山站接触网改造及过渡设计研究

随着我国高速铁路的发展,新建高速铁路引入既有车站改造也越来越多,站房改造也倾向于采用高架站房方案。安九高速铁路引入既有庐山站,站场规模为8台25线,高速铁路场与普速铁路场并站布置,站内设计大型高架站房,并需对既有雨棚进行改造。高架站房及既有雨棚情况复杂,对接触网改造设计提出了更高的要求。通过综合考虑高架站房及既有雨棚的结构形式,提出了既有车站接触网改造及过渡方案,以及适应于庐山站的接触网方案,取得了良好的效果。研究成果对今后类似工程有一定的参考意义。

SMT智能化产线数字孪生系统构建研究

结合某企业面向生产流程优化的数字孪生攻关项目案例,对于SMT智能化产线数字孪生系统构建展开研究。通过分析项目情况、系统需求及技术原理,重点阐述系统构建,包括体系架构、功能模块、关键技术等方面,围绕技术重难点问题,分别从实时采集生产数据、构建高匹配度模型、提高数据时效性与准确性等角度出发,提出相应的技术措施,从而推动多学科、多维度、多物理量的平台化集成。开展SMT数字孪生可视化建模,以实现电子信息产品制造行业SMT生产过程在虚拟空间的数字映射、实时监控和动态优化。