架棚巷道棚子扭向危害产生的原因及对策

棚子扭向是架棚巷道中常见的主要问题之一,扭向易造成施工巷道方向偏离设计方向,甚至带来安全隐患。文章从生产实际出发阐述了架棚巷道棚子扭向的危害、识别方法、产生的原因及预防棚子扭向和扭向后采取的措施,为现场施工提供了理论指导。

基于Modbus/TCP的电容式扭矩传感器数据采集系统设计

扭矩传感器通常安装于机械设备的旋转关节处,用于扭矩的测量。电容式扭矩传感器需要配备专门的数据采集系统才能使用,且数据采集系统的性能直接影响传感器的精确测量。针对实验室自主研制的电容式扭矩传感器的应用需求,设计了一种基于Modbus/TCP协议的数据采集系统。系统以STM32为主控芯片,通过控制电容数字转换芯片AD7147实现电容信号采集与转换,然后由W5500以太网芯片将数据上传到自主开发的上位机软件中进行处理、显示与存储。实验测试表明:系统最大测量误差为1.47%,数据输出频率为1000 Hz。

大型发电机高频轴系扭振下PSS附加阻尼特性仿真研究

从发电机Heffron-Philips模型出发,分析发电机及励磁系统在涵盖有功低频振荡和轴系扭振在内的0.1~40Hz范围内无补偿相频特性,同时给出电力系统稳定器模型(PSS-1A、PSS-2B和PSS-NB)在0.1~40Hz的相频特性,并从理论上分析其在大型发电机组发生高频轴系扭振时的阻尼特性,最后通过一个高频零阻尼RTDS仿真系统进行验证。

新疆克拉玛依乌尔禾张扭性走滑断裂特征及其控藏作用研究

乌尔禾沥青矿断裂带位于准噶尔盆地西北缘乌夏断裂带乌尔禾鼻隆之上,是一个小型左旋走滑断裂带。断裂带形成后未发生强烈改造,断裂带内发育沥青矿脉,露头地质条件好,且有三维地震覆盖,是研究走滑断裂特征和控藏作用的天然实验室。本文采用无人机三维立体建模技术,结合野外剖面实测,对乌尔禾沥青矿走滑断裂带野外剖面露头进行定量分析和解剖。结果表明,沥青矿断裂带共发育17条断层,主断层西北侧断层呈雁列状分布,东南侧断层呈马尾状,断裂带纵向呈负花状。研究表明,断层形成于燕山期左旋剪切应力场,受拉张应力影响,整体处于张扭环境,形成张扭性走滑断裂带。断层发育空腔和诱导裂缝,尤其主动盘裂缝更为发育,空腔的开度与油气侵染宽度呈正相关。结合塔里木盆地张扭性走滑断裂与油气藏关系分析,本文认为张扭性走滑断裂是良好的垂向油气运移通道,主动盘具有侧向输导作用,被动盘具有封堵作用,走滑断裂主动盘一侧圈闭是良好的油气聚集区域。

一种电动汽车驱动系统扭转振动扭矩梯度控制方法

本文提出一种电动汽车驱动系统扭转振动扭矩梯度控制方法。该方法引入RBF神经网络计算扭矩变化率梯度限制值,利用扭矩变化率限制值对驱动电机的输出扭矩进行限制,以此防止扭矩突然变大所造成的传动系统各轴段的过度扭转,从根源上消除引起驱动系统扭转振动的问题。与传统扭转振动控制方法不同,文章提出的控制方法面向实际工程应用,不依赖于车辆简化的二阶质量模型以及车辆参数,避免由于模型及车辆参数精度问题对控制效果造成的不良影响,具有优良的实际工程应用价值。最后,文章通过实车试验的方式对该方法的可行性及有效性进行验证。

弯-剪-扭复合受力CFRP布加固RC梁抗扭性能细观数值分析

为了研究弯-剪-扭复合受力条件下碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)布加固钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)梁的抗扭性能,建立体现混凝土材料非均质性、钢筋-混凝土黏结滑移关系和CFRP布-混凝土相互作用关系的细观数值分析模型。由于缺乏CFRP布加固RC梁在弯-剪-扭复合受力作用下失效破坏的典型物理试验,采用复合对比验证法对数值模型的合理性进行验证,即分别与单独受剪、单独受扭以及受弯-扭复合作用下RC梁和CFRP布加固RC梁的试验结果进行对比验证。进而,基于建立的细观数值分析模型探究了配纤率和扭弯比对CFRP布加固RC梁在弯-剪-扭复合受力作用下抗扭力学性能的影响。结果表明:1)采用CFRP布加固能够显著提高RC梁的峰值扭矩;2)随配纤率增加,RC梁损伤分布范围逐渐变大,CFRP布应变逐渐减小,梁整体峰值扭矩增大,但其增大幅度减小;3)随扭弯比增加,RC梁裂缝分布愈加集中,裂缝与水平方向夹角逐渐减小,梁整体峰值扭矩增大,CFRP布应变减小。建立的考虑弯-剪-扭复合受力作用的数值模拟方法可为后续研究复杂应力状态下CFRP布加固RC梁尺寸效应行为等奠定基础。

双层圆钢管混凝土长柱压扭滞回性能试验

为研究双层圆钢管混凝土长柱在压、扭荷载作用下的力学性能,利用研制的Stewart六自由度加载平台,进行了两个普通圆钢管混凝土长柱和两个双层圆钢管混凝土长柱试件在纯扭、压扭作用下的低周往复试验。对比分析了各试件的承载力、扭转变形、耗能、滞回性能,进行了有限元参数分析。研究表明:普通圆钢管混凝土长柱和双层圆钢管混凝土长柱均具有较好的抗扭能力;与普通圆钢管混凝土长柱相比,双层圆钢管混凝土长柱的初始刚度和承载力略有提升,滞回曲线更饱满,耗能能力和延性大幅提升;参数分析表明含钢率一定时,内层钢管径厚比越大,对抗扭越有利;一定范围内的轴向荷载,可提高钢管混凝土柱的抗扭能力。

水力脉动下抽水蓄能机组扭振特性辨识方法

提出一种基于水力脉动的抽水蓄能机组轴系扭振特性辨识方法,即采用应变测试技术获取随机性动态扭矩信号;设置触发阈值,将扭矩信号和阈值的交点及其后一定长度的样本点组成样本信号;对足够多样本平均后,信号中随机响应和正/负速度冲击响应被平均掉,剩余则为幅值冲击响应信号;用指数函数拟合冲击响应信号,从中得到扭振固有频率和阻尼。将该方法应用于某抽水蓄能机组扭振特性辨识。试验结果表明:25%负荷工况下水力脉动幅度较大,触发阈值对阻尼和频率辨识结果的影响较小;负荷升高后扭矩脉动幅度减小,触发阈值对频率识别值的影响较小,但会影响阻尼识别值;该方法无需施加扭矩激励,可以实现安装状态下扭振特性辨识,具有较强的工程应用价值。

SDTK1井钻铤接头二次上扣特性分析与井下等效冲击扭矩预测

基于8"(203.2mm)钻铤接头三维弹塑性有限元模型,分析复杂载荷条件下NC56钻铤接头内、外螺纹的受力特征和井下二次上扣特性,通过有限元分析,根据接头内、外螺纹台肩处相对偏移量计算井下等效冲击扭矩,形成井下等效冲击扭矩的预测模型,利用塔里木盆地GT1井井下实测结果验证该模型正确性,并应用于中国第1口超万米特深井——深地塔科1井(SDTK1井)。结果表明:复杂载荷作用下钻铤接头应力分布不均匀,台肩处和靠近台肩的螺纹牙处vonMises应力水平相对较高;对于按API(美国石油学会)标准上扣的203.2mm钻铤接头,当井下等效冲击扭矩超过65 kN·m时,钻铤接头的上扣预紧平衡被打破,钻铤接头发生二次上扣;随井下等效冲击扭矩的增大,内、外螺纹台肩处相对偏移量增加。SDTK1井井下存在较大冲击扭矩,井下载荷环境复杂,需要采用双台肩钻铤接头以提高接头的抗冲击扭矩能力或优化作业参数来降低井下冲击扭矩,从而有效防止钻具失效。

粘土中吸力锚基础的抗扭承载特性研究

文章对粘土中的吸力锚基础承受水平与扭矩组合荷载、垂直与扭矩组合荷载的性能展开了研究。首先通过数值模拟试验,验证了有限元模型的合理性。基于有限元建立了长径比为1的吸力锚基础模型,研究了水平荷载、竖直荷载和扭矩荷载组合作用下的吸力锚基础承载特性。结果表明:在扭矩荷载的作用下,吸力锚基础的水平和竖直承载性能均显著降低,随着水平荷载作用点的下降,吸力锚抵抗扭矩荷载的能力呈现出先增大后减小的趋势;在水平-竖直-扭矩荷载三者组合作用的情况下,随着扭矩荷载的增大,吸力锚极限承载力的下降趋势显著增大,随着荷载方向与水平面夹角增大,吸力锚抵抗扭矩荷载的能力呈现增大趋势。

CFRP布加固RC柱细观力学分析模型及抗扭分析

为了探究配纤率、截面形状、截面尺寸、轴压比对碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)加固钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)柱抗扭性能的影响,采用了可以同时考虑混凝土材料非均质性、钢筋与混凝土间黏结-滑移关系、CFRP布与混凝土间界面关系的细观力学分析方法。首先,建立了用于CFRP布加固RC柱抗扭性能分析的三维数值模型;进而,将基于该模型的数值模拟结果与试验结果对比,验证了模型中加载方式、外贴CFRP布方法的合理性及材料参数的准确性;最后,基于建立的细观力学分析模型,探讨了配纤率、截面形状、截面尺寸、轴压比对扭转作用下CFRP布加固RC柱破坏模式和力学性能的影响机制。分析结果表明:CFRP布加固RC柱抗扭承载力随配纤率增大而提高,但提高幅度随配纤率增大而降低;受到围压分布的影响,圆形截面的有效约束面积大于方形截面,使得CFRP布对圆柱的约束效果好于方柱;CFRP布加固RC柱的名义扭转强度存在尺寸效应;轴压比的增大使其抗扭承载力先增大后减小,在轴压比为0.4时达到最大值。进一步,采用叠加规范公式方法提出了FRP布加固RC构件抗扭承载力计算公式,与数值模拟结果对比发现,该公式可给出安全储备冗余度30.2%的设计值,可初步用于CFRP布加固RC柱抗扭承载力的安全设计。

钻杆纵-扭耦合振动的试验研究

提出了一种新型的钻杆纵-扭耦合振动模拟测试系统。基于该系统设计了单因素试验,研究了驱动转速、进给速度、钻头直径、岩样强度和钻杆刚度对钻杆振动的影响规律,并通过正交试验探究了以上各因素对钻杆振动的影响程度。单因素试验结果表明,随着转速的增加,纵向振动幅值先减小后增大,但扭转振动幅值逐渐减小;随着进给速度的增大,纵向振动幅值逐渐减小,但扭转振动的幅值逐渐增大;转速增加导致扭矩和钻压下降,而进给速度增加导致扭矩和钻压上升;采用小直径钻头,低强度岩样,低刚度钻杆均有助于减小钻杆纵向振动幅值,但均导致扭转振动幅值增加。正交试验结果表明,转速对纵向振动的影响程度最大,进给速度对扭转振动的影响程度最大。试验结果与已有钻杆纵-扭耦合振动两自由度模型的数值仿真结果基本吻合。

型钢混凝土T形梁纯扭及弯扭性能试验研究

为研究型钢混凝土T形梁在纯扭和弯扭作用下的受力性能,以翼缘宽度、型钢含钢率、配箍率、翼缘纵筋直径及弯扭比为变化参数,设计并完成12根型钢混凝土T形梁的纯扭、弯扭静载试验。观察了试件的破坏过程,获取了试件的扭矩-扭率全过程曲线、开裂扭矩和极限扭矩等特征参数,深入分析了纯扭、弯扭作用下不同变化参数对型钢混凝土T形梁抗扭性能的影响规律,揭示了其抗扭破坏机理。结果表明:T形截面梁和矩形截面梁的破坏形态基本一致,其中钢筋混凝土梁呈现为脆性破坏,型钢混凝土梁呈现为延性破坏;T形试件翼缘、型钢和混凝土之间存在相互约束作用,翼缘和型钢大幅增强了试件的抗扭强度和延性;试件翼缘的最优高宽比为2.33;随着型钢含钢率的增大,试件的抗扭强度和延性呈增大趋势,平均提升幅度分别为30.99%、101.14%;试件的极限扭矩随着弯扭比的增大而增大,平均提高了7.86%。最后,提出了型钢混凝土T形梁的开裂扭矩和极限扭矩计算方法,所得计算结果与试验结果吻合良好。

考虑尺寸效应影响的钢筋混凝土构件纯扭承载力计算方法

近年来,钢筋混凝土构件的抗扭设计问题受到了广泛关注,现行的设计规范是基于小尺寸试件的试验数据外推而来,并未考虑尺寸效应的影响,对大尺寸试件承载力预测值的安全度有待商榷。对比分析国内外规范中RC构件纯扭承载力计算方法公式,基于钢筋混凝土柱纯扭加载三维细观数值模拟结果,总结钢筋混凝土柱名义抗扭强度尺寸效应规律,建立可定量反映配箍率影响的名义抗扭强度尺寸效应律公式;通过引入尺寸效应系数αh建立考虑结构尺寸效应影响的钢筋混凝土构件纯扭承载力建议预测公式,并将αh分为3个区域,综合考虑结构设计的安全性和经济性,从而保证大尺寸试件承载力预测值的安全度;通过与90个试验数据的对比,证明修正公式能有效提高大尺寸试件承载力预测值的安全储备。

考虑尺寸效应影响的FRP筋混凝土构件纯扭承载力计算方法

纤维增强聚合物(FRP)筋作为非腐蚀材料替代钢筋已成为解决锈蚀问题的创新方案,被应用于预应力结构、海洋平台、沿海码头和长期处于浸蚀性化学环境的构件中。关于FRP筋混凝土构件的纯扭承载力设计方法只有加拿大规范CSA S806-12提出,且以借鉴现有的钢筋混凝土构件纯扭承载力计算公式的形式给出,考虑了FRP筋与钢筋间材料力学参数的区别。该文通过已验证了的三维细观数值模拟方法,研究了最大横截面宽度为1000 mm的FRP筋混凝土柱纯扭破坏行为,揭示了其名义抗扭强度尺寸效应规律。基于模拟数据,对比了现有的FRP筋混凝土构件纯扭承载力计算公式,并在中国规范GB 50010-2010关于钢筋混凝土构件纯扭承载力计算方法的基础上,提出了考虑尺寸效应影响的FRP筋混凝土构件纯扭承载力的计算方法。通过对比现有的试验数据,验证了所提公式的正确性和合理性。

谐波减速器集成式扭矩传感器的设计与测试

为实现协作机器人关节力控和提高集成度,提出一种集成于谐波减速器内部的扭矩传感器,以精确获取关节输出扭矩值,推动智能化控制的实现。采用有限元计算方法分析了谐波减速器柔轮底面应变与加载扭矩之间的规律;然后根据有限元分析的结果,考虑柔轮底面敏感栅在不同栅丝长度、栅丝间距和栅丝位置情况下,建立底面应变与扭矩变化皮尔逊相关系数的响应面模型,求解模型获得最优的敏感栅结构参数,确保该结构下集成式传感器具有最佳线性响应,结合惠斯通电桥原理设计扭矩传感器结构;最后,对集成式扭矩传感器进行标定和测试。结果表明:集成式扭矩传感器的灵敏度为0.249 mV/N·m,线性度为0.99974,迟滞误差为2.19%。施加0~70 N·m之间阶梯变化的负载扭矩并进行重复实验,集成式扭矩传感器相对于标准扭矩传感器均方根误差为0.89~0.98 N·m。施加在±70 N·m之间正弦变化的负载扭矩,均方根误差为0.96~1.05 N·m。该集成式扭矩传感器能够较为精准地感应负载扭矩,有助于实现协作机器人关节力控制,提升机器人系统的集成度。

基于同频弯扭耦合强迫振动的桥梁断面颤振导数识别方法改进

为拓展强迫振动法在桥梁断面颤振导数识别领域中的应用能力,采取让断面做2次同频异相的弯扭耦合简谐运动模式,理论推导出任意非零相位差条件下的桥梁断面颤振导数识别公式。以理想平板的Theodorsen解为气动力数据源,对该方法的识别能力进行数值验证,并在此基础上研究弯扭耦合运动相位差、高斯白噪声、整数倍频有色噪声对平板颤振导数识别结果的影响规律。基于Fluent软件,将该方法与计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)技术结合,识别得到丹麦大带东桥主梁断面的颤振导数。研究结果表明:当平板气动力不包含噪声时,在任意非零相位差取值条件下,按照该方法识别所得颤振导数结果与理论值完全吻合;当平板气动力含有高斯白噪声时,在考察的3个低水平噪声条件下(5%、10%、15%),颤振导数识别误差与高斯白噪声比例水平、折算风速均成正相关,但不同颤振导数对高斯白噪声敏感程度各异;当平板气动力包含整数倍频有色噪声时,3倍频、4倍频噪声对颤振导数的识别精度影响显著,其他低倍频噪声和超高倍频噪声的影响较小,在8个颤振导数的识别结果中,H_(2)^(*)、H_(4)^(*)、A_(2)^(*)、A_(4)^(*)对倍频有色噪声更敏感。应用该方法结合CFD数值模拟识别得到的大带东桥主梁颤振导数与既有文献结果吻合良好,经计算得到的颤振临界风速也较为接近。研究结果可满足同类桥梁颤振设计的工程计算需求。

压弯剪扭复合作用下灌浆套筒装配式RC墩的抗震性能

随着城市交通的快速发展,对其建设要求越来越高,城市桥梁主要为匝道桥、斜交桥等非规则桥梁.为得到压弯剪扭等复合地震作用下装配式墩的损伤机理和滞回特性,进行了灌浆套筒连接(Grouting Sleeve,GS)、灌浆套筒和钢管混凝土剪力键组合连接(Grouting Sleeve and Steel-tube,GSS)装配式墩和钢筋混凝土现浇(Reinforced Concrete,RC)墩等三种桥墩在压弯剪扭复合作用下的拟静力试验.结合现有混凝土结构设计规范计算剪扭相关曲线,并与试验结果进行对比,分析装配式墩复合荷载作用下的剪扭承载能力.结果表明:GS构件与RC构件以压弯扭破坏为主,而插入钢管剪力键的GSS构件则发生塑性铰上移,呈现出剪扭破坏的特征.GS构件和RC构件具有较好的弯曲耗能能力,增加钢管剪力键的GSS构件则可以提升抗弯承载力.装配式墩接头导致其整体性较弱,GS构件和GSS构件抗扭承载力小于RC构件.各构件在复合荷载作用下的剪扭相关关系接近规范中的1/4圆理论曲线,研究结果可以为灌浆套筒连接装配式墩在压弯剪扭复合作用下的抗震性能分析提供参考.

磁聚焦式扭矩传感器激励线圈控制策略研究

为测量旋转轴不同工况下的扭矩,提出了一种基于磁聚焦式扭矩传感器的激励线圈控制策略。该控制策略以控制传感器稳定输出幅值为2 mV电信号为目标,将感应电压数学模型和正交试验法相结合,对各个工况下的激励线圈控制策略进行设计,并利用MATLAB和COMSOL软件对各控制策略进行理论计算和有限元仿真验证。为模拟传感器在台架实验中得到的带噪声信号,对仿真得到的输出电信号添加高斯白噪声,利用MATLAB仿真软件对带噪声信号进行滤波优化。仿真结果表明:该控制策略能够使传感器在旋转轴的不同工况下,稳定输出幅值为2 mV的类正弦电压信号,验证了其可行性。

单轴对称截面轴压构件弯扭失稳换算长细比的一般计算式

单轴对称截面轴压构件弯扭失稳的换算长细比是计算其极限荷载的重要参数。基于单轴对称截面轴压构件弯扭失稳的平衡微分方程,采用Galerkin法推导了4种边界约束条件弯扭失稳临界荷载的一元二次方程,并进一步得到了基于荷载比、双长细比的弯扭失稳换算长细比理论式。基于理论式,分别对比了我国现行标准GB 50017—2017中双角钢组合T形截面轴压构件扭转失稳、弯扭失稳的换算长细比,揭示了其中存在的问题;提出了新的双角钢组合T形截面轴压构件扭转失稳、弯扭失稳换算长细比的计算式,并与理论式的计算结果进行对比。结果表明,对于不同边界约束条件的轴压构件,其弯扭失稳临界荷载或换算长细比的形式不尽相同;相较于GB 50017—2017中的公式,所建议的双角钢组合T形截面轴压构件扭转失稳、弯扭失稳的换算长细比具有更高的精度,且适用于4种边界约束条件和115个等边双角钢组合T形截面、71个长肢相并的不等边双角钢组合T形截面和71个短肢相并的不等边双角钢组合T形截面。