顺倾及反倾层状碎裂结构斜坡地震反应的大型振动台试验研究

西南艰险山区分布着大量的不同倾向的层状碎裂结构斜坡,地震作用下极易发生崩塌、滑坡等灾害,对在建的川藏铁路造成严重威胁。通过大型振动台模型试验,研究了强震条件下顺倾、反倾层状碎裂结构斜坡的动力响应、失稳破坏模式以及能量传递规律。试验结果表明:反倾斜坡的抗震性能显著优于顺倾斜坡;顺倾斜坡的破坏模式主要为拉裂-剪切-隆起-滑移型破坏,反倾斜坡的破坏模式主要为拉伸-弯曲-倾倒-崩塌型破坏;反倾斜坡的自振频率高于顺倾斜坡,顺倾斜坡的自振频率随震级的增加而逐渐降低,而反倾斜坡的自振频率在地震波幅值为0.4g~0.7g时出现反复震荡现象;顺倾斜坡存在明显的高程放大效应和趋表效应,反倾斜坡存在高程放大效应,其内部的加速度响应大于坡表。边际谱识别显示:顺倾斜坡的边际谱幅值(peak of marginal spectrum amplitude,简称PMSA)突变在坡腰上部最显著,说明该位置附近地震波的能量损失最大,反映出顺倾斜坡在坡腰上部附近形成了滑动破坏面;反倾斜坡的PMSA在坡肩处降低得最为显著,反映出坡肩部位损伤最为严重,易发生局部崩塌破坏。分析结果与试验现象能够较好地吻合,进一步揭示了不同结构类型层状碎裂结构斜坡在强震作用下的动力响应与失稳破坏模式,为川藏铁路的安全建设提供了依据。

基于实测载荷的牵引车双腔油箱失效研究

针对某牵引车双腔油箱内部实心隔板结构失效且载荷不易获取、量化等问题,提出了一种基于实测载荷的油箱失效研究方法。使用扫描电镜对样件断口进行观测分析,确定失效模式为疲劳失效;基于燃油的力学特性分析,双腔油箱失效主要原因是由单阻尼挡板提供的晃动阻尼不足,导致实心隔板受到冲击力过大;增加多孔阻尼挡板,可降低行车过程中燃油晃动对实心隔板的冲击力,对油箱进行结构优化;油箱优化前、后关键位置安装了传感器,在试验场进行双腔油箱优化前、后两种状态下实心隔板应变载荷采集,对载荷数据进行幅值、雨流及统计分析,对优化前、后油箱实测载荷进行量化分析,优化后载荷最大幅值下降比例超过60%,表明增加阻尼挡板可显著减小实心隔板受到的冲击载荷;优化后试验场路试未出现油箱失效问题,表明优化后实心隔板应变载荷低于油箱的疲劳极限,提高了油箱实心隔板的疲劳寿命;油箱结构优化后满足安全需求,为产品后续优化和下一代新产品开发提供理论指导和数据依据。

自动抓渣起重机智能控制系统改造

智能控制是起重机未来发展的一个重要方向,尤其像钢铁企业工作环境恶劣、效率低下的抓渣起重机。为了解决这个问题,研究了抓渣起重机的智能化控制系统改造。该智能化控制系统由机上操作系统、视频监控系统、地面操作系统及通信传输系统组成。关键技术涉及防摇和定位系统、自动抓渣任务识别和抓斗控制系统研究。防摇和定位系统采用格雷母线进行数据传输;自动抓渣任务由PLC控制,通过抓斗上的编码器数据来监测渣土剩余情况;抓斗控制系统由变频器控制。改造完成并通过试验后,自动抓渣起重机能够远程监控抓渣,不受现场环境影响,并且可以无极调速自动抓渣,大大提高了抓渣起重机的工作效率。

单、双排桩支护路堑边坡动力响应特性的振动台试验研究

结合西部艰险山区铁路实际工程背景,开展了El-Centro波作用下单、双排桩支护路堑边坡大型振动台模型试验,基于位移、加速度等参数深入研究了两种模型边坡动力响应特性的差异,并结合快速傅里叶变化(fast Fourier transform,简称FFT)谱探讨了两种边坡出现差异的原因。结果表明:抗滑桩的支护效果和差异均随输入波幅值的增大而逐渐体现;当输入波幅值为0.1g~0.3g时,单、双排桩边坡均处于稳定状态,总体动力响应特性差异较小;当输入波幅值为0.4g时,两边坡动力响应开始出现较大差异,单排桩边坡宏观破坏更明显,坡表位移增大较多,土体损伤累积,非线性特征显现;当输入波幅值为0.5g~0.6g时,两种模型边坡的地震波峰值加速度(peak ground acceleration,简称PGA)放大系数高程效应明显,且均在路堑面和桩后坡面处出现塑性区,抗滑桩的存在有效地抑制了PGA放大系数沿坡面向上的增大趋势和坡表双塑性区的贯通,而单排桩边坡PGA放大效应更明显,塑性区范围更广,深度更大,局部失稳更严重,抗震支护作用相对较弱;引入FFT谱比可知,单、双排桩边坡在5~10 Hz频段振幅放大效应的不同是造成单、双排桩边坡动力响应差异的主要原因;在地震作用下,单排桩边坡破坏历经边坡自稳定→坡表土体塑性变形→边坡局部塌陷溃散3个阶段,双排桩边坡破坏历经前两阶段。

基于改进PID的倾转翼飞机过渡控制系统研究

针对倾转翼飞机过渡模式下工作点切换过程的控制,提出了一种禁忌退火混合粒子群(TAHPSO)算法优化模糊PID控制的倾转翼飞机过渡切换动态控制策略。上述控制策略将模糊控制与防抖切换控制相结合,同时将标准粒子群(PSO)算法与禁忌搜索、退火机制融合,采用所提算法优化切换模糊PID控制参数,强化全局寻优能力,提高控制效率。为了验证上述控制策略的有效性,建立了倾转翼飞机过渡模式仿真模型。仿真结果表明,上述控制策略使倾转翼飞机在过渡模式下的最大高度波动降低40%,切换时刻旋翼拉力最大抖动幅度降低70%、升降舵附加升力最大抖动幅度降低86.3%,提高了系统的控制稳定性。

模块式金属隔震支座设计方法与试验研究——以电流互感器为例

提出了模块式金属隔震支座的构造与解耦设计方法,通过电流互感器振动台试验验证了隔震装置和设计方法的可行性。研究结果表明:隔震支座具有良好的隔震效果,隔震设备顶部加速度响应为非隔震设备的7.32%~32.57%;隔震支座具有良好的自复位能力,实际残余位移在不同地震动类型、地震动强度下均小于设计值。隔震支座具有较强的抗倾覆能力,可满足支柱类电气设备层间隔震需求,竖向地震输入影响时隔震支座的性能有所削弱,变形增大。电气设备的隔震设计应充分考虑设备本体的抗震性能与支架的动力放大作用,慎重选择隔震设计目标,避免支座达到极限位移。

铜冶炼企业中原料库智能天车的功能需求及关键技术探析

铜冶炼行业中原料的搬运大多依靠人工驾驶天车进行,员工劳动强度大,天车运行效率不高,信息及现场管理原始粗放,急需借助智能化手段优化原有作业模式,以减轻员工劳动强度,提高生产效率,改善工作环境,实现无人化管理。针对以上问题及优化目标,对多品种物料原料库智能天车的软硬件功能需求以及精准定位技术、吊具防摇摆等关键技术进行探析,为后续深入设计和实施提供技术支撑。

ABB电子防摇在转炉75T包子吊的应用

中色大冶环保升级改造转炉车间新增3台75T双梁起重机实现吊包作业,由于车间上方温度高,吊车操作环境恶劣,为改善人工作业环境,将传统自动化行车升级为智能行车,实现远程遥控及半自动控制。转炉车间3台75T智能包子吊主要用来转运冰铜、渣、冷料,是电炉、转炉、阳极炉转运的关键设备,为公司重点管控的A类设备,安全系统要求高。冶化改造后的75T智能包子吊采用ABB的ACS880变频驱动系统N5050电子防摇功能,有效的解决了原来转炉50T继电控制方式包子吊转运过程中包子摆动的安全隐患问题,有效提高了转运含铜物料的安全性。

交流接触器耐受特性及抗晃电装置响应特性实验研究

当前石化企业的电压暂降问题十分突出,在分析交流接触器及抗晃电装置工作原理的基础上,通过搭建电压暂降实验平台,开展了交流接触器电压暂降耐受特性实验,提出了临界耐受曲线的概念,根据抗晃电装置电压暂降响应特性实验,将临界耐受曲线进一步划分为不完全响应区域和完全响应区域,从机理角度揭示了交流接触器耐受特性及抗晃电装置响应特性的配合关系,并从3个方面进一步提出了电压暂降治理的设备选型建议,为提升石化企业电压暂降治理水平提供了科学依据。

基于深度相机的咽拭子机器人采样系统研究

本文提出一个基于深度相机的咽拭子采样系统。首先,基于Mujoco仿真平台搭建了一套机械臂协作平台。基于此仿真平台,构建了一套视觉检测系统,用来准确获取口腔的位姿信息,并提出了两个视觉优化算法。一是基于关键点检测,提出一种防抖算法,其利用前后帧信息的差分滤波,用来克服口腔位姿估计过程中因噪声和干扰而导致的抖动问题;其二是基于非刚体的法向估计算法,其融合面部关键点信息和先验面部三维信息进行PnP估计面部法向量。最后,基于获得的鲁棒关键点信息和姿态信息完成了对采样信息的映射,为后续咽拭子采样机器人高效、安全地使用机械臂完成采样任务提供条件。实验表明,基于所提视觉检测系统可以准确、稳定的完成机械臂采样任务,在保证实时检测准确率的基础上能够有效去抖,在非限定环境下具有更高的鲁棒性和稳定性。

供电系统“晃电”治理研究

为有效解决供电系统晃电问题导致的空分装置运行故障,提出一种基于电控技术的抗晃电措施。该措施的主要思路为:根据空分装置的运行工况,计算电压瞬时下降时的暂态电压,采用电控技术连接空分装置的线路与蓄电池的SW启动键,改善电压输送形态,从而设计出空分装置晃电时的电压补偿方法。最后通过实验对比表明,该抗晃电措施能够满足空分装置运行中的抗晃电需求,确保供电系统设备安全、连续且稳定运行。

抓斗门座起重机关键技术研究与应用

随着自动化、智能化控制技术的快速发展,广泛应用于港口码头的抓斗门座起重机的自动化研究与应用成为很多港口企业、高校及科研院所的关注热点。文中以抓斗门座起重机为研究对象,重点叙述了基于GNSS高精度冗余控制定位系统、高精度智能三维扫描技术、抓斗智能防摇技术、甩斗及掏舱作业技术、多机安全防撞系统、多机协同作业技术、自动化综合安防系统、基于HMI系统的远程操作平台、门座起重机智能运维技术、自动化门座起重机标准化等关键技术,实现了抓斗门座起重机自动化,改变了司机的传统作业模式,减轻了司机工作强度,提升了抓斗门座起重机装卸作业本质安全水平。

振动台控制室抗倾斜空气弹簧三维隔振平台研究

大型地震模拟振动台的运行给周围环境带来不可忽略的振动问题,影响精密仪器设备的正常使用及工作人员的舒适度。针对国家大型地震工程模拟研究设施振动台控制室面临的振动问题,提出一种基于带附加气室的空气弹簧和抗倾斜装置的大质量三维隔振平台。开展了隔振部件以及隔振平台的试验研究以及数值模拟分析,提出了抗倾斜装置的抗倾斜刚度理论计算公式。研究结果表明,带附加气室的锥型与直筒型膜式空气弹簧可实现约1 s竖向隔振周期,阻尼比达23%。试验中抗倾斜装置可有效控制人员偏心荷载造成的平台倾斜问题,平台倾斜角度减小达66%。所设计国家大型地震工程模拟研究设施隔振平台可大幅降低振动台运行产生振动影响,隔振效率达86%以上。

1000MW级小倾角新型间冷塔振动台试验研究

在对1000 MW级小倾角新型双曲线混凝土冷却塔进行振动台试验中,主要通过1∶25的缩尺模型进行三向地震作用下的动力试验,测定模型结构的动力特性及其不同阶段的变化,实测分别经受多遇、设防、罕遇等不同水准地震作用时模型的动力响应,包括结构在弹性和弹塑性阶段的位移、加速度及主要构件应变反应,观察、分析结构抗侧力体系在地震作用下的受力特点和破坏形态及过程,掌握超大型小倾角冷却塔的结构动力响应特性,并结合动力分析的结果,评价结构的可靠性,提出合理的抗震措施和结构建议。

大型浮体水动力响应特性数值模拟及减摇措施

为研究马尔代夫海域大型浮体水动力响应特性及减摇措施,基于三维势流理论和刚体运动方程建立了浮箱水动力响应数值模型,分析了不同纵横比浮箱的水动力响应特性,讨论了减摇板布置方式及形式对浮箱减摇效果的影响,并在此基础上给出了较优的减摇板布设方案。结果表明:纵横比为2∶1的矩形浮箱在各个浪向下的运动响应相对平稳;减摇板宽度对浮箱横摇的控制作用较明显;浮箱迎、背浪面同时安装减摇板时减摇效果受安装高度影响显著;对于迎浪侧的双层开孔减摇板,上层减摇板开度40%时对浮箱横摇控制较好,浮箱横摇有义值极限海况下可降低16.9%,建议优先选用上层带开度的单侧双层减摇板布设形式。安装减摇板对波浪作用下浮体结构强度影响较小,应着重关注减摇板与外壳的连接强度。

直升机施药药箱药液阻尼防晃模拟及试验

直升机施药在林业病虫害防治中应用广泛,药箱作为药液载体,合理的防晃结构对其作业稳定性具有重要意义。为降低作业过程中药液晃动,通过布置防晃栅格结构对药箱内腔进行优化设计,并借助Fluent中流体体积多相流及Realizable k-ε湍流模型进行数值模拟。结果表明,增加栅格结构高度,参考点的最大压力值随之增加且高度选为100 mm时液体晃动的频率更低;增加栅格槽数量,参考点的最大压力值随之变小,且在数量为9时趋于稳定。通过构建药箱晃动试验台模拟直升机作业飞况进行防晃效果验证,结果表明药箱加速度越大,箱壁所受最大压力越大,受到最大压力的时间提前;充液率越大,箱壁所受最大压力越大,充液率为0.8较0.4时的最大压力增长了27.7%,同时高充液率下箱体不易受到激励后的二次冲击。随着前倾角度的逐步增加,液面所需稳定时间减小,从0°转变为20°,稳定时间相对减少了44.6%,而出现侧倾时液位较低的一侧晃动更加激烈,所需稳定时间更长。根据仿真结果选择高度为100 mm,栅格数量为9个的竖直阻尼栅格结构,对比数值仿真和试验结果,防晃阻尼栅格能有效减小受激励后箱体内液体晃动幅度,相较于原箱液体从开始晃动到液面平稳的时间降低了54.8%,具有较好的抑制效果。该优化箱体对提升直升机植保作业的安全可靠性具有一定价值。

基于戴明回归和ROI细化的指针式仪表读数技术

为解决指针式仪表示数读取中识别精度低和算法读取速度慢的问题,提出一种基于戴明回归和感兴趣区域(region of interest, ROI)细化的指针式仪表读数技术.给出了仪表示数读取的算法流程:首先选择ROI,采用基于颜色通道的剪影法和二值化形态学操作进行图像预处理;接着运用图像帧差法消除指针的抖动;然后利用ROI细化算法对待识别仪表的指针进行细化;再使用戴明回归法拟合出仪表指针所在直线的方程和斜率;最后根据指针斜率利用角度法计算仪表的实时示数.通过3组试验,测试了该方法的可行性和防抖动能力,比较了戴明回归拟合直线与霍夫直线检测拟合直线的检测精度,还比较了ROI细化算法与全局细化算法的计算速度.结果表明该方法检测的平均误差比霍夫直线检测减小了37.85%,每张图像的平均计算时间比全局细化算法减少了192.717 s,同时具有防抖动能力.

正弦波与EL波作用下桩身土压力响应对比研究

为研究正弦波与EL波作用下抗滑桩支挡的高陡边坡桩身前后土压力响应差异,设计完成振动台试验进行响应分析。桩身前、后土压力分别呈倒三角形及抛物线型分布,峰值分别位于靠近桩顶、滑面附近,且桩后土压力略大于桩前。因存在频段耦合效应,正弦波与EL波产生的桩身前、后土压力峰值的差值随加速度峰值的提高较为波动,整体在0.5g达到峰值,分别达到3.242 kPa和2.268 kPa。通过FFT分析,EL波作用下,相对于桩后土压力,桩前土压力具有更强的低频放大效应;桩后土压力在高震级时,其次频带内的最大峰值频率会有较明显向低频带靠近的趋势。利用小波包分析频带划分均匀和时频局部化特性,得到2个峰值点处各频带小波重构分量。结果表明,正弦波与EL波工况下都是测点土压力第1频带(0~6.25 Hz)重构信号较为接近原始信号,即加载波卓越频率所在子频带对土压力响应影响最大,且就第1频带重构分量土压力最大值数值而言,正弦波约为EL波的1.15~1.85倍。此外,大震级时EL波第2频带(6.25~12.50 Hz)小波分量对桩后土压力影响较大。考虑到地震波的成分复杂,常用试验加载波正弦波与实测EL波在时域、频域特性差异较大,所引起的响应存在不同,因此对于边坡工程中支挡结构的抗震性能研究,应选择实测天然地震波作为加载波。

抗滑桩加固滑坡上桥梁桩基础的动力响应试验研究

以成兰铁路某抗滑桩加固碎石土滑坡为工程背景,设计完成振动台缩尺模型试验,对抗滑桩加固滑坡上桥梁桩基础的动力响应进行研究。结果表明:前排抗滑桩宜靠近桥梁桩基础提供必要的水平抗力,后排抗滑桩发挥主要的抗震加固作用,桩身裂缝位于滑动面以下锚固段长度1/6~1/3处;随着正弦波振动强度增加,滑坡模型剪切变形峰值先增后减,最高可达7×10~(-5),且位于下滑段的剪切变形峰值有上移趋势,直至滑坡完全被破坏;在逐级加载过程中,滑坡PGA放大系数服从层状分布并随振动加剧呈减小趋势,当滑坡体自振频段与振动波频率接近时出现共振耦合效应,PGA放大系数显著增大,最大值和最小值之比可达158%;当加载正弦波加速度峰值相等而频率不同时,高频振动时土体摩擦耗能较小,PGA放大系数较大。

混合动力汽车底盘液压控制系统集成化诊断方法研究

底盘液压控制系统是混合动力汽车底盘域中关键的系统,针对混合动力汽车底盘液压控制系统故障诊断精度下降,故障诊断覆盖率过低的问题,在混合动力汽车底盘液压控制系统结构和集成化诊断拓扑结构基础上,构建了关键部件的精细化模型,采用分段故障阈值方法对底盘液压控制系统进行故障检测,并对故障检测结果进行防抖处理,在构建的混合动力汽车底盘液压控制系统故障模拟实验平台进行故障注入试验,实验结果表明,所采用的故障诊断方法能够提高故障诊断速率和覆盖率,确保故障诊断精度。