人体热应变预测方法标准在热安全评价中的应用

工业生产中存在着大量的高温工作环境,如高温生产车间或夏季露天作业环境等。高温工作环境可能导致人体体温升高、出汗脱水,对人体安全造成危害。建立人体热生理响应模型,通过计算得出人体生理指标变化,从而判断人体安全状态,是有效的人体安全评价方法。ISO 7933是人体热应变计算方法的国际标准。在考虑了环境和人体的多种情况下,给出人体相关生理参数的计算方法。基于此方法,与人体热安全阈值相结合,建立人体热安全评价方法,并给出了典型热环境下的算例。该方法也可用于评价热防护服的有效性。

基于小波变换的GM(1,1)-ARMA组合预测模型对悬索管桥的应变预测

ARMA模型采用差分处理对桥梁监测数据进行预测时,会出现数据丢失和预测精度降低的现象.为此,利用小波变换对信号进行离散化处理信息不会丢失的优点,将趋势明显的原始序列离散化,得到不同频带上的块信号.采用灰色GM(1,1)模型对趋势明显的低频信号进行趋势预测,用ARMA模型对平稳的高频细节信号进行细节预测,再将两部分预测值叠加得到最终预测值.对黄河悬索管桥在线监测系统获得的过去一段时间的应变数据进行验证,结果表明所提出的GM(1,1)-ARMA组合模型预测效果明显高于传统ARMA模型,这对实现同类桥梁的预警具有积极意义.

CFRP约束轴压预压混凝土的峰值应变预测

对CFRP约束预压混凝土的轴压性能试验进行研究,并对混凝土的峰值应变的影响因素进行分析。结果发现,对于CFRP约束预压混凝土,峰值应变的主要影响因素可归结为等效圆柱约束刚度Er,混凝土弹性模量Ec和预加轴压比B三个因素。参考已有峰值应变模型,结合参数分析,对已有峰值应变模型进行改进,提出CFRP约束轴压预压混凝土的峰值应变预测模型,为CFRP约束预压混凝土的应力-应变模型的参数确定提供计算方法。

某型飞机关键部位结构应变预测

基于飞行参数预测飞机的结构应变对飞机结构强度试飞非常重要。因此,建立高精度的结构应变预测模型是保证飞机结构安全的关键。首先,对飞行实测数据进行机动识别,建立数据库;其次,考虑飞行参数的物理意义、机动类型等因素对飞行参数进行初选;然后,采用偏相关系数法对飞行参数进行优选;最后,利用多元线性回归法建立了飞机结构应变预测模型。本文以某型飞机关键部位结构应变为样本数据,采用三种飞控模式下的飞机实测数据对建模方法进行了验证,结果表明应变预测误差均小于5%,说明本文的预测方法具有可行性和较高的准确性。

面向复杂构件装配过程的工装应变预测模型

针对复杂构件装配过程中装配工装应变敏感区域直接监测困难的问题,提出了工装应变高精预测模型,基于支持向量机设计了一种复杂结构应变动态监测与高精预测方法。利用光纤光栅传感器获取模型所需输入、输出应变信息,建立输入输出数据间的非线性映射,对模型加以训练,最终达到精准预测复杂构件在装配过程中感生应变的目的。该方法解决了空间受限时,装配工装复杂零件应变状态在线监控与预测难题。针对工装复杂零件的应变监测与预测试验结果表明,该预测模型的R2高达0.98,RMSE为0.2040με,具有较高的精度和较强的泛化能力,可满足复杂构件装配的实际检测需求。

基于CEEMDAN-NAR-ARIMA组合模型的桥梁结构健康监测应变预测

提出了一种基于CEEMDAN-NAR-ARIMA的组合模型用以预测桥梁结构健康监测(structural health monitoring,SHM)应变数据。针对经典时间序列理论对模态混叠的数据无法有效预测的问题,采用了带自适应噪声的完全集成经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,CEEMDAN)方法对桥梁SHM应变监测数据进行了分解,并使用排列熵(permutation entropy,PE)方法将分解得到的大量分量按照随机程度进行分类重组形成数个新数据序列,最后结合非线性自回归(nonlinear auto regressive,NAR)动态神经网络和求和自回归移动平均(autoregressive integrated moving average,ARIMA)模型分别对每个新数据序列进行预测并叠加得到了最终的预测值。将该方法用于上海市某座斜拉桥的SHM应变数据预测,结果表明,该方法相比于经典时间序列理论提高了预测的准确性,具有良好的工程应用价值。

基于NAR动态神经网络的桥梁SHM应变预测

基于NAR动态神经网络对桥梁SHM应变进行了分析预测。分别建立了10期、25期、50期的NAR动态神经网络预测模型和ARIMA预测模型,并对比了2个模型预测的稳定性和准确性,通过上海市某座斜拉桥的SHM实测应变数据进行验证。模型结果表明,NAR动态神经网络预测模型相比于ARIMA预测模型具有更高的准确性,工程应用价值更高。

胶凝砂砾石料修正应变预测模型研究

应变预测模型能反应胶凝掺量60kg/m3胶凝砂砾石料应力变形特性的数学模型。文章对不同胶凝掺量的胶凝砂砾石料力学特性进行归纳总结,修正了胶凝砂砾石料应变预测模型,对比分析了修正应变预测模型的计算值与试验结果的吻合度,研究表明:修正应变预测模型能很好地用于模拟不同胶凝掺量的胶凝砂砾石料应力变形结果。

基于贝叶斯算法的混凝土桥梁火损应变预测

火灾事故后的混凝土桥梁应变预测十分复杂,本文以国道G341的混凝土桥梁为研究对象,提出了一种基于贝叶斯算法的混凝土桥梁火损应变预测方法。根据火灾的燃烧特征,得到升温计算公式,分析火损后混凝土桥梁的力学和钢筋特性。确定区间固定公式,追踪不同荷载条件下桥梁应力参数,集中预测桥梁中心区域的应力特征,利用解耦极值得到桥梁应变模型,通过分段解耦的不同频桥梁应变数据,结合区间选择的方式获取应变极值序列信息。利用贝叶斯算法预测应变粒子,构建位置状态预测公式,实现应变力预测。分别在温度荷载作用、车辆荷载作用和耦合荷载作用下探究桥梁的应变力,得到的实验结果表明,本文研究方法对于低频极值的应变力预测准确率在99%以上,高频极值的应变力预测准确率在95%以上,从而实现精准预测的目的。

基于小波分解和ARIMA模型的桥梁SHM应变预测

将小波分解方法和ARIMA模型相结合对桥梁SHM应变进行预测。采用了小波分解方法对桥梁SHM应变进行了高低频分解,分别对分解得到的新数据序列进行ARIMA模型预测,并将预测结果叠加得到了最终的预测值。通过上海市某斜拉桥的SHM应变数据进行验证,结果表明,该方法相比单纯的ARIMA预测模型具有更高的准确性,工程应用价值更高。

胶结砂石料应变预测模型参数灵敏度分析

为了探究胶结砂石料应变预测模型参数的灵敏度,首先利用胶凝掺量为80kg/m^3的胶结砂石料三轴试验数据确定胶结砂石料应变预测模型的参数E_i、n、k m、ε_m、ε_d、λ、d,分析了这些参数单独变化对该模型得出的应力变形计算结果的影响。研究表明,参数Ei、n、k、m、ε_m对胶结砂石料初始模量以及应力-应变曲线的非线性特征等变形特性有一定影响,参数k、m也对强度有较大影响;参数ε_d影响着胶结砂石料体积应变曲线中的剪缩剪胀转折点位置,而λ、d影响着胶结砂石料的剪缩剪胀程度。综合比较了应变预测模型的各参数对体变、模量及强度的灵敏度,表明不同参数的灵敏度差异很大;工程实际应用时,灵敏度较大的参数k、m、λ取值应慎重。

应变比对填充天然橡胶疲劳特性影响的试验及其寿命预测方法研究

对由汽车橡胶隔振器常见的橡胶材料制作的哑铃形圆柱试件,进行不同应变比R下的疲劳试验,并分析应变比R对疲劳寿命的影响。以应变峰值、应变幅值为损伤参量,建立相应的疲劳寿命预测模型,并对R 0、R<0两种工况下模型的预测结果进行比较。结果表明,当R 0时二种模型都有较高的预测精度,而在R<0的载荷工况下,R对用应变幅值为损伤参量的预测模型的预测精度影响较大,为此建立考虑应变比R效应的等效应变幅值,并以此为损伤参量建立R<0的寿命预测模型,该模型预测的寿命与实测寿命的偏差均在2倍分散因子之内,相关系数提高到0.9231。所得到的填充天然橡胶材料的疲劳寿命预测模型,可为橡胶隔振器前期耐久性结构设计提供参照。

大跨混凝土桥梁耦合极值应变的混合粒子预测

针对大跨混凝土桥梁耦合极值应变难以实现精准预测的问题,本文采用加权移动平均法和最小二乘法进行解耦。通过将各分段高低频信号分开,进而采用区间选择方法,得到高/低频应变的极值序列;建立高/低频极值应变的包含2个时变状态变量的动态线性模型,结合贝叶斯粒子滤波理论,基于动态监测并解耦的高/低频极值应变,实现对应极值应变的高精度预测,进而将其相加实现耦合极值应变的混合粒子预测。采用广东省肇庆西江大桥的监测应变数据对本文所提方法进行验证,与普通动态线性模型相比,本文建立的模型对耦合极值应变的预测效果较好。

滑坡碎屑流纵向作用下埋地管道变形分布预测

为保证滑坡碎屑流作用下埋地燃气管道安全运行,基于热-弹塑性理论,采用管-土耦合方法建立了管-土变形分析模型,模拟分析了埋地天然气管道的轴向应变分布规律。基于埋地天然气管道应变分布特征,通过非线性拟合方法,确定了管道轴向应变分布预测模型。研究结果表明:滑坡碎屑流作用下土壤变形区域主要为碎屑流作用区及其附近区域,滑坡碎屑流前部区域土壤变形明显大于后部区域;管道主要为弯曲变形,管土之间变形并不同步,土壤变形明显大于管道变形;在各个路径上,管道既存在拉应变,又存在压应变,而滑坡碎屑流作用区域,在管道底部和顶部路径上分别取得轴向拉压应变极值;碎屑流宽度、厚度对管道应变分布范围影响有限,应变分布范围随着碎屑流长度增加显著扩张,其中碎屑流影响区域范围是碎屑流作用区长度的3倍左右;而管道应变分布预测模型仅与μ、σ、a_(1)参数相关,仅需3个位置的轴向拉压应变数据,即可确定该区域管段轴向拉压应变分布。上述研究成果将为管道滑坡灾害下管道应变分布的确定提供重要理论依据。

基于毫小薄片漏斗试样的材料弹塑性循环应力应变关系测试方法研究

为获取毫小尺寸试样疲劳性能,针对厚度为0.5~2.5 mm的薄板材料,该文提出一种应用毫小薄片漏斗试样完成等幅低循环试验的新方法。该方法实现毫小尺寸薄片漏斗试样的设计、加工和加载,提出一种能量分离函数并由此给出毫小薄片漏斗试样循环应力-应变关系的预测模型。针对不同材料完成的有限元分析表明,该模型对不同几何尺寸和不同幂律材料具有良好普适性。以316 L不锈钢为例,完成等直圆棒试样和包括厚度为0.7 mm的6种不同几何尺寸小尺寸薄片漏斗试样的变幅应变对称循环试验,结果表明:基于漏斗薄片小试样的载荷-位移稳定试验曲线,新方法预测的材料循环应力-应变关系与传统等直圆棒试样的试验结果吻合良好。

硫酸盐侵蚀和干湿、冻融循环下混凝土单轴受压损伤对比

为研究宁夏典型服役环境下混凝土材料的损伤特点,本文在硫酸钠侵蚀和干湿、冻融循环三因素的共同作用和耦合作用下研究混凝土棱柱体试样的不同单轴受压应力-应变特点。改变硫酸钠溶液浓度和腐蚀次数,测量试样的质量损失率、相对动弹性模量以及应力-应变曲线。结果表明:随着腐蚀次数的增加,耦合作用下质量损失率和相对动弹模均先增大后减小,共同作用下则均逐渐减小;随着硫酸钠溶液浓度的增大,两种腐蚀制度下试样的应力-应变曲线上升段斜率和峰值应力均逐渐减小,且共同作用比耦合作用劣化效果更明显;随着腐蚀次数的增加,两种腐蚀制度下试样的应力-应变曲线上升段斜率均逐渐减小,耦合作用下峰值应力先增大后减小,共同作用下则逐渐减小,两种腐蚀制度下峰值应变均逐渐增大,共同作用比耦合作用劣化更大。本文提出的两种腐蚀制度下的混凝土应力-应变曲线预测模型可为宁夏服役环境下的混凝土结构寿命预测提供依据。

尺寸效应对吹填软土固结特性影响的试验研究

利用改装后的固结仪,针对天津地区真空预压处理后的吹填软土,开展了一系列固结特性试验研究,着重研究了试样尺寸对吹填软土固结特性的影响.结果表明,不同尺寸试样的e-lg,p曲线均表现为结构较完整、结构破坏、趋于重塑土3个阶段;在同一等级荷载作用下,稳定应变随着试样高度的增加而线性减小;固结系数和次固结系数均随荷载先增大后减小,最后趋于稳定,固结系数的峰值随着试样尺寸的增大而减小,次固结系数的峰值则相反.基于试验结果建立了一维应变预测模型,模型考虑了尺寸效应,具有参数少、易确定的优点.

胶凝原油非定常参量蠕变模型研究

胶凝原油的蠕变特性对保障管道安全流动具有重要意义。现有蠕变模型在不同剪切应力下的拟合参数显著不同,不便工程应用。为此,研究从流变参量的非定常化角度出发,对经典Maxwell模型进行扩展,利用求解微分型本构关系的方法建立非定常参量蠕变模型。利用三种胶凝原油对蠕变模型进行验证,结果表明:一个蠕变方程即可较好地描述油品在多个应力下的蠕变过程,拟合精度高,模型未知参数少,且拟合参数不随剪切应力变化。油品温度降低,胶凝原油黏弹性增强,模型拟合参数呈现单调变化趋势。借助拟合确定的模型参数对胶凝原油其它应力下的蠕变响应进行预测,预测结果与试验结果较为一致,表明模型具有良好的工程应用价值。