Nonlinear profile order for three-dimensional hybrid radial acquisition applied to self-gated free-breathing cardiac cine MRI

This paper presents a nonlinear profile order scheme for three-dimensional（3D） hybrid radial acquisition applied to self-gated, free-breathing cardiac cine magnetic resonance imaging（MRI）. In self-gated, free-breathing cardiac cine MRI,respiratory and cardiac motions are unpredictable during acquisition, especially for retrospective reconstruction. Therefore,the non-uniformity of the k-space distribution is an issue of great concern during retrospective self-gated reconstruction. A nonlinear profile order with varying azimuthal increments was provided and compared with the existing golden ratio-based profile order. Optimal parameter values for the nonlinear formula were chosen based on simulations. The two profile orders were compared in terms of the k-space distribution and phantom and human image results. An approximately uniform distribution was obtained based on the nonlinear profile order for persons with various heart rates and breathing patterns.The nonlinear profile order provides more stable profile distributions and fewer streaking artifacts in phantom images. In a comparison of human cardiac cine images, the nonlinear profile order provided results comparable to those provided by the golden ratio-based profile order, and the images were suitable for diagnosis. In conclusion, the nonlinear profile order scheme was demonstrated to be insensitive to various motion patterns and more useful for retrospective reconstruction.

曲线型实用堰弧形门闸孔出流流量系数分析

针对曲线型实用堰上弧形门闸孔出流流量系数经验方法确定的数值偏小问题,基于凯巴萨水电站溢流坝模型试验,采用最小二乘拟合法对实用堰上弧形门闸孔出流的流量系数进行分析,分段建立流量系数μ与闸门相对开启高度e/H的关系式表明,拟合获取的流量系数与实测值相对误差绝对值最大4.14%,平均值1.48%,预测精度较高。

数字孪生驱动的高保真水工闸门剩余寿命预测

针对水工钢闸门这种长寿命金属结构寿命预测难以预测的问题,提出了一种基于数字孪生技术的方法,获取闸门的全寿命周期数据,以达到剩余寿命预测的目的。首先利用有限元模型建立水工闸门的数字孪生体,并通过监测系统实时获取弧形钢闸门的静动力响应特性,在此基础上,以振动频率和结构应力作为响应,基于贝叶斯理论对闸门进行实时不确定性模型修正,最后利用修正的高保真模型获取闸门全寿命周期数据集,对闸门进行剩余寿命预测。结果表明:修正后的参数对应响应与实际响应偏差相比于仿真初始值更小,且剩余寿命预测结果与真实剩余寿命预测结果相似,在真实寿命预测的95%置信区间内,表明了方法的有效性和可行性。

基于机液联合仿真模型的闸门启闭机故障注入及诊断研究

为了对含故障特征的弧形闸门系统运行信号进行评估和故障诊断研究,基于某弧形闸门试验平台检测数据,建立弧形闸门启闭机构的机液联合仿真模型,进行模型相似度分析和修正。通过基于闸门实时开度反馈信号闸门状态控制策略对闸门进行工作状态的控制,提高了仿真效率和稳定性,获得更符合实际的状态特征。在模型中注入液压系统与机械系统故障,分析故障对闸门运行信号产生的影响。为了充分体现故障特征信息,选取多个信号进行融合并调整权重分配,基于加权多通道数据融合方法解决了故障识别精度波动大的问题,为了提高网络模型的泛化能力,在网络模型中加入残差结构进行优化,基于迁移学习的卷积神经网络解决了故障识别精度低的问题。结果表明,构建的模型可以表现出弧形闸门工作过程中重要信号比如压力、流量、振动等信号特征的动态变化;使用改进后的加权多通道数据融合的基于残差结构优化的神经网络准确率达到了97.17%。

纵向框架连接系对露顶式弧形钢闸门静动力特性影响分析

弧形钢闸门是水利枢纽中重要的泄水建筑物,根据事故案例发现弧形钢闸门多因支臂失稳而发生破坏,布置支臂连接系在一定程度上可以增强闸门稳定性,但目前连接系种类众多且无明确规范布置方法。以露顶式三支臂弧门为研究对象,采用CAD-CAE联合仿真的数值模拟方法综合探究了不同形式连接系对该闸门静动力特性的影响。结果表明:连接系的布置可以显著提高闸门刚度,改变闸门结构应力分布,降低最大应力;支臂内部腹杆和斜杆对闸门静动力特性提升效果显著,应进行优先布置;在数值模拟中支臂连接系等构件对模拟结果影响较大,采用空间有限元法对弧形闸门支臂校核时应尽量避免对支臂连接系进行过度简化。研究成果对弧形钢闸门支臂连接系布置及有限元计算具有一定参考意义。

不同主横梁建模方式对弧门静动力学模拟结果影响

针对弧形闸门有限元分析中采用不同建模方式易造成数值模拟结果差异性的问题,以贵州乌江沙沱水电站大型露顶式弧形闸门为例,从计算原理角度探究了主梁翼缘采用节点耦合法、厚度叠加法两种建模方式对闸门静动力学计算结果(三维非线性静力学、模态分析和瞬态动力学)的影响。通过对比分析发现:采用厚度叠加的简化方式增加了构件的刚度,对闸门静力复核不利;两种建模方式对闸门干湿模态下的振型和自振频率影响较小;采用节点耦合法获取的支臂垂向振动程度较厚度叠加法结果略大,支臂与主横梁连接处敏感区域的动应力较厚度叠加法结果明显增大。两种建模方式对闸门整体结构属性影响有限,对支臂与主横梁连接处等敏感区域进行计算复核时应尽量采用节点耦合法,使计算结果更偏于安全。

露顶式弧形闸门流固耦合数值模拟正反分析

针对表孔局开泄洪诱发露顶式弧形闸门流激振动问题,借助计算流体力学(CFD)软件Fluent和计算结构动力学(CSD)软件Mechanical APDL构建闸门与泄洪水流的流固耦合传递数学模型,计算并分析闸门在泄流时的振动特性,基于模态叠加法原理编制闸门流激振动反分析程序,实现对闸门流激振动的动力响应结果的反分析。以乌江某工程露顶式弧形闸门为例进行正反分析,结果表明:采用大涡模拟(LES)的紊流模型得出闸门面板的脉动压强具有低频、窄带的特性,基本符合正态分布;利用模态坐标和振型向量、应力向量合成计算闸门的结构动力场,反分析得出的动位移场、动应力场与采用完全法正分析得出的结果基本一致,验证了反分析方法的合理性和程序的适用性。

露顶式弧形闸门闸坝一体化静动力学研究

针对现有露顶式弧形闸门静动力学分析存在一定简化的问题,应用ANSYS有限元软件对比分析了闸门单体和闸坝一体化的静动力学特性。以某水电站溢流表孔弧形闸门瞬启工况为例,建立了考虑止水摩阻、支铰体系和预应力锚索的闸坝一体化有限元模型。研究结果发现:在静力学方面,两侧止水对闸门各钢结构构件应力影响不大,最大差值为14.08%;闸坝一体化得出的固定支铰应力分布较闸门单体更为合理;锚块对闸门结构整体位移结果影响较大,闸门单体整体位移<不考虑锚索预应力的闸坝一体化整体位移<考虑锚索预应力的整体位移。在动力学方面,考虑流固耦合效应下止水降低了闸门结构的各阶频率;预应力锚索对闸坝一体化动力特性影响较小。

滑坡涌浪作用下弧形闸门动力响应数值分析

库岸滑坡是一种常见的地质灾害,滑坡体入库后诱发的涌浪可能会严重威胁库区内闸门结构稳定性。针对弧形钢闸门在滑坡涌浪作用下的动力响应问题,以某深孔弧形工作闸门为例,通过自编有限元程序模拟滑坡涌浪过程,将计算出的涌浪动水压力转化为闸门的节点荷载,基于动力时程法得到闸门动力响应,并结合闸门静力计算结果进行对比分析。结果表明,在滑坡涌浪作用下,主梁后翼缘和竖梁后翼缘的应力响应最大,闸门各个构件中支臂的位移响应最大;相比于正常蓄水位时的滑坡涌浪,死水位时的滑坡涌浪对闸门结构应力和位移响应的影响更大。

船闸反弧门设计要点

反弧门设计边界条件复杂、计算参数难以选定,目前缺乏相关设计指导文献,设计难度大。通过大藤峡船闸反弧门相关的模型试验研究,并总结葛洲坝、三峡和大藤峡船闸反弧门设计经验,得出可有效抑制空化现象的廊道体形;依据闭门速度快慢选取动水荷载系数;采用全包板门体结构和流线型底缘可减小水流扰动,改善流态,减小气蚀破坏;启闭力计算时需要考虑水柱力和水阻力等设计要点和合理化建议。

不同水头下深孔弧形工作闸门地震响应分析研究

水工钢闸门被广泛应用于我国西南地震高烈度地区。为了确保在脉动水流与地震荷载作用下的安全可靠运行,需要分析不同水头下闸门的抗震性能。采用ANSYS建立三峡大坝某深孔弧形工作闸门有限元模型,基于动力时程法,对其开展地震响应分析,研究闸门在无水、20 m、40 m、60 m和85 m水头下动水压力与地震荷载对闸门强度、刚度的耦合影响。结果表明:水头越高,闸门在有、无动水时的最大应力及主横梁径向位移差值越大,动水压力对闸门的地震响应影响越显著。该研究对于同类水工钢闸门的地震响应分析具有参考借鉴意义。

附加质量法和FSI法用于弧形闸门动力特性分析的适用性

为研究附加质量法和流固耦合界面(FSI)法用于弧形闸门动力特性分析的适用性,首先通过建立弧形闸门有限元模型,采用收敛性分析的方法研究了FSI法计算时流体长度的合理取值,保证了流体-弧形闸门系统自振频率的计算精度。其次,从弧形闸门水头高度和刚度的角度出发,比较了采用附加质量法和FSI法对弧形闸门流固耦合效应的模拟结果,讨论了采用简化的附加质量法的适用性。最后,根据有限元计算的数值结果讨论了流固耦合效应对弧形闸门动力特性的影响。结果表明:(1)FSI法中流体长度取2倍水头高度可代替实际流体的无界性;(2)在水头较低且闸门刚度较大的情况下,采用附加质量法模拟流固耦合效应能在保证计算精度的基础上提高计算效率。随着水头增高,精度有所下降。此时,弧形闸门的自振频率明显降低,并且主要的变形由支臂转移到面板,有必要采用FSI法代替附加质量法来确保计算精度。

三峡大坝深孔工作闸门流激振动特性研究

为深入探究三峡大坝深孔弧形工作闸门运行时的流激振动特性,对其进行了原型观测研究。结果表明:在闸门启闭动态运行时,其动位移极值和加速度极值都相对较小,振动较小;在启门、停门瞬间,闸门的动位移极值和加速度极值都明显增大,振动较大;当闸门开度在0.6~0.7时,闸门发生了强迫振动;1号、12号深孔弧形闸门在运行时都不同程度受到了流激振动的影响,但都属于微小或中等振动,处于安全范围内。相关成果可供大坝安全运行管理及闸门设计制造参考。

止水点位于堰顶下游的弧形闸门流量系数试验研究

当弧形闸门止水点位于曲线实用堰堰顶下游时,闸孔出流的流量系数没有可参考的理论或经验公式进行计算。为此选用理论分析和物理实验方法,建立曲线实用堰和闸门的正态模型,测量不同开度条件下水位流量关系,并分析闸孔出流流量系数与相对开度之间的关系。此成果既可用于评估闸孔出流的泄流能力,也可为水库闸门调度方案的制定提供依据。

巨型闸门关键技术研究及在白鹤滩水电站的应用

文章介绍了白鹤滩水电站巨型闸门和启闭机等金属结构设备的多种技术创新,包括超宽横向三支臂弧形闸门创新设计、193 m超高水头平面闸门优化设计、高水头弧形闸门充压式止水方案研究、超大容量弧形轨道门机设计研究、百万机组进水口液压启闭机启闭容量设计等。上述关键技术的创新攻关,保障了白鹤滩水电站的泄洪安全、引水发电安全,助力了电站成功投产运行。

某水电站泄洪洞工作闸门室弧门支撑梁结构受力及配筋研究

某水电站左岸山体内平行布置3条泄洪洞,有压洞与无压洞衔接部位设工作闸门室连通3条泄洪洞,闸门室底部采用弧形工作门控制水流,弧门支撑大梁布置于工作闸门室洞挖后的反坡段。弧门支撑大梁断面较大,属大体积混凝土结构,施工期受温度荷载作用,与反坡段岩体接触关系多变,联合受力问题复杂。为此,采用FLAC~(3D)软件,考虑运行期各设计状况及荷载效应组合,重点分析了闸门室支撑梁结构与围岩形成联合承载特性,并据此开展支撑梁结构内力计算、结构配筋设计。研究成果可为其他类似工程泄洪洞闸门室弧门支撑梁配筋提供参考。

不良地质条件下山体内弧形闸门竖井塌方处理措施

轿子山水库山体内弧形闸门竖井塌方,竖井下游侧倒悬体失稳,边坡垮塌冒顶。如何有效处理塌方,加固已失稳的倒悬体,防止二次开挖时竖井倒悬体再次坍塌,确保闸门竖井建成后安全运行是关键。在塌方处理中先对井内坍塌漏斗进行回填,后用混凝土梁+锚筋桩+固结灌浆联合从井口对下部岩体进行加固,再用锚喷支护+固结灌浆对井壁进行加固的措施,有效处理了塌方冒顶,联合支护对坍塌体起到良好的加固作用。

复杂弧形闸门结构的CAD-CAE联合分析方法

针对闸门—闸墩结构有限元分析时前处理操作的复杂性,在三维实体建模软件SOLIDWORKS及网格划分软件HyperMesh中完成三维实体模型建立、组件整理、网格划分、设置约束及接触连接等复杂操作,在ANSYS APDL中仅需导入文件进行计算与数据处理。某工程闸门—闸墩实例分析结果表明,该方法综合了各软件优势,过程清晰,操作简单,易于修改,且各软件间数据传递完整,能提高复杂结构有限元分析效率。采用的前处理方法,仅需修改部分参数也可适用于ABAQUS/WORKBENCH等其他有限元计算软件中,可为类似弧形闸门设计及复核提供参考。

三峡南线船闸反弧门及启闭机安全检测与评价

三峡南线船闸已运行多年,因输水廊道的环境恶劣、水头高、流速大、气蚀、泥沙冲蚀等不利因素的影响,为全面了解反弧门及液压启闭机的安全现状开展了此次安全检测。根据SL101-2014《水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程》,进行了巡视检查、闸门外观检测、启闭机性能状态检测、腐蚀检测、无损检测、闸门结构强度及启闭机容量复核。依据现场检测和结构强度复核,南线船闸反弧门及启闭机评定为“安全”,但反弧门需局部消缺,以确保船闸的持续安全稳定运行。

小样本下基于CNN-GRU网络的弹丸落点预测

为充分挖掘弹丸径向速度在时空上的规律,提高弹丸落点预测精度,提出了一种基于卷积神经网络结合门控循环单元的弹丸落点预测方法。分别利用卷积神经网络(CNN)和门控循环单元(GRU)网络对弹丸的径向速度在时间和空间上的强相关性特征进行提取,学习弹丸高度复杂的非线性飞行轨迹,构建弹丸落点预测模型。通过某型炮弹径向速度数据作为训练集和测试集进行弹丸落点预测,并与MLP、LSTM和CNN-LSTM时序预测方法进行比较。实验结果表明,CNN-GRU预测模型能够有效提取径向速度序列中的时空间信息,学习出弹丸相对雷达的位置,相比其他模型具有预测精度高、收敛速度快且稳定性好的优势。