利用时域叠加的声学成像法定位埋地PE管道

针对现有埋地管道探测技术难以确定聚乙烯(PE)管道埋深且通常对管线走向的探测误差较大的问题,提出了优化的时域叠加声学成像法。利用该方法对仿真信号进行直达波与表面波消除、反射波提取和成像定位处理,验证了方法的可行性。最后,对埋深0.4 m和1.0 m的PE管进行定位测试实验,最大管线平面定位误差分别为0.179 m和0.240 m,说明该方法基本满足较好埋地条件PE管道探测的需求。

高压油泵阻尼孔对燃油系统压力特性的影响研究

为实现更高的热效率和更优的排放,柴油机的喷射压力不断提高。阻尼孔作为高压油泵等压出油阀的关键结构,对燃油系统的压力特性有重要影响。本文研究了阻尼孔大小对喷油器的喷射特性以及高压油管压力波动特性的影响,结果表明:随着阻尼孔由0.1 mm增大至2.0 mm,喷油器喷油持续期相对缩短,循环喷油量减小,这是不同阻尼孔对应的高压油管残余压力大小不同,以及不同阻尼孔大小对系统压力调节的速度不同的结果;此外,阻尼孔较小(0.1 mm)时,燃油系统存在二次喷射现象,而阻尼孔过大(3 mm)时,系统内还会存在零压区,即存在穴蚀的风险;对高压油管残余压力的频谱分析发现,阻尼孔较小时,高压油管内压力脉动与出油阀的运动存在较强的相关性,而阻尼孔较大时,压力脉动与回油阀的运动相关,即供油系统中多种阀件的运动是高压油管压力脉动的主要原因。

面向电力管廊外破监测的分布式光纤传感技术研究

电力管廊是城市里重要的基础设施,对其结构和状态进行监测及评估备受关注。本文针对电力管廊外力破坏监测的问题,提出一种基于衰减补偿的光时域差分曲线方差阈值定位振动事件的方案,并通过实验论证了其定位外破事件的准确性。该方案基于相敏型光时域反射系统架构,根据管廊外破事件引起的光纤振动导致光时域反射曲线在该事件位置处混乱度急剧增加的现象,对不同测量序列得到的光时域反射曲线作差,然后对光纤各位置对应的差值向量数据求方差,设定方差阈值定位外破事件。同时,考虑到光纤衰减导致方差阈值随距离增加而降低的问题,采用衰减补偿算法使光纤上任意散射位置对应相同的脉冲功率水平,从而修正光纤衰减对方差阈值的影响。实验搭建了分布式光纤振动传感系统,采用脉宽为30 ns、峰值功率为30 dBm的光脉冲,在约25 km的光纤范围,获得±3 m的定位精度。电力管廊外力破坏事件,具有低频、大扰动、持续长的特点,所提出系统方案通过曲线平均抑制瑞利散射衰落噪声,结合光纤衰减补偿校正散射信号幅值,从而将振动事件引起的光信号相位变化作为探测曲线波动的主导因素,以确保对外力破坏事件不漏报、不误报。

基于COMSOL软件的直角弯管声波传播特性规律研究

基于声波传播理论,建立并推导了声波在弯管处的Helmholtz方程。采用COMSOL Multophysics软件的压力声学模块,对不同弯曲半径的直角弯管进行频域分析,研究了不同弯曲半径弯管内声波传播特性规律。研究结果显示,弯曲半径对弯管内声波散射系数和传输损耗具有显著影响,弯曲半径较大的弯管曲率较小,弯管内声波散射效应较弱,传输损耗较小,声压级较高;弯曲半径较小的弯管曲率较大,弯管内声波散射效应较强,传输损耗较大,声压级较低。低频段内,声波波长大于弯管弯曲半径,散射系数与传输损耗较小;高频段内,声波波长接近或小于弯管弯曲半径,散射系数与传输损耗较大。

荷载作用下砂土边坡-管道相互作用试验研究

随着我国西气东输、南水北调等重大工程的快速推进,埋地管道不可避免地会穿越高陡山区,并受到区域地形地貌的影响,而关于边坡-管道相互作用机制的认识还相对滞后,相关研究亟需加强。基于分布式光纤应变传感(distributed strain sensing,简称DSS)、粒子图像测速(particle image velocimetry,简称PIV)技术,开展加载工况下砂土边坡-管道相互作用的室内模型试验,探究了临坡地基极限承载力的影响因素,并研究了不同坡角下边坡土体变形破坏机制及埋地管道的结构响应特征。研究结果表明:(1)临坡地基经历了弹性压密、局部剪切和整体破坏3个阶段,并呈现不对称楔形破坏模式;(2)临坡地基极限承载力随着坡角的增大呈减小趋势,同一坡角下埋地管道的存在会降低临坡地基极限承载力;(3)管道对边坡滑裂面形成路径的影响程度随着坡角的增大而变大;(4)在荷载作用下埋地管道横截面环向应变呈“椭圆化”分布,据此提出了管周界面土抗力的简化计算模型与椭圆度计算式。相关结论对边坡-管道系统的变形控制与结构设计有一定的参考和借鉴意义。

引水钢岔管水压试验分布式应力测量

引水钢岔管的结构尺寸大、焊接工况复杂,且需要长期耐受6 MPa的水压,迫切需要一种分布式、高精度、高空间分辨率的应力测量技术,以便在水压试验中进行全方位的应力测量和结构健康评估。传统的点式应变片只能进行局部应力测量,且测量精度受制于防水措施、贴片工艺、温度变化等因素。为此,提出了一种基于光频域反射仪的引水钢岔管水压试验应力测量方法,采用沿焊缝布设的标准单模光纤作为传感器,测量空间分辨率达到5.8 cm,应力与水压力成线性关系并且沿焊缝存在0.2~0.6 m的周期性变化。月牙肋板焊缝的腰部应力最大,达到196.2 MPa;主锥环缝的应力在300 MPa附近;相贯线焊缝的应力呈180°对称分布,在腰线附近存在352.0 MPa的最大应力,顶部和底部基本不存在应力。

电力管廊顶管施工杆塔中心桩位移自动化计算方法

在不同的杆塔结构中,同一种算法的位移值存在较大差距,为提高位移计算精度,在不同的杆塔中心桩偏移条件下设计电力管廊顶管施工杆塔中心桩位移自动化计算方法。基于连通域提取杆塔点云坐标,论述KD树分割原理,计算其时间复杂度,在不同的阈值中确定点云坐标,得到归一化的点云数据;计算不同条件下位移值,将等长横担杆塔的中心桩与长短横担杆塔中心桩作为主要的杆塔结构,创新性地分别计算其中相挂点位于中心点处以及中相挂点偏移情况下的位移值,设计中心桩位移自动检测与计算算法,对应点云数据,获得中心桩位移。实验结果表明,该计算方法所得到的位移值与实际测量值最接近,位移计算精度更高。为保证电力管廊顶管施工杆塔的稳定性,提供了理论与实际参考价值。

基于Workbench-AQWA的铺管船托管架结构时程分析

选择上海振华重工设计制造的用于铺设海底管道铺管船托管架作为研究对象,通过AQWA软件得到铺管船与托管架的运动响应幅值算子(RAO),并通过时域分析计算铺管船与托管架在实际海况下的波浪载荷和加速度时程;采用OFFPIPE软件对不同管径、水深的管道-托管架模型(线-点模型)进行动态铺设分析并得到托辊反力;根据托管架受载的特点,以加速度时程作为托管架的载荷条件对其进行结构时程分析,对比在规则波与不规则波海况下的应力水平。研究成果为后续托管架设计奠定基础。

基于小波去噪-卡尔曼滤波的供水管网爆管检测

在应用卡尔曼滤波进行爆管检测时,若受到监测误差、用水量随机波动等因素形成的背景噪音影响会导致误报率偏高,进而带来爆管检测系统鲁棒性较低的问题。鉴于此,对原始卡尔曼滤波进行了改进,首先采用小波函数对监测数据进行处理,其可以成功将周期循环信号中的有效信号及噪声信号分解至不同频域,然后使用硬阈值函数去噪后再对信号进行重构;最后利用卡尔曼滤波对重构后的信号进行爆管检测。研究结果表明:通过小波去噪,重构的信号中噪声信号占比显著降低,且信号与有效信号相似性更大;利用实际管网数据验证发现,所提算法可成功应用于实际管网爆管检测且与卡尔曼滤波相比,信号持续稳定,无剧烈波动且误报次数由6次降至0次,极大提高了爆管检测系统鲁棒性。

基于改进管域法的高水压岩体变形破坏分析

渗流是地下洞室变形破坏常见的危害之一,主要沿结构面发展破坏,对工程造成巨大的影响.基于离散元颗粒流软件PFC中现有的域-管道渗流模型,结合流量守恒的原则,对控制方程进行重新推导,并采用简单试样模型进行了渗流模拟验证,将之应用于某地下洞室渗流破坏的分析研究.研究结果表明:改进后的渗流模型对隧洞变形破坏的模拟直观有效.研究成果可为渗流作用下地下洞室的变形破坏研究提供依据.

一种融合Φ-OTDR和MZI的PCCP断丝监测系统

设计了一种融合相位敏感型光时域反射计(Φ-OTDR)和马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的预应力钢筋混凝土管(PCCP)断丝监测系统。通过引入优化的IQ解调算法,减少了40%以上的数据运算量。实验结果证明该系统的单端测量距离不低于20 km,频率响应不低于20 kHz,空间定位误差在±2 m以内,具备长距离定位断丝故障和分辨振动事件特征频率的能力,为PCCP的全生命周期在线结构健康监测提供了一种可靠的技术手段。

基于小波域的锅炉压力容器压力管道裂纹X射线检测方法

针对难以获取锅炉压力容器压力管道裂纹细节信息,外界影响因子较多的问题,该文结合小波域理论提出一种裂纹缺陷的X射线检测方法。采用应力分布线性化的分析方法,取得压力管道的裂纹应力情况,根据裂纹应力分析结果与波粒二象性,将X射线的短电磁波看成是高能量的光子束流,设计出X射线检测模型。基于小波理论融合非局部均值滤波算法与双边滤波算法,利用适用于射线底片图像的处理手段,得到裂纹射线检测图像。实验结果表明,面向锅炉不锈钢固定式低温压力容器,主观性的视觉效果与客观性的评价结果均较为突出,获取到更多、更清晰的裂纹细节信息,检测优势较大,图像质量较高,可为压力管道后续的维修与处理提供更可靠的判定依据。

切向流作用下直通穿孔管阻性消声器传递损失预测

使用考虑涡黏系数的频域线性纳维斯托克斯方程(linearized Navier-Stokes equations, LNSEs)计算切向流作用下直通穿孔管阻性消声器的传递损失,计算步骤为:运用CFD(computational fluid dynamics)方法求解计算域内的时间平均流动变量,然后将变量映射至声学网格;将声传播介质分为空气和吸声材料,后者等效为具有复声速和复密度的流体,使用频域LNSEs计算声场,最后利用平面波分解法计算消声器的传递损失。计算结果与试验测量结果吻合良好,从而证明了计算方法的正确性。通过数值计算分析了切向流马赫数对不同流阻率和穿孔结构阻性消声器传递损失的影响规律。随着切向流马赫数的增加,消声器在低频域的传递损失有所降低,中高频消声性能变化无明显规律可循;切向流对低穿孔率消声器传递损失的影响大于高穿孔率。

基于AQWA的铺管船-托管架耦合模型

为分析海洋工程结构物在波浪中的运动响应,以用于铺设海底管道的铺管船和托管架为研究对象,阐述大尺度结构物(铺管船)与小尺度结构物(托管架、管道)分别适用的计算理论,采用AQWA软件对铺管船-托管架在不同浪向下的动力特性进行分析。通过频域水动力分析比较铺管船和托管架在规则波与不规则波下的6个自由度的运动,得到铺管船和托管架的运动响应幅值算子(response amplitude operator,RAO),通过时域分析计算铺管船和托管架在实际海况下的波浪载荷时程,为托管架强度分析奠定基础。

气动系统中管路的二维粘性流场计算

为了更加深入地研究气动系统中管路流动特性和各个参数的变化规律 ,作者运用SIMPLE算法对两端带有节流口的管路进行二维粘性流场计算。在管路的进口处 ,给定总压力和总温度。根据管路的几何特性和流动特点 ,对计算区域划分了五个区域 ,并给出了相应的分区算法。数值计算结果表明本算法可以清晰地反映管路流动的特性以及相应的参数变化趋势。本方法不仅可以计算出管路内部的流场 。

膨胀环频域特性影响因素分析

针对带有膨胀环的航空液压管路,建立14-方程动力学模型,利用传递矩阵法对该方程进行求解.研究在膨胀环总长一定时,弯曲半径、折弯角度对管路频域特性的影响.分析不同壁厚、内半径时,膨胀环固有频率与折弯角度之间的变化规律.分析膨胀环高度及长度对膨胀环固有频率的影响.仿真结果表明:膨胀环折弯角度与弯曲半径越小,管路的固有频率越高;固有频率随折弯角度的变化趋势不受壁厚的影响;内半径越小,折弯角度对固有频率的影响越小;固有频率与胀环高度具有线性关系,与膨胀环长度具有非线性关系,并且膨胀环长度越小,长度变化对固有频率的影响越明显.

预测地铁环境振动的三维分析模型

利用叠加原理发展了管模型,克服了管模型不能计算自由表面处的振动反应和只适用于深埋隧道的缺陷。土体中任意一点位移表示为波数-频率域的函数,经傅里叶逆变换获得空间域的反应值。应用MATLAB编制了计算程序,对振动波在隧道和土体中的传播规律进行了分析。

舰船管路系统冲击响应时域仿真及试验研究

对某型舰船管路系统在水下爆炸作用下的冲击响应进行了仿真及试验分析,得出如下结论:加速度响应最大值的仿真值与试验值的误差在30%以内;应变响应仿真的绝对值最大值与试验值最大值的误差在30%以内;随着爆炸距离的增大,最大冲击位移呈递减趋势;最大冲击应力也呈递减趋势,但出现的位置一般为弯管处.仿真及试验的结果表明应用ANSYS软件对舰船管路系统在水下爆炸作用下的冲击响应进行计算是可行的.

考虑流固耦合的典型管段结构振动特性分析

研究了两种最常见的流体管段结构模型与计算。对于直管,利用拉氏变换把时域方程变换到频域,对频域方程进行推导求解,得到了直管的频域解析解;对于弯管,直接对方程模型进行整体求解,同样求得了其频域解析解。然后以Davidson单弯管模型为例,说明典型管段结构组合的管道系统的求解方法,并验证直管以及弯管模型和求解方法的正确性。最后,通过改变弯管的弯曲半径以及角度来对管道的流固耦合振动特性的影响因素进行分析。结果表明,弯曲角度以及弯曲半径越小,频谱曲线密集程度越低,耦合振动越弱,反之越强。

分支管流固耦合振动的频域解析解

利用拉氏变换,把时域流固耦合14方程模型变换到频域,对频域方程进行推导,得到12个一元四阶常微分方程和2个一元二阶常微分方程,对其求解,得到了直管的频域解析解。然后结合分支点的平衡条件以及分支管的边界条件,求解得出任意形状分支管的频域解析解。最后,对结果进行仿真计算,利用英国Dundee大学Tijsseling教授的实验结果对计算结果进行验证,并对不同形状的分支管进行了仿真计算。