基于并行计算的通风网络角联结构识别分析

提出了基于并行思想的角联结构自动识别的数学模型及算法,利用PC组成局域网并行集群系统,采用Linux操作系统和消息传递接口MPI作为并行编程环境,对矿井通风网络的角联结构的识别问题进行了分析.实验数据表明,随着节点数的增加,执行时间得到了大幅度降低.

矿井风速故障源诊断及角联结构传感器布设

煤矿井下监控系统测量的风速数据并不能用来判断故障源位置,只能反映风速传感器所在巷道的风量变化情况。引起井下风速变化的原因很多,如巷道冒落、巷道堵塞、巷道变形等,从整个通风网络角度考虑,都可以归结为分支的风阻发生变化。由于井下通风网络中任一分支风阻的变化都可能引起自身及其他相关分支风量变化。提出用逐步线性回归分析法,确定引起通风系统风速传感器报警的分支集合。建立了逐步线性回归分析的通风系统故障源诊断数学模型。通过具体实例给出了风速传感器安设在不同位置下,可能引起此分支风速超限的故障巷道集合的结果。分析了关联分支的风阻变化对角联分支的影响,从而确定选择那些对角联分支影响大且自身风量容易发生变化的巷道安设风速传感器。

广义角联结构研究

研究复杂网络由两部分内容,一是研究角联风路及其影响角联风路的关联风路的性质和稳定性;二是研究复杂网络中那些风路是角联风路以及影响角联风路的关联风路,即所谓的角联结构。文章论述了基于有向图的通路法集合算法不能够确定网络的全部角联结构,提出了确定网络全部角联结构的基于无向图的路径集合算法。得出了角联风路仅取决于网络的拓扑关系,而与通风系统参数无关的结论,从图论的角度给出了角联风路的广义定义。

针对矿井中复杂角联结构的计算机解算

矿井中的管道结构复杂多样,角联结构普遍存在于矿井之中,解算起来复杂且耗时。通过对矿井角联结构通风解算理论的研究,设计出以JAVA和MATLAB为开发工具的矿井角联结构的通风解算应用程序,使解算过程更加精准、快捷,实用性更强,同时使得角联结构的可视化大大增强。角联结构结算软件可以快速地计算出角联结构中各巷道的风向与风量,同时实现在基础角联结构上添加节点与巷道的功能。该软件以实际矿井中的某个角联结构的数据作为解算数据,解算结果符合预期。在实际应用中,对于矿井管理人员不仅可以实现对矿井的监控,增加安全系数,还能够大大降低成本。软件在操作简单的基础上简化了运算量,提高了效率。

深角联芳纶1414织物复合材料拉伸性能研究

为了提高复合材料的整体性,采用混纱-薄膜浸渍技术,结合正交试验设计优化的热压工艺,制备了单片和4片层合的三维深角联芳纶1414/PA6复合材料。测试分析了含胶量、铺层方式等因素对复合材料拉伸性能的影响。结果表明:三维深角联芳纶1414/PA6复合材料最优热压工艺为225℃、5 min、4 MPa;含胶量为32%时,材料经向断裂强度最高;含胶量为38%时,材料纬向断裂强度最高;铺层方式均为0°时,材料纬向断裂强度最高;铺层方式均为0°/90°时,材料断裂强度最低。

碳/环氧3D角联锁结构复合材料压缩性能的实验研究

碳/环氧3D层-层正交角联锁结构复合材料是很有应用潜力的材料,然而,到目前为止,这种材料的力学性能数据较少,影响了其可靠性的评估。本研究通过测试四种不同结构的角联锁结构复合材料的压缩性能,客观地评价了结构与压缩性能的关系。实验结果和分析表明:四种结构的复合材料在相互垂直的经向和纬向均具有较高的压缩强度和压缩模量;经纱密度大的结构其经向压缩强度也大,同样,纬纱密度大的结构其纬向压缩强度也大;呈伸直状态的衬纱对提高其所在方向的压缩模量贡献很大。

角联锁结构中经纬纱排列的数字表达及其规律

为简便快速地设计复杂的角联锁结构,对该结构进行描述与分析,发现其经纱浮沉存在一定的规律性,即只需给出第1根经纱在每列纬纱中的纬浮点个数就可获得其结构图。利用此规律,提出一种简单有效的方法设计不同的角联锁结构。这种方法是通过数字排列来设计多层角联锁结构示意图。并分析了其需满足的基本条件,进而得出n层实口角联锁有2n-2种设计方法。在实口角联锁结构设计方法的基础上,得到空口角联锁结构与共纬角联锁结构的设计方法。实践证明,这种方法借助于CAD绘图软件使复杂的角联锁结构设计变得简单快捷。

带衬纬的三维角联锁结构复合材料弹性性能分析

基于对带衬纬的三维角联锁结构复合材料细观结构的观察,建立了全新的几何分析模型,并运用取向平均理论和组合力学分析模型,对各个模型不同方向的弹性模量进行了预测,与实际测量实验样本5个方向上的弹性模量相比较,表明模型的理论预测值与实测值之间总体趋势相同,其中组合模型的预测结果更接近实测值．文中还验证了带衬纬的三维角联锁结构复合材料的拉伸弹性模量具有明显的正交各向异性的特点．

三维角联锁结构复合材料的力学模型

基于等应力、等应变和文中提出的其它3个不同的组合力学模型,采用取向平均法,对4种不同结构的三维角联锁结构复合材料的工程弹性模量进行了预测。理论预测与实测结果的对比表明,组合力学模型更适用于预测三维角联锁结构复合材料的工程弹性模量;一种组合力学模型适用于预测一种三维角联锁结构复合材料的工程弹性模量,而且即使对同一种角联锁结构材料而言,沿不同方向的工程弹性模量也应选用不同的组合力学模型来预测。

三维角联锁结构复合材料弹性性能的细观设计探讨

基于对三维角联锁结构复合材料真实细观结构的图像分析,建立了几何分析模型,在该模型中假设经纱的横截面呈矩形,纬纱的横截面呈凸透镜形,并运用刚度平均原理,推导出了以角联锁结构复合材料预制件的7个宏观设计参数和纤维、树脂的弹性性能指标为参数变量的弹性性能计算公式,在此基础上编制了能提供三种选择的计算机预测软件,即选择组织结构、力学模型和任意一个偏轴角,从而初步实现了角联锁结构复合材料弹性性能的细观设计。实验结果表明,依据本研究提出的几何分析模型并采用刚度平均理论预测的等效工程弹性常数与实际测得的值之间总体趋势相同,数据基本相符。

三维角联锁结构复合材料等效弹性性能有限元分析

在复合材料承载时变形协调的前提下,采用CAD软件绘制三维织物单元体几何模型,然后导入结构分析有限元软件包,对工程中常用的带衬经三维角联锁结构复合材料的弹性性能进行分析,并将0°和90°方向弹性性能预测值及实验值与取向平均法预测值进行比较。结果表明,采用的有限元方法所得预测值及实验值与取向平均法预测值之间具有很好的一致性。

角联锁结构三维织物的设计

论述正则角联锁和空口角联锁结构三维组织织物的设计方法与上机要点。通过分析不带衬垫纱和带衬垫纱两种结构贯穿的方式、构成参数的计算、组织图与上机图的特点以及角联锁结构三维组织织物织造时的特殊问题,指出:设计时还需合理选择纱线线密度和筘号、合理设计上机张力、正确选择织轴数量,可确保利用二维织机织造三维织物。

共纬角联锁结构关系式的探讨

角联锁织物复合材料是三维复合材料的一种。在角联锁结构中有两个系统纱线,其中一个纱线系统沿着厚度方向与另一纱线系统屈曲交织,可形成稳定的结构,且结构改变灵活能够满足多种力学性能的需要,有良好的应用前景。文章简述了三维机织复合材料的发展与应用,以角联锁复合材料预成型件作为研究目标,研究几种不同结构角联锁组织结构,分析空口与共纬角联锁结构的形成过程,推导共纬最大值与非最大值角联锁结构相应关系式,得出一个适用于实口与共纬角联锁结构的通式。对共纬角联锁织物结构设计具有参考意义。

机织三维角联锁结构织物复合板材的制备与力学性能研究

利用真空辅助成型工艺,将机织三维角联锁结构织物与树脂结合制备机织三维角联锁结构织物复合板材。测试不同单位体积纤维含量和不同织物层数的机织三维角联锁结构织物复合板材的力学性能,并与纤维随机分布的复合板材进行比较。研究表明:机织三维角联锁结构织物复合板材的力学性能高于相同单位体积纤维含量的纤维随机分布的复合板材,且当单位体积纤维含量在55.37%时,机织三维角联锁结构织物复合板材的力学性能最佳;对于单位体积纤维含量一定的机织三维角联锁结构织物复合板材,随着织物层数的增加,其力学性能提高。

基于改进节点位置法的角联风路识别

通过对节点位置法的深入研究和大量的编程实践,发现原节点位置法算法不够完整,经常出现错误识别的现象,对此提出了改进方法,并给出了完整的程序框图。应用改进节点位置法后发现,对于同一规模的通风网络,原节点位置法误识别率高达39.8%,改进后的节点位置法误识别率为0。改进节点位置法能够快速准确地识别角联风路,可以广泛应用于矿井通风系统可靠性与稳定性分析。

角联锁机织复合材料的面内高速冲击破坏过程

制备层层结接角联锁机织复合材料。采用高速摄影方法采集冲击加载瞬间复合材料面内变形、裂纹扩展和渐进破坏细节,并将高速破坏帧图与应力-应变曲线的每个阶段对应。实验研究表明:面内冲击加载下的角联锁机织复合材料在达到其最大应力后将经历应力快速衰退(裂纹扩展与演化关键阶段)和应力缓慢衰退(持续破坏阶段)两个阶段。相比于面内经向受载,面内纬向受载时复合材料具有更高的模量和强度。且经向和纬向具有明显不同的高速破坏过程:经向受载时,层间裂纹沿着经纱屈曲路径扩展,迅速形成遍布材料厚度方向的多条剪切带而导致材料彻底碎裂;纬向受载时,层间裂纹只在面内方向演进,始终未能突破厚度方向上的经纱束缚,具有较强的抗冲击分层效果。

不同结构厚截面三维机织碳纤维复合材料的弯曲性能对比

为准确分析不同结构厚截面复合材料不同方向上的弯曲性能差异,通过设计织造三向正交、浅交直联、浅交弯联3种典型机织结构的厚截面碳纤维三维机织物,并采用真空辅助树脂成型工艺制备了近似纤维体积含量的碳纤维复合材料板,对其进行了XYZ方向的弯曲实验。结果表明:三向正交结构由于内部纤维束近似平直,碳纤维束自身性能得到最大利用,对应复合材料经向弯曲强度最好;浅交直联结构复合材料的Z经和Z纬弯曲强度累加值最大,其厚度截面上的综合弯曲性能最好,且其他各方向的弯曲强度较为均衡;浅交弯联结构内部纱线交织摩擦损伤严重,且经纱屈曲程度最大,对应复合材料经纬向弯曲性能均为最差。

多层机织结构预成型体防弹性能研究

防弹复合材料通常由层压板复合而成,但其层间力学性能较差,存在不均匀性、各向异性等问题。而纺织结构复合材料中纤维束排列稳定,在冲击损伤容限和能量吸收方面存在可设计性以及增强结构的广泛性。以高强聚乙烯纤维为原料,采用改进后的3D机织工艺对比3D正交结构和3D角联锁结构的防弹性能,并对试验结果做出分析,为防弹性能的工程应用提供理论指导。

多层机织预成型体结构及力学性能研究

三维机织预成型体具有良好的层间力学性能、结构稳定性和可设计性,可实现多层整体织造,满足高厚一体化的使用要求,已在航天器天线罩性能测试用随炉试样、战术导弹空气舵等结构功能一体化部件上应用。目前,随着我国武器型号的升级换代和更高的性能要求,对其面内±45°方向和经向力学性能提出了进一步强化的指标要求。对几种典型角联锁机织结构及其力学性能做了对比分析,研究了其发展现状,为多层角联锁机织预成型体的应用研究提供理论参考。

矿井通风自动控制系统研究与开发

使用PVC管搭建小体积矿井模型,根据监测监控理论,开发了矿井通风自动控制系统。解决了通风实验需要挖掘大面积地下巷道这一工程,大大节省了成本。将压差传感器和风速传感器以及风门执行器布置于模型适当位置,利用计算机控制技术实现了通风参数的信号采集以及可控风门的自动控制等功能。模型调试完成后,完成了矿井通风阻力测试、网络解算验证、通风网络调节以及角联结构分析等实验。采用Visual Basic编写的上位机软件,通过CAN-BUS总线采集压差和风速的模拟信号并输出风门角度控制模拟信号,实验取得了良好的效果。该系统的完成对于模拟实验以及矿井通风智能诊断研究具有极其重要的意义。