软土地层三线小角度叠交盾构隧道施工影响规律及位移控制

天津地铁6号线入出段线盾构隧道上穿既有隧道,通过现场实测和数值模拟对既有隧道结构变形规律、变形影响因素、不同变形控制措施的效果进行了研究。结果表明:盾构上穿过程中既有隧道竖向位移整体呈现出隆起-沉降-隆起的变化规律;刀盘距叠交部位断面距离L=2.0D(D为隧道直径)时,叠交部位断面轴力达到最大值,L=0~2.0D时,叠交部位断面弯矩逐渐由L≤0时的横8字形转变为L≥2.0D时的三叶草形;新建隧道与既有隧道的叠交角度在15°~60°、竖向净距小于1.0D时,既有隧道竖向位移受新建隧道影响较大,实际工程中应使叠交角度大于60°,竖向净距大于1.0D;设置支撑台车后,支撑台车影响范围约为2倍台车长度,在影响范围内横断面位移得到控制,但随着支撑台车离开,原来位置处对位移的控制效果逐渐消失;与不注浆相比,深孔注浆加固后既有隧道竖向位移最大值和水平位移最大值分别减小了67.4%、76.0%。

船舶板架结构变形场测量技术研究

船舶结构强度试验过程中,传统的离散点变形测量技术难以获得结构的全场变形数据,因而无法有效揭示结构的渐进破坏过程。本文基于数字图像相关和三维激光扫描原理,提出适用于船舶板架结构变形测量的位移形函数与子区相关性准则,发展定量可控的数字散斑场制作方法,形成船舶板架结构几何形貌测量方法,建立船舶板架结构变形场测量技术;在此基础上,开展船舶板架结构模型变形场演化过程测量试验,获得模型在纵向压缩载荷所用下的结构变形场,尤其是模型结构临界状态前后的失效演化行为,揭示船舶板架结构变形场的时空演化规律,可为实船结构的失效模式识别提供基础测量技术手段。

基于机器视觉技术的高精度光学仪器表面动态变形测量研究

伴随着光学仪器精度的逐渐提高,其表面动态变形事件发生频率也呈现急剧增加的趋势,是影响与制约光学仪器发展与应用的主要因素之一。为了满足光学仪器的应用需求,提出基于机器视觉技术的高精度光学仪器表面动态变形测量方法。采用机器视觉设备获取高精度光学仪器表面图像,对表面图像进行灰度化处理、去噪处理与增强处理,以此为基础,应用SURF特征检测算法提取表面图像的特征点,通过FLANN算法匹配相邻图像的特征点,利用Delaunay三角化在表面图像区域形成三角网格,进一步计算表面图像特征点的位移与应变,从而实现高精度光学仪器表面动态变形的测量。实验数据显示:在横坐标为1μm时,应用提出方法获得的表面动态变形位移纵坐标为1.8μm,与实际位移基本保持一致,在实验组别为6时,应用提出方法获得的光学仪器表面动态变形应变数值为3μm,与实际应变数值保持一致,充分证实了提出方法具备较好的应用性能。

光纤传感测量软体排变形应变传递效率研究

软体排与传感光纤之间的应变传递效率是应用光纤传感技术监测软体排变形的关键。本文旨在探讨软体排变形时,排体与传感光纤之间的应变传递效率及其对测量准确性的影响。通过理论分析与试验研究表明,在线性拉伸条件下,应变能够高效地从排体传递至光纤,低传递效率线以下的区域主要位于传感光纤的边缘;而在弯曲变形条件下,变形测量误差与相对定点间距R呈线性相关,R=1.2时测量平均误差在-4%以内,而R=2.4~4.8时测量误差范围在-15%~-30%之间。研究成果可为河工模型试验测量技术以及光纤传感监测排体变形的现场应用提供参考。

基于贝叶斯神经网络的相位梯度计算方法

应变重构是相衬光学相干层析力学性能表征中的关键步骤,其需要准确计算出差分包裹相位的梯度分布。为了能够解决强噪声干扰下的相位梯度重构信噪比低的难题,提出了一种基于贝叶斯神经网络的相位梯度计算方法。首先,通过计算机模拟不同散斑噪声等级下的包裹相位图,并生成相应的理想相位梯度,以构建网络的训练集。其次,基于网络训练集采用贝叶斯推断理论学习强噪声环境下的包裹相位与相位梯度的“端到端”映射关系。最后,将相衬光学相干层析测量的差分包裹相位结果送入贝叶斯神经网络进行处理,实现高信噪比相位梯度预测。此外,通过借助贝叶斯神经网络的统计特性,以模型不确定度来定量评估相位梯度预测结果的可靠性。通过数值实验和三点弯曲力学加载实验对比分析了本文方法和主流矢量方法的性能。实验结果表明:在噪声较小的条件下,本文方法重构的相位梯度信噪比可提升8%;在噪声较强条件下,本文方法能成功恢复因相位条纹难以分辨而无法计算的相位梯度。此外,模型不确定度能够定量分析网络的相位梯度预测误差。可以预见,在样品形变复杂且先验信息未知的条件下,本工作为相衬光学相干层析提供了一种有效的应变重构方法,从而能实现高质量和高可靠的内部力学性能表征。

地质力学模型实验中变形量测方法的应用研究

地质力学模型实验作为一种便捷高效、成本低廉的研究方法,不仅可以将工程的破坏过程直观地呈现出来,而且可以作为了解工程整体力学特征、破坏模式和稳定情况的重要研究手段,在各类岩土工程问题的研究中有着广泛应用。由于地质力学模型材料的变形模量较低,同等应力条件下应变极其敏感,因此模型实验中变形测量显得至关重要。为了提升地质力学模型实验中变形量测的便捷性和准确性,对目前地质力学模型中变形测量的主要方法进行总结分析。结果表明:目前对于模型变形量测的方法主要分为电测式测量方法、光学测量方法和机械式测量方法,其中电测式测量方法主要包括电阻式应变片法和位移计法,光学测量方法主要包括光纤类传感器法、数字图像相关法、光弹性贴片法和云纹干涉法,机械式测量方法主要包括百分表测量法和经纬仪观测法。通过对各种方法工作原理、主要应用案例及优缺点的阐述对比,得出不同方法的主要区别是测量范围和适用范围的差异,其中百分表测量法适用于测量小区域变形;测量内部变形可选择电阻式应变片法及光纤类传感器法;较大区域的变形可选择位移计法及光纤类传感器法;指定点位移可选择经纬仪观测法;全场观测可选择数字图像相关法、云纹干涉法以及光弹性贴片法。该成果可为相关地质力学模型实验的变形测量提供实验参考。

基于光纤传感技术的基坑变形监测试验研究

对传统常规的基坑深层变形监测方法进行了分析,为实现更加精准、高效的基坑深层变形监测目的,对光纤传感技术在深层变形监测方面的应用进行了试验研究,基于布里渊光时域分析技术(BOTDA),改进了一套光纤传感装置,能同时满足光纤传感和传统测斜监测使用需求,并将其应用于马来西亚吉隆坡地铁二期大马城南站基坑深层变形监测的现场试验。结果表明,BOTDA能够进行垂直和平行于基坑两个方向的深层土体变形监测,达到了监测速度快、分布式测量的效果,有效解决了传统方法监测速度慢、离散测量的问题。

Optimization of the forearm angle for arm wrestling using multi-camera stereo digital image correlation: A preliminary study

This study analyzes the function of different muscles during arm wrestling and proposes a method to analyze the optimal forearm angle for professional arm wrestlers.We built a professional arm-wrestling platform to measure the shape and deformation of the skin at the biceps brachii of a volunteer in vivo during arm wrestling.We observed the banding phenomenon of arm skin strain during muscle contraction and developed a model to evaluate the moment provided by the biceps brachii.According to this model,the strain field of the area of interest on the skin was measured,and the forearm angles most favorable and unfavorable to the work of the biceps brachii were analyzed.This study demonstrates the considerable potential of applying DIC and its extension method to the in vivo measurement of human skin and facilitates the use of the in vivo measurement of skin deformation in various sports in the future.

高轨遥感卫星光轴指向误差夹角测量系统标定方法研究

针对空间环境应用中航天器结构形变夹角测量系统因系统误差导致测量精度较低的问题,提出一种基于自准直对比系统的夹角测量系统标定方法。通过该方法对夹角测量仪进行标定后得到标定系数,并应用仿真数据对系数进行验证。验证结果表明,夹角测量系统量程可达到±25′,测量分辨率可达到0.1″。使用标定后的夹角测量系统进行角度检测,并将测量结果与自准直仪进行对比。结果表明,该标定方法简单方便精准度高,计算测量结果与标准值的差值的绝对值,夹角测量仪测量精度达到±0.2″,标定后夹角测量仪精度满足卫星使用要求,该方法的应用将为卫星在轨结构微形变研究提供技术支撑。

软体排鼓包变形应变响应特征及识别方法研究

软体排作为柔性的护滩、护底措施广泛应用于长江中下游的航道整治工程中,其服役状态对洲滩的守护效果影响较大。针对软体排排体鼓包变形识别及量化的难点,通过开展模型试验,研究了鼓包变形的排体应变响应特征,发现鼓包变形的排体应变在断面方向呈抛物线型的分布特征,应变最大值位于鼓包包体的顶部。进而基于排体鼓包的应变响应特征,给出了鼓包变形的形态预测方程,并进一步提出了鼓包变形的识别及形态反演方法。研究结果可为软体排变形监测及评估分析等提供参考。

Q235薄板焊接变形的试验研究与模拟分析

为了获取薄板焊接中瞬态变形过程规律,以及试件尺寸对焊后变形的影响规律,基于三维光学面扫描测量系统,分析了Q235薄板焊接中的焊缝区域及关键点的瞬态变形过程。根据试验测试对建立的有限元模型进行修正,采用开发的有限元模型详细讨论了试件尺寸对Q235薄板焊接面外变形的影响规律及产生机理。对比修正后的有限元模型分析与实验测试结果一致,通过仿真模拟得到:在薄板长度一定时,随着板宽度的增加,纵向弯曲程度降低,角变形变化不明显;在薄板宽度一定时,随着板长度的增加,纵向弯曲程度和角变形均增加。试板长宽比对焊缝纵向塑性应变的大小和分布的作用范围影响不大,对焊缝横向应变分布范围和大小有较大影响。该研究为工业生产中判断及降低焊后变形提供有效指导。

特殊区段轨道变形监测系统研制与应用

针对铁路线路特殊区段发生地质灾害造成的轨道变形,基于分布式光纤传感、倾角测量、视频监控、继电器控制、计算机网络等关键技术,研制了一套由现场监测设备、报警联动模块、监测报警管理系统三部分组成的轨道变形监测系统。选取一铁路隧道典型线路区段开展应用,结果表明:该系统可准确识别轨道横向突变、道床板裂缝、左右轨高差等情况,及时发布报警信息并控停列车,有效保障铁路运营安全,为轨道结构长期健康监测相关工作提供参考。

船体变形测量技术综述

讨论了船体变形产生的原因,对目前常用的船体变形测量技术研究现状进行了叙述和分析,主要介绍了偏振光能量测量法,大钢管基准法,双光源双CCD测量法,双频偏振光法,光栅法,液体压力测量法,摄影测量法,应变传感器测量法,多部位安装航姿系统,惯性测量匹配法,GPS测量法等,探讨了船体变形测量技术面临的问题和未来发展方向.

高精度倾角传感器在测量车载平台变形中的应用

为了分析车载平台变形对光电经纬仪测角误差的影响,提出了利用倾角传感器来测量车载平台变形的方法。基于平台变形对光电经纬仪测角误差的影响的基本原理,利用固定在垂直轴轴心的倾角传感器测量出因平台变形而导致经纬仪工作基准面中心点与水平面变化的夹角,计算其测量坐标系的变化量,推导出了倾角传感器输出值与测角误差的关系公式。选用双轴倾角传感器实时测量了经纬仪工作时车载平台的变形值,结果表明,车载平台变形量受方位方向速度影响较小,倾角传感器输出值经过滑动加权均值滤波处理后最小相差为0,最大相差为5.1″;受经纬仪视轴位置影响较大,高低角在0°～90°变化时,高低角越小,倾角传感器输出值越大。这种测量方法为进一步提高车载经纬仪的测角精度提供了理论依据。

船体变形的监测方法及其对航向姿态信息的修正

分析了船体变形的原因、种类,以及船体变形对航姿信息的影响;介绍了监测船体变形的四种结构力学方法和包括惯性测量匹配法在内的三种船舶航行实时监测法,以及GPS姿态测量在船体变形监测中的应用。着重讨论了惯性测量匹配法测定船体变形技术在火控系统、舰载飞机和舰载导弹惯导系统传递对准、磁测量船、其它物理测量船等方面的应用。最后针对位于舰船的中心航姿系统和局部基准部位的陀螺和加速度计等测量部件的不同配置,详细给出了用惯性测量匹配法测定并消除船体变形影响的三种实施方案,比较了各方案的特点、计算过程和系统输出数据。这些方案对于在役舰船和现代舰船的船体变形监测和航向姿态修正具有借鉴作用。

基于姿态匹配的船体形变测量方法

针对激光陀螺船体形变测量系统,提出了一种新的基于姿态匹配的形变测量解算方法。该方法不同于以角速度差作为观测量的惯性测量匹配法,而是基于两套激光陀螺系统的姿态信息。确立了新的形变测量滤波观测量,并建立线性量测方程。两套激光陀螺系统直接利用激光陀螺输出的角增量数据相对于惯性空间进行姿态更新,惯性坐标系取为各自初始时刻的载体坐标系,完全回避了系统初始对准问题,且充分利用了激光陀螺角度测量精度高的特点。仿真结果表明,该方法能够有效实现船体形变的高频精确测量,仿真测量精度优于15″,为激光陀螺船体形变测量技术进入工程应用打下了基础。

考虑准静态缓变量的船体角形变测量

针对船体静态角形变缓慢变化的特征,在Mochalov船体角形变理论和姿态匹配算法的基础上,提出了一种用角速度的一阶Markov过程来描述静态角形变缓慢变化行为的方法。考虑到静态形变角速度变化较慢、相关时间较长的实际情况,一阶Markov过程可进一步简化为随机游走过程。仿真结果表明,视"准静态"角形变为常量的Mochalov角形变模型无法跟踪"准静态"角形变的缓慢变化,精度较差;而新的形变模型不仅能够跟踪缓慢变化的"准静态"角形变,对于转舵等因素引起的短时大幅角形变也同样有效,总形变测量精度优于30″(RMS),这为激光陀螺船体形变测量技术进入工程应用打下了基础。

消减舰船变形的影响和为全舰提供高精度姿态基准

引用国内外一些文献列举的现代舰船船体变形的数据,论证了消减船体变形的影响和为全舰提供精确的姿态基准的重要意义。对舰载航向姿态基准的功能、性能与特点进行了综述。介绍了基于激光陀螺和光纤Bragg光栅传感器测量船体变形的新方法。最后,探讨了分布式姿态基准系统的技术方案。

车载平台变形对测角误差的影响分析与修正

分析了车载平台变形对经纬仪测角误差的影响,将平台变形分为平移变形和旋转变形转两类。采用数值模拟实验论证了平台旋转变形是影响测角误差的主要因素,建立了车载经纬仪测角误差与旋转变形角的关系模型,并在此基础上对目标位置和平台旋转变形对测角误差的影响进行了仿真。利用基于莫尔条纹的自准直测量系统测量平台偏向角,倾角传感器测量平台倾斜角,对测量得到的结果进行了实验验证。数据分析表明:该模型能有效修正因车载平台变形而带来的测角误差,使方位测角精度提高了103.7″,高低测角精度提高了89.4″,为实现车载经纬仪高精度测量提供了理论依据和技术支持。

模型变形视频测量的相机位置坐标与姿态角确定

高速风洞试验中的模型变形视频测量(VMD)要求双(多)相机大角度大重叠的测量方式,而通过现有共线方程的线性化模型难以取得高精度的相机位置与姿态角,故推导包含共线方程泰勒展开二次项的非线性误差模型,建立3控制点的VMD相机位置与姿态确定技术。多个工程实例表明该技术能取得高精度的相机位置坐标与姿态角,有实用价值。