岩层结构运动演化数控机械模拟试验系统研制及应用

针对以往物理相似材料模拟中不能满足部分试验及工程需要的缺陷,研制新型的岩层结构运动演化数控机械模拟试验系统。详细介绍该试验系统研制的原理、主要结构和功能特点。通过室内试验验证,该系统具有操作方便、自动化程度高、试验过程稳定、数据精度较高、材料拆卸安装方便及重复性好等特点。数控机械模拟试验系统克服相似材料模拟试验存在的铺设麻烦、成型技术与成型质量难以控制、试验周期较长、材料不能重复使用、模型容易受外界因素影响等缺点。该试验系统可以直观展现采动覆岩结构形变演化特征、上覆岩层破裂突变与应力场之间的对应关系以及煤柱上方弹性变形能聚集与释放规律。

长距离井下循环模拟试验装置控制系统的设计

介绍了长距离井下循环模拟试验装置的结构,设计了长距离井下距离循环模拟试验装置控制系统。控制系统由硬件、软件两部分组成。分析了控制系统的输入和输出,并给出了具体的硬件和软件设计。硬件包括控制单元、执行单元、人机接口,软件包括可编程序控制器程序、人机界面程序。

高空模拟试车台进气系统负温试验的温度压力耦合特性分析

针对高空模拟试车台进气系统负温试验过程中的温度压力耦合难题,利用耦合参与矩阵与线性变参数模型的方法,对系统的耦合特性进行了定量分析与总结。首先,通过耦合参与矩阵对系统线性化后的单个平衡点进行耦合特性分析,并通过仿真对比系统阶跃响应以验证方法的有效性。其次,在此基础上,利用线性变参数方法对负温试验任务下的耦合特性进行仿真、分析和总结系统的耦合特性,为后续基于耦合分析的控制设计奠定了工程理论基础。

峨汉高速隧道排水系统结晶规律室内模拟试验

【目的】为探索隧道排水系统在地下水渗流作用下排水管道内结晶堵塞分布规律,提出峨汉高速隧道排水系统结晶规律室内模拟试验。【方法】依托峨汉高速廖山隧道工程,建立1∶5隧道排水系统室内模拟试验,同时结合现场取样地下水分析结果配置相同离子成分的试验溶液开展室内试验。【结果】结晶堆垛方式主要是大量堆垛,属于同分异构晶体类型,主要成分为方解石型碳酸钙;随着水流量增加,结晶量提高,结晶速率越快,其中横向排水出口的266.8 mL/s水流量工况下的累积结晶总量最高;缓和的排水管坡度有利于隧道排水管道内结晶物的生成;排水管接头处结晶总量(30%)>横向排水出口(27%)>横向排水管(19%)>纵向排水管(15.2%)>环向排水管(8.3%),隧道排水系统中结晶堵塞的关键位置是排水系统接口处和横向排水管出口处。【结论】研究有效分析出了排水管道内结晶堵塞分布规律,对保障隧道排水系统通畅有效运行具有重要意义。

结合转向系统电气控制的道路模拟台架试验技术研究

为解决道路模拟试验中无法验证转向电控系统的问题,基于汽车道路模拟耐久性试验技术和汽车总线通信原理,提出了一种转向系统道路模拟台架试验方案进行转向系统的精确验证。首先在道路模拟试验台架中搭建转向系统的控制电路,然后使用总线工具软件按照时间顺序输出转向系统控制器控制信号至转向系统,最后,通过转向系统应变和转向盘力矩信号进行试验方案有效性验证。结果表明,该方法可在传统台架有效启动电动助力转向(EPS)系统的转向助力功能。

观测系统模拟试验(OSSE)及其在海洋气象中的应用

与陆地相比,广阔的海洋上常规气象观测相对稀疏,且海上观测成本较高,制约了海洋气象学科的发展。如何利用有限的资源,合理选择观测种类并进行观测布局,以提高海洋气象监测能力和预报准确度,是海洋气象学的重要研究内容之一。目标观测的方法可以识别敏感区,主要用于区域高影响天气的研究中。观测系统模拟试验(OSSE)采用模式模拟的观测,能显著节省观测成本,并且可用于全球和区域的观测布局策略研究。本文对OSSE进行了详细介绍,总结了近年来国内外在OSSE上取得的进展,并对未来的发展方向进行了展望,重点论述三个方面:OSSE的验证、校正方法及之前的使用误区;在海洋气象方向有较大发展潜力的新观测手段和观测策略的评估;耦合OSSE的发展和强耦合同化技术为OSSE研究带来的新机遇。

应用于四通道轮胎耦合道路模拟试验的汽车部件控制系统研究

目前的四通道轮胎耦合道路模拟试验系统常用于针对车辆的耐久性、平顺性以及NVH性能进行研究和开发。文章研究一种应用于四通道轮胎耦合道路模拟试验的汽车部件控制系统,可以在辅助四通道轮胎耦合道路模拟试验过程中进行相应需求的零部件状态控制,模拟更为真实的驾驶状态,也可以在试验中及试验后进行相应的数据监测和故障诊断,能为客户提供可靠的数据支持。

盾尾密封系统防水失效特性试验与模拟分析

盾尾密封系统的防水密封性能是影响盾构施工安全的重要因素,为分析其防水失效特性,设计了盾尾密封系统室内模型试验,并基于计算流体力学建立了对应的盾尾密封系统仿真模型。分析了在外部水压侵入过程中水油两相流体的体积分布、压力场和速度场变化,探究了盾尾结构参数、尾刷参数、油脂参数对密封性能的影响规律。结果表明:增加盾尾刷道数可有效提升防水能力;在防水失效过程中,在盾尾刷处出现流速的峰值点,流速的扩展分布与水侵入的体积分布具有一致性;盾尾刷渗透率、油脂粘度是影响初始漏水时间的敏感性因素;通过减小盾尾刷渗透率、增大油脂粘度,可有效延迟初始漏水时间,提升盾尾密封系统防水能力。

定向区域注浆三维模拟试验系统研制及应用

定向区域注浆改造含水层是矿井水害防治的有效途径之一。为研究定向区域注浆浆液扩散规律,自主研制了定向区域注浆三维模拟试验系统。该系统主要由试验台、注浆系统、注水系统及数据监测等子系统组成,可实现定向钻孔注浆模拟、浆液三维扩散模拟、高承压水模拟和区域化注浆模拟等功能。系统可独立控制注浆孔单元,实现多孔、多序次注浆,借助6个注浆孔模拟不同注浆压力、浆液黏度、注浆速率、水灰比等多种参数影响下的浆液流动过程,并可实现动/静(高)水压环境下浆液扩散过程的实时监测。以200、250、300 mm模拟裸孔长度为研究对象,初步探究了定向注浆作用下裸孔注浆浆液扩散的特征及其效果。研究发现:在仅有裸孔长度为变量的情况下,浆液扩散范围不会随裸孔长度的线性增加而同步线性增加;短裸孔的浆液结石体呈现以钻探裸孔为轴心的圆柱状,长裸孔的浆液结石体呈现以钻探裸孔为轴心的圆台状;裸孔增加相同的长度,裸孔越长,浆液在裸孔两端的扩散范围差值越大,同时压力损失越多,浆液扩散的距离越小。将试验所得浆液扩散半径与Maag公式计算所得浆液扩散半径进行对比,发现注浆裸孔长度为200 mm时,两数值仅相差2.8%,试验结果符合Maag球形扩散理论规律,验证了本试验系统的科学性与合理性。

煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统研制与试验验证

断层滑移型冲击地压是煤矿冲击地压的主要类型,目前对其发生全过程缺乏系统研究,其机理与防控仍是根本难题。为实现断层滑移型冲击地压的试验模拟,研制了煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统,开发了低强高脆相似模拟材料,制备了包含断层与巷道的大尺寸相似模型,开展了一系列验证试验,实现了巷道冲击破坏模拟与断层剪切滑移模拟。煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统具备三向六面加载功能,竖向加载能力为20 MPa,模型尺寸为1.50 m×0.75 m×0.75 m;主体框架创新采用键板连接,确保了主体框架的高刚度;发明了蜂窝加载壳结构,实现了密集油缸群加载,能够满足断层滑移型冲击地压试验模拟的要求。开发了适用于断层滑移型冲击地压模拟的相似材料,材料以水玻璃为胶结物、以氟硅酸钠为固化剂、以滑石粉为骨料,单轴抗压强度介于3.44~7.81 MPa,冲击能指数为9.2,弹性能指数为8.83,兼具低强高脆特性。基于试验系统和低强高脆材料实现了静载巷道冲击破坏模拟,验证了低强高脆相似材料模拟巷道冲击破坏的可行性,获得了巷道极限平衡状态的加载条件,巷道帮部连续片落为巷道冲击破坏的显著前兆特征。实现了粗糙锯齿断层的剪切滑移模拟,证实粗糙断层剪切滑移会对巷道形成动载扰动,获得了断层剪切滑移的合理加载方式,采用动区顶部先加载、底部后卸载的方式能够实现断层的瞬间滑移,并能消除对静区应力状态的影响。

机械转动惯量电模拟系统设计与试验

分析了传统带有惯性飞轮的制动试验台的特点,阐述了电模拟系统的工作原理,建立了机械转动惯量电模拟系统的动力学模型,具体分析了以该模型为基础进行试验的实现过程,利用试验手段验证了电模拟系统的可行性。

单面卸载条件下深埋圆形洞室围岩岩爆的试验模拟研究

为深入研究深部洞室开挖诱发邻近既有洞室围岩岩爆的发生过程和机制,采用真三轴电液伺服诱变试验系统对具有强岩爆倾向性的花岗岩开展试验研究,模拟500 m的三维应力状态。通过卸载洞室围岩单侧荷载模拟邻近洞室开挖,在围岩应力重分布作用下最终诱发岩爆,试验中借助监测设备实时观测洞壁的破坏现象。试验结果表明:(1)在单面卸载条件下,岩爆过程可分为6个阶段,即卸载后的应力重分布、准备期、第1轮岩屑弹射和剥落、平静期、第2轮岩屑弹射和剥落、剧烈破坏;(2)在卸荷作用的影响下,洞壁岩爆呈现出明显的时空特征和非对称性,表现为卸荷后洞室顶底部率先出现明显裂纹,在随后的持续加载过程中,远离卸载面一侧发生剧烈岩爆并形成沿轴向贯通的V型槽;(3)基于定义的滞后效应系数可知,与三向加载岩爆相比,单面卸载下的洞室岩爆具有更强的突然性,且极易导致洞室的整体垮塌。为预防该类型岩爆,邻近洞室开挖时应及时对既有洞室远离卸载面一侧进行支护和加固处理。

汽车同步器试验系统机械惯量电模拟研究与实现

本文针对采用惯量电模拟技术的汽车同步器试验系统研制,研究了汽车台架试验系统中机械惯量电模拟方法及其技术上的特点,并通过探讨同步器试验系统设计中实施的关键技术与解决办法,对采用复合控制方法构建控制系统进行了分析。在此基础上,阐述了汽车同步器试验系统的构成与控制方案的实现及系统成功投入实际运行后的试验结果。

离合器试验系统机械惯量电模拟控制方法研究

为解决传统离合器性能试验系统中机械惯性飞轮组重量大、调整困难及存在惯量级差等问题,将机械惯量电模拟技术引入离合器试验系统。通过分析汽车行驶过程中受力情况,建立了离合器动力学模型,并结合离合器试验系统特点,提出了转矩反馈转速闭环控制的机械惯量电模拟控制方法,并在离合器试验系统中实现,与传统机械惯性飞轮组模拟的不同路况条件下离合器起步对比试验。试验结果表明:该控制方法能够较为准确地模拟离合器起步过程中转速、转矩变化特点。

动载扰动巷道再现冲击地压模拟试验研究

为解决巷道冲击地压模拟试验难以再现的问题,研发了一套简便的动载扰动巷道冲击地压模拟试验系统和相应的低强度类煤岩模拟材料,并开展了验证性试验。试验结果表明:系统成功在实验室再现冲击地压,且操作简单便捷,动静载施加灵活,模型材料满足需求;借助多源信息监测系统,实现了动载扰动下巷道冲击地压的全过程模拟与监测。研发的低强度类煤岩材料,以模型石膏粉、GRG石膏粉、水解树脂与水为主要原料,强度控制在6~9 MPa,制样与试验周期缩短至21 d。静态加载过程中的围岩应变与声发射信号互相吻合,能够反映模型试样经历的压密、弹性变形与微破裂发展等阶段;动载扰动对巷道围岩的变形破坏影响存在方向性,顶板的变形响应最为显著,在巷道周向产生较大的应变振荡与塑性弯曲变形,但冲击显现主要发生在巷道两帮,两次动载扰动在巷道同一区域均成功诱发了巷道的冲击地压现象,且第2次动载扰动引发的冲击显现程度趋于强烈,揭示了动载扰动对冲击发生的影响作用。研究结果表明该试验系统与模型材料稳定可靠,能够较好地模拟动载扰动下巷道的冲击失稳过程,可为研究巷道动静载组合致冲机理、动载扰动巷道的支护防控机制等提供参考。

高空台液压加载系统试验智能运行技术研究

为了满足航空发动机高空模拟试验智能化需求,以高空台液压加载系统为研究对象,研究其试验智能运行的关键技术。通过深入分析液压加载系统设备组成及试验智能化存在的传感器数据利用不充分、控制精度不高和数据可视化展示不直观等问题,提出基于层次分析法的数据分组关联架构,设计数据融合架构对传感器数据进行预处理并对数据进行数据层、特征层和决策层融合。针对控制精度不高且须满足快速性的要求,提出一种基于设备特性与加载谱的智能复合控制框架用于智能化控制。针对液压加载系统子设备众多且易发生故障并存在性能退化的问题,提出基于深度学习的故障诊断方法与基于支持向量机的健康预测方法。同时,提出一种基于WebGL框架下的液压加载系统工艺流程可视化展示方法并建立了三维可视化模型,实现液压加载系统动态模拟的运行状态显示。

基于PFC的全长灌浆锚固系统渐进失效过程模拟

随着岩土锚固技术的飞速发展,锚固系统的变形破坏机理仍是当前的热点问题。鉴于PFC软件在模拟岩土体裂隙发育、扩展、失稳等非连续现象方面具有较明显的优越性,文章基于PFC5.0软件建立了全长灌浆锚固系统颗粒流计算分析模型,并根据室内试验和现场拉拔试验结果对模型细观参数进行了标定,从位移场演化规律、应力场演化规律、裂隙扩展规律、组构变化规律以及能量变化等5个方面,系统地总结了全长灌浆锚固系统在拉拔荷载作用下的渐进失效特征。研究表明:PFC能够很好地应用于全长灌浆锚固系统等离散介质的模拟分析中,锚固系统内的位移场、应力场、裂隙、组构及能量等的变化规律均能反映其承载性能状况。

寒区隧道施工期空气幕保温系统现场试验研究

当隧道内气温低于5℃时,混凝土的硬化速度会减缓,进而影响工程质量。本文以京兰高速铁路(北京—兰州)在建尚山隧道工程为依托,首先通过现场试验对比了搭建防寒门、搭建防寒门+生炉子和搭建空气幕保温系统三种措施下洞内浇筑混凝土处气温的变化情况,然后通过数值模拟分析风幕机的射流风速、射流温度对洞内浇筑混凝土处气温的影响。结果表明:搭建防寒门保温时洞口风速3.21 m/s、气温-12.68℃条件下洞内浇筑混凝土处气温开始降至5℃以下,搭建防寒门+生炉子保温时洞口风速5.36 m/s、气温-19.13℃条件下洞内浇筑混凝土处气温开始降至5℃以下,均须联合采用其他保温措施;洞口最大风速4.56 m/s、最低气温-15.83℃条件下,搭建空气幕保温系统后洞内浇筑混凝土处气温为7.36℃;适当增加风幕机的射流风速或增加射流温度均可以提高洞内气温,为了降低系统运行能耗,建议适当增加风幕机的射流风速。

内燃机车制动机模拟试验台的研制与应用

机车制动系统的工作状态直接影响列车的运行安全,如发生故障,直接影响列车的运行,且极易造成严重的行车事故,给企业带来巨大的经济损失。机车制动系统布局的空间狭小,故障点隐蔽性强且原因复杂,处理难度较大,为提高空气制动系统故障处理能力、解决职工培训问题,研制一种适用于内燃机车制动机模拟试验台十分必要。东风4DD内燃机车制动机模拟试验台采用阀座集成、制动机噪声处理、交互式教学动画制作等技术,实现实物模拟内燃机车制动机的各项动作试验、模拟设置制动系统类故障处理、动漫直观教学等,提高机车司机、检修人员处理临时故障的应急能力,保证机车安全,提高运用效率。

防毒面具检测系统试验舱二氧化硫扩散数值模拟

为提高防毒面具检测系统试验舱对防毒面具整体防护性能的检测效果,采用Fluent软件对二氧化硫(SO_(2))气体在试验舱内的扩散情况和运动规律进行模拟分析,探究进气孔高度、净化装置位置等因素对SO_(2)在试验舱内部空间扩散的影响,并通过SO_(2)试验验证Fluent模拟结果。研究结果表明:试验舱的进气孔位置对SO_(2)的扩散影响较大,排气孔的尾气净化装置的阻力对SO_(2)扩散均匀的时间影响较大;SO_(2)试验验证结果与模拟结果吻合度高,表明所研究的试验舱可有效用于防毒面具整体防护性能的检测。研究结果可为防毒面具整体防护性能检测系统试验舱的结构优化和防毒面具的检测提供参考与借鉴。