柔性光伏系统颤振性能的节段模型试验研究

柔性光伏支架的频率低、质量轻,极易在风荷载作用下发生大幅振动。以某实际柔性光伏项目为工程背景,借鉴桥梁抗风的研究经验,对该柔性光伏支架的颤振性能进行研究。首先,考虑严格的相似比关系,设计并制作了弹性悬挂节段模型系统,并对其动力特性进行了测试;然后,进行不同光伏组件倾角(-39°~+39°)下的弹性悬挂节段模型测振风洞试验,研究光伏组件风致响应随风速的变化规律,得到各倾角下柔性光伏节段模型的颤振临界风速值,探讨2种气动措施对提高柔性光伏支架颤振稳定性的效果。结果表明:在0°~39°的正倾角工况下,柔性光伏支架的颤振临界风速随光伏组件倾角的增大,呈现先减小后增大的趋势,最小颤振临界风速出现在12°~21°光伏组件倾角范围内,折算成实际风速为9.6m/s;在-39°~0°的负倾角工况下,颤振临界风速随光伏组件倾角的增大,也呈现先减小后增大的趋势,最小颤振临界风速出现在-21°~-12°光伏组件倾角范围内,折算成实际风速为10.1m/s;设置中央稳定板的气动措施难以有效提高柔性光伏支架的颤振临界风速。

砂土中能量桩单桩水平承载特性模型试验研究

为探究能量桩单桩水平承载特性,针对砂土中能量桩在水平荷载下的承载特性进行研究,基于模型试验,分析了水平荷载作用下能量桩在制冷和加热过程中的桩顶位移、桩前土压力以及桩身弯矩等的变化规律。研究结果表明:制冷会引起能量桩桩顶水平位移略微增大,增量为0.48%D(D为桩体直径),而加热会引起较大的桩顶水平位移,达到了2.38%D;制冷和加热在初始阶段会引起桩前土压力增大,初始增长阶段结束后,土压力变化较小,多为缓慢增长或基本不变。相较于初始土压力,制冷和加热结束时的土压力基本呈增长趋势,仅个别埋深处土压力减小。制冷过程中,埋深0%L~40%L(L为有效桩长)范围内的弯矩增大,埋深40%L~100%L位置处的弯矩变化较小;加热过程中,埋深0%L~60%L范围内的弯矩均有所增大,0%L~40%L位置处的弯矩增大最为明显。制冷和加热过程中均在20%L处产生了最大弯矩,最大弯矩的增加量分别为9.93%和10.32%。进一步基于圆孔扩张理论提出了弯矩计算的理论解,并与试验结果进行对比分析,理论计算值与实测值较为吻合。

地震液化离心机振动台模型试验与LEAP研究进展

离心机振动台模型试验是研究地震液化问题的重要手段,一方面可重现场地地震响应和揭示液化致灾规律,为发展工程设计方法提供依据;另一方面可以作为特定边值问题的标准模型试验数据,验证数值方法与土体本构模型及其参数选取的合理性。介绍了离心机振动台模型试验的试验原理,回顾了离心机振动台模型试验在地震液化领域的主要研究进展。围绕由中国、美国、日本和英国等国家高校与研究所联合开展的国际合作项目“液化试验与分析”(LEAP),重点介绍了若干为提高离心机振动台模型试验可重复性而发展的物理模拟新技术,包括离心机振动台的台面振动控制技术、模型土体弹性波速测试技术和基于图像分析的动态位移监测技术等。最后针对地震液化领域的若干工程和研究需求,探讨了离心机振动台模型试验领域的发展趋势。

串珠状溶洞数量影响灌注桩顶部水平受拉特性试验研究

采用室内模型试验,对比研究串珠状溶洞数量对灌注桩顶部水平受拉特性的影响,为岩溶强发育区嵌岩桩的水平承载力设计提供试验依据.结果表明:1)桩顶水平荷载相同时,上部土层段桩身水平位移、桩身弯矩(峰值)、桩侧土抗力随溶洞数量的增多而增大,单桩水平承载力随溶洞数量增多而明显减弱.2)上部土层段桩身水平位移随桩顶水平荷载增大而增大,桩顶水平位移最大,嵌岩段很小甚至为0;弯矩M-深度z曲线整体呈抛物线形,桩身弯矩在土岩界面和上层溶洞与底板界面呈现2个峰值,弯矩的变化仅仅影响到上层溶洞及其底板,第2层溶洞及其以下的弯矩几乎为0,土岩界面弯矩最大、截面最危险;土抗力p-深度z曲线呈“凸肚”形.3)溶洞数量增加,位置越高,p-y曲线越容易收敛,可以采用p/pub=α(y/y50)β拟合土层段的桩身p-y曲线.溶洞数量对α与β值变化幅度的影响较小,α与β值变化幅度体现p-y曲线随深度变化的敏感度,两者敏感度随溶洞数量增多而增大.4)工程桩刺穿串珠状溶洞时,为了提高单桩水平抗拉能力,建议采用注浆法改善上部岩土性质,加大土岩界面处桩身配筋率,并将桩身嵌入上层溶洞底板一定深度,防止基桩在土岩界面处发生弯曲破坏.

洞桩法地铁车站边桩结构受力机制的模型试验设计

为了方便学生更形象地理解洞桩法地铁车站边桩结构的受力机制,该文以广州地区某洞桩法地铁车站工程为依托,设计了一种简化的洞桩法车站边桩结构模型试验。基于该试验方法,演示分析了边桩结构在洞桩法车站开挖过程中的施工力学行为规律,并对比研究了不同桩型布置参数下的桩后土压力、边桩结构的力学和变形规律。通过该试验,为学生展示了洞桩法边桩结构模型的设计、制作、试验具体操作及数据监测的全过程,从而让学生更好地掌握洞桩法车站边桩结构力学行为演变规律,以及采用不同边桩布置型式的力学行为差异。

软土地层盾构掘进土体稳定性模型试验研究

针对软土地层盾构掘进周围土体稳定性问题,自主研制了TJ-TBM2015多功能微型隧道掘进试验平台,通过改变外壳直径以模拟地层损失,采用动力控制系统,微型隧道掘进机可以实现盾构隧道的连续动态机械开挖。基于试验平台进行了地表无超载、地表有局部超载和隧道临近穿越群桩基础3种工况的盾构隧道掘进试验,通过传感器监测不同工况掘进过程中地表沉降变形和隧道周围土体的应力变化,研究土体的稳定性特征,并进行横向对比分析。结果表明,隧道开挖引起的土体应力重分布主要发生在隧道中心1倍直径范围内;局部超载对土体稳定性影响有限,但超载会造成其所在位置附近地表沉降增大;群桩基础对地层起到了一定的加固和隔离作用。

基于振动台试验的鱼线固定梅瓶文物响应规律性研究

为了探索鱼线固定梅瓶文物在实际博物馆的地震响应以及抗震效果,首先选取了典型梅瓶文物,并在三层钢筋混凝土框架结构中开展了24种地震工况的振动台试验,然后建立了上述试验所用梅瓶文物的有限元模型,验证了有限元模型的准确性,最后采用增量动力分析法分析了该文物在两种常见直径鱼线保护措施下的运动响应。结果表明:鱼线固定梅瓶文物在地震作用下会产生滑移、摇摆、倾覆以及鱼线断裂等现象;不同楼层下的文物响应差别较大,尤其在大震作用下,高楼层的鱼线固定梅瓶文物易发生倾覆和鱼线断裂破坏,要重视高楼层文物的震前保护措施;在较强的地震作用下,仅依靠增大鱼线直径有时对控制文物的倾覆情况起不到关键性决定作用,需要进一步采取其它措施对文物进行保护。

基于热模型相关性验证的火面环境热平衡试验

针对热平衡试验中难以综合模拟火面复杂多变服役热环境的困难,建立一种基于热模型相关性验证的热平衡试验方法。采用真空、低压变温自然对流和低压定温强迫对流验证相结合的方式,验证高低温条件下热分析模型的对流、导热、辐射网络系数和热容等参数,并由相关性检验后的热分析模型验证设计的正确性。结果表明,板温度高于气温11~86℃条件下(气温-91℃)的自然对流传热系数为0.19~0.57 W/(m^(2)·K),4~15 m/s风速下的强迫对流换热系数为1.24~2.4 W/(m^(2)·K)修正后的热分析模型与试验结果偏差在±3.5℃以内。该方法在不完全模拟服役热环境条件下实现航天器热设计验证,提供有效的热分析模型,已成功应用于祝融号火星车热平衡试验。

沅水桃源枢纽左岸船闸桥区船模通航条件试验研究

沅江大桥通航环境十分复杂,原大桥通航孔布置不合理,严重制约了桃源枢纽二线船闸扩建工程建设。针对桥区通航条件差的问题,对其左岸桥梁通航孔布置方案进行船模试验研究,采用定床河工模型和小尺度船模试验相结合,并从船模试验的舵角、漂角和航速等航行参数进行综合分析,结果表明:在相同通航总净宽的情况下,双孔双向要优于双孔单向;桥梁通航孔右移可降低一线船闸船舶下行过桥难度,但会增加二线船闸船舶上行过桥的难度。建议左岸新建桥梁通航孔净宽应不小于220 m,桥位相比于现状桥梁右移约75 m,采用双孔双向,两线船闸分槽航行的方式。

不同因素导致的差异沉降对盾构隧道受力特性影响研究

盾构隧道在下卧地层软硬突变、局部堆载等因素影响下易产生不均匀沉降,可能诱发管片环间错台、螺栓断裂和接缝渗水等病害,危及隧道安全。然而,现有试验研究在隧道模型上多将纵向接头简化处理,难以反映盾构隧道纵向受力变形特性,对于隧道下卧软硬突变地层等工况的模拟也较为缺乏。为此,提出一种可同时模拟抗拉、抗弯刚度的“弹簧+螺栓型”接头,并以此接头制作可满足纵向力学性能相似的隧道模型,对盾构隧道进行下卧软硬突变、局部堆载等工况下的模型试验,进一步探明不同因素导致的差异沉降对盾构隧道的影响机理,并采用数值模拟验证了试验的可行性。研究结果表明:1)较单一地层而言,隧道下卧软硬突变时纵向沉降曲线呈现明显的非线性,其隧道沉降及差异沉降最值显著增大,软土侧隧道沉降较硬土侧更为显著,最大沉降、沉降差均出现在突变区软土侧衬砌处;2)下卧地层突变导致隧道横向收敛变形在纵向上分布不均,使软土侧衬砌收敛变形减小,硬土侧衬砌收敛变形显著增大;3)局部堆载对管片弯矩分布影响较小,对弯矩最值影响较大;4)下卧软土区隧道结构内力分布明显变异,隧道衬砌正弯矩区域显著增大,负弯矩区域略有减小,且弯矩最值提升显著。因此针对软硬突变地层,必要时在硬土侧隧道可采用粘钢法等方法提升衬砌横向刚度,以控制其收敛变形;软土侧隧道建议对管片进行螺栓复紧,并加强接缝防水,以减小下卧地层弱化对隧道结构产生的不利影响。

基于含冰量的冻结砂土-混凝土接触面蠕变特性

保证高含冰量冻土区桩基础的长期稳定性是多年冻土区桥梁桩基础安全服役中的关键问题,为研究含冰量对冻土-混凝土接触面蠕变特性的影响,采用自行研制的大型蠕变剪切仪,在−2℃条件下开展含冰量为6%、12%、16%、23%、36%、60%、80%的冻结砂土与混凝土接触面蠕变试验.试验结果表明:在恒定的剪应力作用下,除含冰量为6%试样出现加速蠕变外,其他试样仅出现衰减蠕变及稳定蠕变2个阶段;随含冰量的增大,试样黏性变形占比增大,含冰量为80%试样的黏性变形超过总变形量的80%;稳定蠕变速率受到干密度及含冰量的综合影响,含冰量为16%时稳定蠕变速率最小;Burgers黏弹性模型能较好地模拟高含冰量冻结砂土-混凝土接触面蠕变曲线;随着含冰量的增大,初始剪切模量和稳定蠕变阶段黏滞系数先增大后减小,初始蠕变阶段的渐进剪切模量呈幂函数减小,初始蠕变阶段黏滞系数呈幂函数增大.

欠压实斜坡桩竖向承载特性离心模型试验研究

现有的桩基理论与经验基本上是基于平坡条件下建立的,而工程中常见的欠压实斜坡桩的受力特性与平坡桩基存在着较大差异。基于斜坡桩的受力特点,开展了3组离心模型试验,研究了欠压实斜坡基桩在竖向荷载作用下的承载特性,获得了桩侧摩阻力、桩身轴力、桩体竖向位移的分布特征以及桩周土体的沉降规律,分析了边坡填筑压实度、坡比等因素对桩土非协调变形的影响。主要研究成果为:①欠压实斜坡基桩桩体受力主要包括桩侧正摩阻力、桩侧负摩阻力、桩端端阻力及边坡土体对桩体产生的下滑力等4部分。②桩周土体压实度对桩侧摩阻力沿深度分布及桩端阻力影响较大;斜坡坡度对桩侧摩阻力沿同截面桩身分布及侧阻力的峰值影响较大。③斜坡桩负摩阻力中性点约在0.5~0.6倍桩长埋深处,若按常规的承载桩基进行设计,桩体额外承受的负摩阻力和侧向荷载容易引起桩体破坏。

一种抑制后续换相失败的电流偏差控制参数整定方法

电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter-based high voltage direct current,LCC-HVDC)系统若发生后续换相失败,将严重影响交直流混联电网的安全稳定运行。文中首先针对LCC-HVDC系统故障恢复过程中电流偏差控制作用阶段易再次发生换相失败的问题,对电流偏差控制参数与换相失败之间的关系进行理论分析,发现此阶段系统若不发生换相失败,逆变侧LCC直流电压和交流换相电压须满足一定的约束关系,且该约束关系受电流偏差控制参数的直接影响。然后,基于理论分析结果,提出一种电流偏差控制参数整定方法,可改善系统故障恢复过程中对直流电压恢复速度和程度的控制要求,使系统更易满足直流电压与交流换相电压稳定运行约束关系,以降低后续换相失败概率。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真平台CIGRE标准测试模型验证了理论分析的正确性以及参数整定方法的有效性。

盾构隧道下穿高铁路基变形影响规律及加固优化研究

为研究盾构隧道下穿高铁路基施工时对路基的影响规律,探究在隧道开挖过程中运用不同加固措施对既有高铁路基的影响程度。以西安市某地铁工程为依托,利用室内模型试验对比分析盾构隧道下穿高铁CFG桩复合路基过程中,无加固、超前管幕工法加固与地表袖阀管注浆加固3种隧道施工条件下,地表沉降值和沉降槽的空间分布规律;采用数值模拟分析验证超前管幕工法加固工况下盾构隧道下穿时,高铁路基、道床的位移变化规律。室内模型试验结果表明:盾构隧道施工中采用管幕工法加固后复合地基正上方的地表沉降最大值减小28.6%,采用袖阀管注浆加固后减小18.0%,并且采用两种加固措施后的CFG桩最大附加轴力均减小20%以上。因此,在隧道掘进过程中采用一定加固措施,可改善围岩稳定性,其中管幕工法加固效果更为显著。数值模拟分析表明:采取管幕工法加固施工与不采取加固措施相比,路基最大沉降量减少33.78%,道床最大沉降量减少45.08%。因此,管幕工法加固能够有效减小对既有高铁路基的影响。

基于OCV模型优化的磷酸铁锂电池SOC估计

锂离子电池荷电状态(SOC)与开路电压(OCV)的关系曲线(OCV曲线)是影响其SOC估计精度的核心因素。针对小电流OCV(LO)测试耗时短但数据精度较低的问题,提出一种OCV模型及其优化方法。该方法基于LO测试的OCV数据,采用道格拉斯-普克算法和分段线性函数建立OCV模型。并将OCV曲线上的4个OCV点作为变量,建立了其他OCV点的随动模型,使曲线能够运用粒子群优化算法进行优化。基于优化后的OCV曲线,动态工况下的端电压估计绝对平均误差降低83.5%,采用自适应扩展卡尔曼滤波的SOC估计误差小于0.3%。该方法能够基于耗时短的LO测试获取准确OCV曲线,降低锂离子电池研究与应用的测试成本。

风力发电机叶片防除冰涂层(二):温升数值计算及防除冰性能

针对电热超疏水涂层覆冰过程中表现出的三类不同冰层形貌,该文建立了电加热融冰数值计算模型,并对仿真计算结果进行了相应的试验验证,验证结果与仿真结果基本一致,该模型能有效模拟融冰过程和温度分布。临界融冰功率的计算结果表明,电热超疏水涂层融冰所需功率大于非超疏水电热涂层,尤其在乳突状冰层出现后,融冰功率将大幅增加。电热超疏水涂层防冰试验结果表明,在雨凇覆冰环境中,超疏水性能单独作用时,叶片在覆冰前期能延缓覆冰;电热性能与超疏水性能共同作用时,叶片无覆冰形成。电热超疏水涂层用于风力发电机防覆冰具有较好的效果,但用于覆冰后的融冰时将需要更多的能量。

基于加速退化试验的漏电信号调理电路性能退化及可靠性研究

在电子电路服役过程中,元器件退化会引起电路输出特性变化,降低电子电路的可靠性。漏电信号调理电路作为一种电子电路,其可靠性直接决定了漏电断路器的可靠性。以漏电信号调理电路为研究对象,首先基于灵敏度分析方法确定影响电路性能退化的关键元器件,并对漏电信号调理电路进行了以温度为加速应力、动作电流值为退化特征量的恒定应力加速退化试验;其次根据不同温度应力下的试验数据建立基于Wiener过程的漏电信号调理电路性能退化模型,并利用极大似然估计法求取退化模型的未知参数,进而得出寿命预测的概率密度函数和可靠度函数;最后利用阿伦尼斯(Arrhenius)方程外推出正常应力下漏电信号调理电路的预测寿命。相关结论可为不同电子电路的寿命预测及可靠度分析提供支撑。

基于Arduino的SMA丝材智能修复损伤钢筋混凝土梁试验研究

为修复钢筋混凝土梁在使用阶段中由于材料老化、裂缝开展等原因造成的损伤,提出一种基于Arduino智能平台和形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA,具有形状记忆效应和超弹性特性)的智能修复控制系统,根据挠度及裂缝控制原理,设计智能修复控制装置。该装置由输入模块、处理模块和输出模块组成,当检测到钢筋应变超过限值时,输出模块升高SMA丝材温度对梁体进行修复。为验证该智能修复装置的修复性能,设计对比梁A(无修复装置)与试验梁B(加装智能修复控制装置),在加载过程中对试验梁B进行3次修复,对2根梁的跨中挠度、钢筋应变及裂缝宽度等进行对比分析。结果表明:破坏时试验梁B的跨中挠度、裂缝宽度均小于对比梁A,并且在3次修复中试验梁B的跨中挠度、裂缝宽度和钢筋应变最大回复率分别为31.0%、47.0%和71.5%。说明该智能修复控制装置可以监测试验梁受损情况并激发SMA材料对试验梁实施修复,实现钢筋混凝土梁的智能修复。

动力打桩桩周泥岩损伤特性与损伤模型

针对泥岩地基同施工场地条件下动力打入桩的承载力差异性大且部分打入桩承载力不足等异常现象,文章开展了桩周0.2m处打桩前后的桩周泥岩单轴抗压强度对比试验,和打桩后的桩端中风化泥岩三轴压缩试验,明确打桩后桩周泥岩的损伤特性,基于统计损伤理论建立考虑受打桩影响的桩周泥岩损伤本构模型,并对泥岩地基打入桩的承载性能进行探讨。研究表明:打桩后桩周0.2m处泥岩强度平均损伤28.2%,弹性模量平均损伤41.4%;桩端中风化泥岩损伤后抗剪强度参数平均值为c=217.2kPa、φ=21.6°,φ仅是同场地原状强风化和全风化泥岩的49.1%和51.4%;打桩后桩周泥岩应力-应变曲线的损伤模型计算值的与实测值吻合较好,验证模型的合理性;泥岩地基打入桩承载力异常特征为桩端受力小,但桩端沉降显著,静载破坏时桩端阻力的平均占比为5.25%;动力打桩对桩周泥岩的损伤是泥岩地基打入桩承载力异常的重要原因;泥岩地基打入桩的设计计算与数值模拟采用原状泥岩力学参数不合理,泥岩损伤后不易恢复,建议按损伤特性赋予参数。研究结果对泥岩地基打入桩的设计、施工、承载力评价有较强的参考价值。

大型低速风洞全模阵风试验支撑装置研制与验证

为适应日益增多的低速风洞全模阵风试验的需要,发展阵风试验技术,在航空工业气动院FL-10风洞研制了一套双自由度支撑装置,该装置放开了模型升沉和俯仰方向的较大运动自由度,实现了飞机刚体运动模态的模拟。装置主要结构为“钢梁+小滑车”,小滑车可在钢梁上自由滑动,避免了采用滑轨形式导致模型运动过程中出现卡滞现象;采用整流翼型与风洞上下壁板连接,减小了对风洞的破坏,降低了对风洞流场的影响;装置升沉运动高度为3 m,俯仰角范围可达±34°;升沉摩擦因数小,机构变形量小,具备模型防护功能。应用该装置成功开展了民机阵风载荷减缓试验,证明了装置设计合理,可以应用于低速全模阵风试验。