双级磁悬浮超静载荷平台建模与指向控制研究

随着遥感成像卫星对地观测分辨率的不断提升,光学载荷对于载荷平台的指向精度、稳定度和隔振性能提出了越来越高的要求。提出一种双级磁悬浮超静载荷平台技术方案,建立了其两级三体多自由度动力学模型,提出并设计了双级磁悬浮指向隔振控制方法,并进行了动力学与控制仿真验证。结果表明:相比传统的主被动隔振平台和单级磁悬浮超静平台,双级磁悬浮超静载荷平台的指向、隔振性能更优。

基于剪切应变特征的饱和珊瑚砂超静孔压发展模型试验研究

利用空心圆柱扭剪仪,针对南沙岛礁饱和珊瑚砂试样进行了一系列不排水循环扭剪试验,以探究细粒含量FC、相对密度D_(r)及循环应力比CSR对饱和珊瑚砂超静孔压比R_(u)增长特性的影响。试验结果表明:R_(u)-N曲线发展速率随FC及CSR的增大而增大,随D_(r)的增大而减小;饱和珊瑚砂的R_(u)-N曲线发展速率明显超出了陆域石英砂,传统的Seed孔压模型对珊瑚砂孔压发展规律的表征不完全适用。相同的FC和D_(r)下,不同CSR作用下的珊瑚砂R_(u)与剪应变幅值γ_(a)具有唯一性关系。建立了基于剪应变特征的孔压发展预测模型,分析表明,孔压模型参数A为土性相关的常数,密度修正的孔压模型参数的B/(D_(r))^(1.5)与等效骨架孔隙比e_(sk)^(*)具有单一的负幂函数关系。

不同循环应力路径下饱和珊瑚砂超静孔压增长的改进应力模型

为探究复杂循环加载下不同相对密实度D_(r)的珊瑚砂超静孔压u_(e)增长特性,利用GDS空心圆柱扭剪仪对饱和珊瑚砂进行了系列循环应力主轴90°跳转的均等固结不排水循环剪切试验。试验表明,循环应力路径、应力水平和D_(r)显著影响饱和珊瑚砂u_(e)增长模式;建立了适用于不同D_(r)和循环加载模式的超静孔压比r_(u)表达式,引入单元体循环应力比USR作为表征复杂循环应力路径的应力指标,给出了模型参数λ_(1)和θ基于USR和D_(r)的表达式。所建立的r_(u)表达式对复杂循环加载模式下不同D_(r)的饱和珊瑚砂r_(u)增长有较好的预测效果。文献中不同类型砂的试验数据独立验证了所建立的r_(u)表达式的适用性。

非饱和黏性土中盾构施工引起超静孔压简易算法

盾构掘进在施工期产生的超静孔隙水压力对开挖面稳定性、工后沉降以及衬砌管片等隧道结构的受力特性具有重要影响,现有研究较少考虑土体饱和度的影响。基于弹性理论和非饱和土孔隙水压力理论,考虑饱和度对剪切模量的影响,建立了一种简单可靠的算法,可用于快速评估非饱和黏性土场地盾构施工引起的超静孔隙水压力分布。对比发现,该方法在超静孔压量级和分布规律上与现场实测和有限元方法结果均具有较好的一致性。进一步的参数分析结果表明:在隧道上方和下方分别产生负的和正的超静孔隙压力;不同饱和度下超静孔压幅值有较大区别,随着土体的饱和度降低,超静孔压呈降低趋势,降幅呈现先快速后减慢的变化趋势;土体固结程度对超静孔压分布有较大影响,随着土体超固结程度增加,负超静孔压分布的范围增大;埋深比、间隙参数g和泊松比ν等因素下超静孔压分布规律相似,超静孔压幅值则有较大区别。

黏土在渗水压固结中的超静孔压消散试验研究

渗透力作用普遍存在于水库土石坝、黏土铺盖、土质边坡等岩土工程中,其诱发的固结分析是研究热点,但固结过程中的超静孔压测试试验较少。现采用研制的装置,对经固结压力固结的黏土试样进行逐级施加水压的固结渗透试验。试验结果表明,施加的水压会引起土体中的孔隙水压力增长,增加的孔压在固结过程中有部分转化为渗透力,使试样产生压缩变形并引起孔隙比和渗透系数减小,进而导致固结系数的变化,且不同位置处变化的幅度不同,试验现象上表现为固结过程中未消散的超静孔压测试值沿高度呈非对称、非线性分布,最大值在试样偏下位置。变系数法理论计算值验证了试样中各点固结系数互不相同的现象。

软土地区基坑开挖超静孔隙水压力分布的有限元分析

依托某基坑工程案例,利用ABAQUS有限元软件对软土基坑开挖时的超静孔隙水压力进行有限元分析,研究超静孔隙水压力的分布规律及其对围护结构土压力的影响,结果表明:基坑开挖卸荷会在坑底及周围土体中产生负的超静孔隙水压力,坑底以下区域负的超静孔隙水压力分布较为集中且数值较大,坑外区域数值较小;负超静孔隙水压力的消散会引起挡墙前后有效土压力的减少,墙前减少更快,这对基坑工程是不利的,实际工程中应尽量缩短施工工期;邻近超载作用下会引起基坑负超静孔隙水压力绝对值的减少,这对基坑工程也是不利的。

加筋挡土墙在二维超静孔压下的稳定分析

当加筋挡土墙后填土为粘性土时 ,在其中可能会产生超静孔隙水压力。超静孔压的存在使其土压力的大小及分布、潜在滑裂面的位置都有所改变。一维孔压分布情况下朗肯理论仍能适用。但在二维孔压分布情况下 ,用朗肯理论进行计算就不合适。本文推荐采用图解法计算墙后土压力 ,用圆弧滑动法进行稳定校核。

透水管桩加速超静孔压消散的单桩模型试验研究

基于室内模型试验,研究透水管桩促进桩周土超静孔压消散的效果和规律。通过透水管桩和普通管桩单桩沉桩模型试验对比,发现使用透水管桩更有利于桩周土超静孔压消散,其促进作用沿深度方向递增,沿水平方向递减。在桩周土超静孔压消散前期,透水管桩的促进作用最明显,有利于加快施工进度。改变透水管桩初始排水时刻,观察桩周土超静孔压消散情况,发现初始排水时刻设在沉桩完成时的情况下,桩周土超静孔压峰值明显减小。试验结果表明,沉桩施工中,透水管桩提高了施工进度,降低了对周围环境的影响。

液压高频振动沉桩的饱和土超静孔压及单桩静载特性试验研究

为解决常规锤击、电动中低频振动法进行桩基施工时引起较为严重的噪声、振动和增大电网负荷等问题,发达国家已在应用液压高频振动施工技术,但沉桩的土动力学机理以及单桩静力荷载–沉降特性等尚缺乏深入的室内外试验研究。利用大吨位液压高频振动锤,在某深厚饱和软土场地对直径500 mm、长度26～29 m的预应力管桩进行了沉桩施工试验,观测了邻近地基土超静孔压随沉桩深度而上升及其后续消散的过程;在休止期满后进行了单桩竖向静载荷试验,并将实测极限承载力与其它常规施工方法的进行了比较分析。试验结果对推广应用液压高频振动沉桩新技术,具有重要的学术和应用参考价值。

一种超静平台主动指向容错控制方法

针对超静平台主动指向控制中的作动器故障问题,提出一种超静平台主动指向容错控制方法。首先,基于超静平台的一般动力学模型,推导用于指向控制的解耦模型和标准解耦矩阵,将超静平台由高度耦合的复杂多输入多输出系统变为多个相对简单的单输入单输出系统,有利于控制器的设计和容错控制方法的引入;在此基础上,针对作动器的故障问题,提出指向控制重构策略,并建立新解耦矩阵;进一步,提出基于解耦矩阵条件数最小的冗余自由度选择方法;最后,进行了数值仿真分析。仿真结果表明:基于冗余自由度最优选择的主动指向容错控制方法能够最大限度地减少作动器故障对超静平台主动指向控制效果的影响。

地震液化饱和砂土层内部超静孔压理论分析

本文利用土力学、土动力学及地下水动力学中的有关原理 ,对砂土液化发生机制进行分析 ,提出了液化临界超静孔隙水压力随地震持续时间及埋深等内外因素变化的关系 ,并利用该理论对唐山地区液化的特征进行了分析研究 ,并且与实际资料作了比较。

超静平台隔振与指向一体化控制方法

未来航天任务对航天器的控制精度和稳定度提出了极高要求,亟需研制具有振动隔离和精确指向功能的有效载荷超静平台。基于此研究超静平台的隔振与指向一体化控制方法,以满足未来航天器的高性能需求。借助一般形式的超静平台动力学模型,分别推导了适用于振动隔离与精确指向控制的2种解耦模型,并给出相应的控制策略;结合2种控制方法的不同控制带宽,研究超静平台隔振与指向一体化控制方法,实现超静平台的宽带宽控制;进行数值仿真分析。仿真结果表明:采用隔振与指向一体化控制方法可以在宽频率范围有效抑制外部扰动,同时实现对观测目标的精确跟踪。

考虑超静孔隙水压力消散的管桩承载力时效性研究

沉桩引起的超静孔隙水压力消散是产生管桩极限承载力时效性的主要因素之一。结合天津东疆保税港区物流加工区二期工程,利用有限元模拟分析沉桩后超孔压的消散规律及管桩的极限承载力随时间变化的规律,提出吹填土中管桩时效承载力公式供工程参考使用,并进行吹填土现场各测点沉桩过程及沉桩后孔隙水压力的监测,验证模拟结果的同时探讨超静孔隙水压力的分布及消散规律。模拟得到沉桩后桩底超孔压随时间消散,20d后消散率达到97%;管桩的时效承载力随时间增长,并与超孔压的消散有着明显的对应关系;得到吹填土中管桩承载力的时效公式以供工程参考使用。现场孔压监测表明深度增加,超孔压增大;离桩越近,超孔压越大;土层渗透系数越小,超孔压消散越慢。施工对土体的有效影响范围为9～10倍桩径。

饱和黏土中沉桩挤土形成超静孔压分布理论解答研究

饱和黏土中沉桩挤土会形成较大的超静孔隙水压力,其时间及空间分布相关特性影响场地土体工程性质和土木及水利工程设计施工的技术经济的合理性。为得到沉桩挤土形成的超静孔压分布理论解答,首先根据三维挤土附加总应力解答分析成桩后挤土造成的超静孔隙水压力分布规律,结合附加总应力计算方法,采用Henkel公式推导三维挤土造成的超静孔隙水压力理论解答;然后,结合工程实例,应用三维固结计算级数解,对沉桩挤土的位移、应力、超静孔隙压力分布规律和成桩后孔压消散的完整过程进行较为系统地计算和验证,为桩基工程的设计和施工提供理论依据和计算方法。

超静平台动力学建模与解耦控制

以超静平台在未来高精度航天器主动隔振和精确指向控制中的应用为基础,针对柔性铰形式超静平台的动力学特点以及超静平台基础和载荷扰动作用的影响,建立一般形式的超静平台动力学模型;进一步推导解耦力控制方法,将超静平台由高度耦合的多输入多输出系统变为单输入单输出线性时不变系统,以此消除各支杆之间的相互作用,极大地简化了控制器设计;在此基础上,进行数值仿真分析与验证.仿真结果表明:基于所建立的一般形式超静平台动力学模型,采用解耦力控制方法能够很好地实现超静平台的主动振动控制,并且方法简单易于工程实现.

软土地基中CFG桩单桩施工引起的超静孔隙水压力

当采用振动沉管法施工CFG桩时,沉管的振动和挤压效应将对桩周土产生极大的扰动,对饱和软粘土则会引起很大的超静孔隙水压力。通过某工程现场CFG桩施工所观测的桩周超静孔压数据的分析和整理,系统研究了单桩施工产生的超静孔压的发生发展过程,分析了超静孔压在桩周径向及深度上的分布,探讨了超静孔压的消散规律,以期为优化这类桩的施工以及合理桩间距的确定提供现场实测资料。

水平旋喷成桩引起超静孔隙水压力研究

为研究水平旋喷成桩对周围地层的影响问题,优化水平旋喷桩设计施工,采用现场试验的方法研究了水平旋喷成桩引起超静孔隙水压力的变化规律,探讨了水平旋喷施工的影响范围。水平旋喷成桩对周围地层的扰动较大,引发土体中产生较高的超静孔隙水压力。通过对水平旋喷成桩过程的分析,可以分为高压射流形成阶段,高压射流与土体相互作用阶段和水泥土固化阶段。研究结果表明：水平旋喷成桩产生的超静孔隙水压力随着施工阶段的改变而变化,高压流体注入时有所增大,而钻喷杆卸杆时则有所减小;成桩引起的最大超静孔隙水压力与注浆压力呈近似线性关系;随着施工距离的增大,超静孔隙水压力不断减小,当施工距离大于15 m时,基本可以忽略成桩引起的超静孔隙水压力;以水平旋喷成桩引起地层反应小于5%作为影响范围控制值,则超静孔隙水压力影响范围约为15~20倍成桩半径,可以采用指数函数的形式表达超静孔隙水压力与施工距离的关系。

超静敏捷卫星隔振与控制的动力学耦合及协同设计方法

高性能的卫星平台需要同时具备敏捷与超静性能,为此一方面要采用大力矩执行机构与高带宽控制,另一方面要采取良好的振动隔离措施,而这两者之间会形成一定的动力学耦合,影响控制性能的最终实现.研究了对含高速转子的执行机构进行隔振引入的陀螺进动问题及其对敏捷控制性能的影响,分析了有效载荷隔振导致的异位控制问题及其对控制稳定性的影响.研究了隔振与控制参数的协同设计方法,提出了基于进动衰减时间的执行机构隔振参数选取原则,以及阻尼常数隔离的有效载荷隔振参数选取原则.基于该设计思路可以实现卫星隔振与控制参数的合理匹配,同时达到较好的超静与敏捷性能.

挡土结构上的土压力与超静孔压力的关系

本文研究了墙后填土中的超静孔隙水压力土结构上的的影响。分析计算表明：由于超静孔压力的存在，挡土结构上的总压力将会改变：土压力将不再一定是直线分布：最大压力不再一定在底部；滑裂面的位置和形状也都会发生变化。