Polarization-maintaining few mode fiber composed of a central circular-hole and an elliptical-ring core

We propose a novel waveguide design of polarization-maintaining few mode fiber(PM-FMF) supporting ≥10non-degenerate modes, utilizing a central circular air hole and a circumjacent elliptical-ring core. The structure endows a new degree of freedom to adjust the birefringence of all the guided modes, including the fundamental polarization mode. Numerical simulations demonstrate that, by optimizing the air hole and elliptical-ring core,a PM-FMF supporting 10 distinctive polarization modes has been achieved, and the effective index difference Δn_(eff) between the adjacent guided modes could be kept larger than 1.32 × 10^(-4) over the whole C +L band. The proposed fiber structure can flexibly tailored to support an even larger number of modes in PM-FMF(14-mode PM-FMF has been demonstrated as an example), which can be readily applicable to a scalable mode division multiplexing system.

考虑各向异性的土体中椭圆孔注浆劈裂研究

在计算圆孔周应力时,为了充分考虑孔在受初始应力后的形状、介质受力的各向异性以及模量的各向异性对劈裂注浆浆脉延伸方向及启劈压力的影响,首先根据弹性理论,求解了孔的变形后形状,并在此基础上,利用复变函数把椭圆孔的外部区域映射到单位圆的内部,求解椭圆孔周应力。结果表明:圆孔受初始应力后的形状为圆与余弦函数的叠加;其孔周切向应力最小的位置与圆孔相同,即在受孔内压力时最易劈裂处与圆孔一致,但需要的压力更大;经实例验证启劈压力与实际接近,可基本满足工程应用要求。本文方法可作为进一步研究的基础。

火灾后圆形孔蜂窝组合梁受力性能研究

圆形孔蜂窝组合梁火灾后的力学性能研究,可为受火后建筑结构性能评估提供参考依据。对4根火灾后圆形孔蜂窝组合梁及1根未过火处理圆形孔蜂窝组合梁开展静力加载试验,分析火灾、加劲肋设置、开孔率等因素对圆形孔蜂窝组合梁破坏形态、抗弯刚度及承载能力的影响。结果表明:降低开孔率可以提高火灾后圆形孔蜂窝组合梁的抗弯刚度和极限承载能力;设置加劲肋的火灾后圆形孔蜂窝组合梁与未设置加劲肋的构件相比,其极限承载能力提高了6.9%;火灾前、后,圆形孔蜂窝组合梁在静力荷载作用下均发生弯曲破坏,但火灾后其开裂荷载、极限承载能力和延性均出现不同幅度的下降;提出了具有良好精度的圆形孔蜂窝组合梁火灾后剩余抗弯承载力的计算方法。

基于小孔应力集中的激光预钻孔条件下TBM滚刀侵岩模型建模与试验验证

激光发生器耦合安装到全断面岩石隧道掘进机(TBM)刀盘上,利用高能量激光辅助TBM掘进作业,理论上有望达到新型热-机械高效破岩之目的。针对激光辅助滚刀破岩,基于小孔应力集中理论的弹性应力状态计算方法,在空腔膨胀模型基础上,建立了一种考虑密实核衍生效应的激光预钻孔条件下滚刀侵岩理论模型,并对模型进行理论分析;随后开展双侧围压下的激光辅助缩尺比例滚刀侵岩试验,对理论模型进行试验验证。研究结果表明,刃宽及孔距均对侵岩垂直力有一定影响,且孔距较小时理论模型不再适用;经对比分析后,在理论模型与试验所得结果中,随着孔距的改变侵岩垂直力有着相同的变化趋势,侵岩垂直力大小较为符合,激光预钻孔条件下滚刀侵岩理论模型具有一定准确性。

静钻根植桩挤土扰动圆孔扩张理论研究

绿色环保的静钻根植桩技术在地铁或敏感性建筑附近能否应用,目前还缺乏理论分析手段。对此,结合静钻根植桩的施工特点,首先给出扰动分析物理模型与基本假设;然后,基于圆孔扩张理论推导植桩施工引起的桩周土体应力与应变,结合连续条件建立桩侧极限扩孔压力与塑性区范围的关系式;在理论与实测比较检验该法可靠性的基础上,开展多工况算例分析。结果发现:相较于传统预制桩施工方法,植桩施工极限扩孔压力下降48%,桩周土体塑性区影响范围下降57%;增加桩侧水泥土内摩擦角和黏聚力,植桩施工极限扩孔压力增大,扰动塑性区范围减小。研究成果为精细化评估静钻根植桩施工扰动效应提供了理论基础。

结构扰动性软土静力触探的小孔扩张力学模型研究

建立了考虑土体扰动的小孔扩张力学模型,研究软土地层中静力触探比贯入阻力与土层力学参数的关联性。通过静力触探结果分析,结合小孔扩张理论,构建了比贯入阻力与弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角及土体灵敏度间的关系模型。工程现场的淤泥质软土层变异性小,测点数据具代表性,可用于理论比对计算。验证表明,模型可准确描述比贯入阻力与力学参数间的关系,在高灵敏度土体中,受扰动土体的挤压作用增强,比贯入阻力增大。

选区激光熔化圆孔结构的有限元模拟及实验验证

圆孔是选区激光成型件中常见的结构,但实验难以对该成形过程中的变形行为进行评估,而有限元(FE)模拟技术已经广泛用来预测选区激光熔化(SLM)成形过程中的变形行为。因此,本文采用FE方法表征SLM过程中GH4169圆孔模型尺寸精度并用实验验证FE结果。在此基础上建立了多层多道次的有限元模型用于研究激光功率、扫描速度和扫描策略及基板预热对通过SLM构建的GH4169圆孔结构制件成形的影响。研究结果表明:随着激光功率的上升和扫描速度的增加,圆孔的尺寸精度是先上升后下降,最佳的工艺参数是激光功率为300 W,扫描速度为1200 mm/s,且模拟结果与实验结果能够较好地吻合。此外,模拟结果还表明在67°旋转轮廓扫描下可以得到更高的尺寸精度,而基板是否预热对圆孔成形的尺寸精度影响不大。因此,本文的研究可以为圆孔结构制件SLM工艺提供优化指导。

基于聚类分割的圆线结构光光刀中心提取方法研究

发展了一种基于聚类分割的光刀中心提取方法。首先将采集的光斑图像利用大津法自适应地分割为背景和目标图像两部分,然后,采用聚类方法分离光斑图像中的激光散斑和光源像,最后,采用Steger算法高质量、亚像素级地提取了光刀中心。仿真及实验结果表明,该方法很好地抑制了散斑及光源像对光刀中心提取的影响,与典型的光刀中心提取方法相比,该方法提取精度和效率均最优,能够高质量、高效率地提取光刀中心,为孔类零件三维轮廓测量提供了一种有效途径。

基于phyphox软件的菲涅尔圆孔衍射实验的设计与实施

通过确定智能手机phyphox软件光传感器的位置,搭建菲涅尔圆孔衍射实验装置,解决传统实验成本高、不易开展的问题,利用智能手机APP对菲涅尔圆孔衍射特点及光强分布进行研究,提供了一种实验成本低、易操作、更直观研究衍射特性的新方法。

航空发动机环形零件高精度孔位测具

针对航空发动机环形零件高精度孔位测具加工困难、加工周期长的现状,设计了一种航空发动机环形零件高精度孔位测具。介绍了测具的技术方案,分析了关键技术和优点。测具采用高精度电气分度技术,可以实现准确、高效检测,通用性强,适用范围广。

基于机器视觉的圆形部件中心点定位系统研究

为实现通过机器视觉对气门导管、闷盖孔、护套孔等零部件的定位,特设计一种适用于圆形部件中心点的检测方法。首先,使用阈值分割、膨胀、腐蚀等算法对图像进行预处理,筛选出圆形部件所在的区域。其次,找到圆形部件所在区域的中心,将此中心作为圆形卡尺工具的测量中心,设置卡尺的检测半径和动态测量范围,使测量范围覆盖圆形部件的外轮廓。利用卡尺测量算子找到圆形轮廓与卡尺栅格的交点集。最后,通过最小二乘圆弧逼近的方法得到圆的中心点,实现对圆形部件的定位。研究表明,该方法的鲁棒性较强,精确度较高,提高了装配的准确率。

复合地层桩基沉贯对既有隧道影响的研究

桩基沉贯施工对既有隧道影响的研究大多只考虑挤土效应对土体和邻近建筑物的影响,且多只考虑单一地层。然而,复合地层工况下沉桩施工对邻近既有隧道的影响更为复杂。结合青岛市某上软下硬复合地层工况,采用圆孔扩张理论、室内模型试验及ABAQUS数值模拟3种方法分析复合地层桩基沉贯对既有隧道的影响。结果表明,三者的研究结果具有较好的一致性。距离桩基越远,地表水平位移和径向应力越小,均呈现出指数形式的衰减规律。沉桩过程中隧道环向附加弯矩的分布形态呈现隧道顶部和底部远离中心点,左右两端靠近中心点的趋势,隧道顶部和底部向外弯曲,隧道左右侧向内弯曲,且桩隧间距越小该现象越明显。隧道结构水平方向上拱腰有远离桩基的趋势,竖直方向上拱顶呈现上抬趋势,随着桩隧间距不断的增大,水平和竖直位移明显减小,单桩沉桩对隧道位移的影响范围为0~1.5D(D为隧道直径)。

软土地层高压喷射注浆挤压效应研究

高压喷射注浆在软土地层中会产生显著的挤压效应,控制和利用高压喷射注浆挤压效应有重要意义。引用高压喷射挤压效应圆孔扩张分析模型,提出面积置换率暂估计算公式,对比分析两个现场试验案例实测结果与理论计算结果,验证理论模型的适用性,研究软土地层高压喷射注浆挤压效应发展变化规律。模型计算与现场实测所揭示的挤压效应变化规律基本一致,表现为随着与高压喷射中心点水平距离的增加土层径向位移、超孔隙水压力及土层应力均逐渐减小,减小速率呈由大变小的状态。研究还表明挤压效应的影响距离与地层性质和面积置换率有关,土层饱和度的提升会提高挤压效应超孔隙水压力在总应力中的占比,提出了高压喷射注浆挤压效应控制和利用措施建议,为相关研究和工程应用提供参考。

非圆齿轮驱动式玉米直插穴播机设计与试验

针对西北旱区现有直插穴播机前进速度补偿机构运行不平稳、运转空间尺寸较大等问题,提出一种非圆齿轮驱动式前进速度补偿机构,基于此研制一种新型玉米直插穴播机。对整机结构组成、工作原理和技术参数进行阐述;对前进速度补偿机构和穴播器进行深入理论分析。优化得当穴距为330 mm、前进速度为0.5 m/s和播深为45 mm时前进速度补偿机构传动比和中心距,基于此生成非圆齿轮机构前进速度补偿机构。结合玉米种子尺寸确定取种轮上异形窝眼结构尺寸范围,并优化得当异形窝眼宽度为11.79 mm、异形窝眼高度为7.23 mm、异形窝眼开口角为15°时排种效果较好。田间验证试验结果表明,穴播机空穴率、穴粒数合格率、播种深度合格率平均值分别为2.0%、90.1%和92.3%;成穴器破膜膜孔较小,膜孔错位率为4.3%;成穴器水平方向土壤扰动量平均值为15 g,垂直方向为25 g。试验结果满足西北旱区玉米直插播种实际要求。

钢拱架铰接孔视觉定位方法研究

针对钢拱架自动化拼接过程中需要对钢拱架铰接孔进行定位的实际问题,设计了一种基于双目视觉的钢拱架铰接孔定位方法。首先通过模板匹配对钢拱架铰接孔进行初定位,找到感兴趣区域;采用一种新的自适应阈值算法计算阈值,对感兴趣区域进行二值化处理;利用边缘检测和最小二乘法提取得到铰接孔椭圆轮廓特征;然后找到椭圆轮廓上特殊的两条弦,根据空间几何关系,计算空间圆平面的法向量;利用消影线和椭圆参数矩阵,计算铰接孔圆心在图像上的实际投影点;最后基于双目视觉成像模型计算铰接孔圆心的精确空间坐标。实验证明,本方法可实现钢拱架铰接孔高精度定位,满足实际工业需求,为钢拱架自动化拼接提供技术支撑。

圆形抗滑桩在泥质粉砂岩滑坡处治中的应用

文章以某公路泥质粉砂岩滑坡处治工程为例,结合区域地质资料与工程地质勘探,分析滑坡特征及原因。采用Geo-slope软件Morgenstern-Price法,在反算岩体参数的同时,计算边坡剩余下滑力。根据边坡下滑力采取直径为2 m的圆形抗滑桩进行边坡主体加固,并设置长泄水孔进行坡体排水,保障了边坡的安全稳定,可供类似边坡防护处治参考。

基于3D-ILC含内裂纹孔口脆性固体断裂特性试验

孔口问题为力学领域中经典问题之一,也是岩土如隧洞、巷道等工程领域重要的问题之一。随断裂力学的发展,对含裂纹孔口问题的研究也不断深入。但是,以往研究多集中在二维问题或者含表面裂纹的孔口问题,含纯内裂纹的孔口问题研究报道较少。基于3D-ILC技术(对表面无任何影响的情况下,凭空生成任意参数的深埋内裂纹),在含有孔口的脆性材料中生成内裂纹,开展单轴压缩试验,与无裂纹完整孔口试样试验结果及已有文献进行对比,并开展理论与数值模拟研究。结果表明:(1)3D-ILC与传统方法相比,裂纹特征更为真实,为解决断裂力学中的三维内裂纹问题奠定了基础;(2)完整孔口试样裂纹形态主要有主裂纹与八字形裂纹;(3)含内裂纹试样裂纹形态以内裂纹扩展为主,主要有翼裂纹、次生裂纹、反翼裂纹、反向次生裂纹、竖向扭曲裂纹与主裂纹6种;(4)含裂纹孔口试样最终的破坏荷载比无裂纹孔口试样平均低76.49%,起裂应力较无裂纹孔口试样平均低96.72%;(5)通过数值模拟对完整孔口试样、含主裂纹孔口试样、含内裂纹孔口试样的裂纹扩展进行定性分析,与试验结论一致。该研究结果为含三维内裂纹的孔口脆性材料的断裂理论研究提供了物理试验基础。

圆孔翅片管积霜工况下的制冷性能实验

实验研究证实,圆孔翅片管在无霜工况下的传热性能远优于平翅片管,但积霜工况下的传热与制冷性能是否优越没有得到实验验证。利用冰箱制冷系统,分别采用圆孔-半圆孔交叉翅片、圆孔翅片以及平翅片管式换热器,进行积霜工况下的传热和制冷性能对比性实验研究。考察了积霜过程对圆孔孔径大小的影响;分析比较了3种不同片型的有效制冷量、传热系数和实际制冷系数;比较了强化翅片的节能效果;采用有限元法求解出翅片效率,并分离求出实际对流换热系数,从而揭示了翅片表面的实际换热情况。结果表明:与平翅片相比,当最窄截面风速为0.5 m/s时,积霜工况下,圆孔翅片的传热系数平均提高了11.53%;对流换热系数平均提高了18.84%;实际制冷系数平均提高了6.83%;有效制冷量平均提高了6.02%;节省电能6.39%。圆孔翅片是3种片型中的最优片型。

具有不对称共线裂纹的圆形孔口问题的应力分析

利用复变函数方法,通过构造保角映射,研究了具有不对称共线裂纹的圆形孔口的平面弹性问题,求得在裂纹尖端的应力强度因子.在极限情形下,不仅可以还原为已有的结果,而且给出带双对称裂纹的圆形孔口在裂纹尖端的应力强度因子.

双孔圆形洞室围岩应力分析的交替法研究

利用Ｓｃｈｗａｒｚ交替法对双孔圆形洞室的围岩应力分析进行了研究。结果表明，完成二次迭代后，就可获得精度很高的满意结果。