Elastic-plastic finite element simulation for diamond turning process

Using general commercial software, a coupled thermo-mechanical plane strain larger deformation orthogonal cutting model is developed on the basis of updated Lagrangian formulation in this paper. The workpiece is oxygen free high conductivity copper (OFHC copper), its flow stress is considered as a function of strain, strain rate and temperature to reflect its realistic changes in physical properties. In order to take into account the cutting edge radius effects of the single crystal diamond tool, rezoning technology is introduced into this simulation model. Diamond turning process is simulated from the initial stage to the steady stage of chip formation, and the distribution of temperature, equivalent stress, residual stress, strain rate and shear angle are obtained. The simulated principal force is compared with published experiment data and they are found to be in good agreement with each other, but poor for thrust force due to no consideration of elastic recovery for machined surface in the elastic-plastic material model.

小转弯曲线隧道TBM选型与掘进姿态调控方法

小转弯隧道施工时全断面隧道掘进机(full-section tunnel boring machine,TBM)的选型设计和掘进姿态控制具有特殊性,目前还缺乏通用的理论依据和指导方法。针对此问题,首先,对传统类型TBM小转弯选型进行研究,结合已有项目数据和几何模拟,确定传统类型TBM能适应的最小转弯半径。然后,对双盾敞开式TBM的推进系统和导向系统进行针对性设计,通过分析双盾敞开式TBM推进系统结构和实际施工,提出转弯时双盾敞开式TBM推进油缸内外侧行程差值的理论计算方法和施工过程中的姿态调控方法。最后,得出如下结论:1)当隧道转弯半径小于200 m时,敞开式TBM适应难度较大,需要采用双盾敞开式TBM;2)结合抚宁抽水蓄能电站项目实际施工情况,提出的双盾敞开式TBM的理论计算方法和姿态调控方法确保了转弯段隧道的轴线偏差在要求范围内。

基于机器视觉的农机转向半径测量方法及试验

转向半径是研究农机转向特性的重要指标,目前常用的测量方法存在着局限性大、操作复杂、价格昂贵等缺点。为此,设计了一种基于机器视觉的农机转向半径测量方法,在测试地放置标杆,农机上安装摄像机,农机运动时,记录标杆上特定点的影像经过读取图像信息计算出某一时刻的转向半径。用北斗导航系统对结果进行校验并改进,最后的测量误差在10cm以内,满足田间试验的精度要求。此方法操作分为标定、摄像和图像处理、计算等步骤,大部分时间在室内完成,可以大大减少现场工作的时间和强度,且操作简单、成本低,可以应用于农机转向特性测量。

拖拉机转向梯形优化设计研究

在现有文献研究的基础上,对拖拉机转向梯形优化设计问题进行了进一步深入研究,提出了一种以拖拉机转弯半径最小为目标的优化设计方法。以减小拖拉机最小转弯半径为目标,以转向臂长度、梯形底角和传动角为约束条件,通过推导给出了相关的数学公式,建立了拖拉机转向梯形优化设计模型。针对模型的求解,给出了一种求解该问题的改进实数遗传算法。最后,对转向梯形优化设计模型进行了实例计算,取得了良好的结果,优化后的拖拉机转弯半径较优化前减小了0.1039m。

小转弯半径叠落盾构隧道施工相互影响研究

【目的】受地铁规划线路与周边环境的限制,小转弯半径叠落盾构隧道的应用较多,叠落段上行隧道施工引起的邻近下行隧道结构上浮规律极其复杂,相应的加固措施有待研究。为此,【方法】以北京地铁上清桥站—清河站区间隧道工程为背景,通过数值模拟和现场监测,研究夹层土注浆和钢环撑加固措施对下行隧道结构上浮的影响规律和钢环撑受力特征。【结果】结果显示:单独采取夹层土注浆或钢支撑加固措施时的下行隧道结构上浮均超过控制值,采取联合加固措施时变形为4.87 mm;下行隧道第1环管片上浮变形最大,随着盾构间距增大,隧道结构上浮呈不断减小的趋势,数值模拟得到的最大的隧道结构上浮为现场监测的1.15倍;实测的竖撑拉应力最大为5.78 MPa。【结论】结果表明:夹层土注浆提高叠落盾构井之间土体强度并对抑制下行隧道结构上浮起到一定作用,临时钢环撑施作有利于限制管片变形,其中竖撑限制管片竖向的收敛变形,横撑限制管片水平净空收敛,纵撑限制了管片的上浮。研究成果可为类似小转弯半径叠落盾构隧道工程设计与安全施工提供参考。

V形TBM小曲线转弯半径适应性研究

针对V形TBM在小曲线转弯掘进过程中存在操作困难、掘进精度低等问题,文中对V形TBM主机结构机理及运动学进行研究。以某抽水蓄能电站排水通道工程为依托,首先通过建立V形TBM转弯调向模型,分析了影响V形TBM最小转弯半径大小的因素;其次,对φ3 530 mm的V形TBM主机进行改进设计,并基于蒙特卡洛法求解了两种推进系统下刀盘的可达工作空间;最后,通过ADAMS软件分析了TBM在直线掘进工况和小曲线转弯掘进工况下,刀盘与推进油缸之间的位移和速度变化关系。研究结果表明:当TBM直径相同时,6-SPS推进系统刀盘中心点的工作空间小于8-SPS推进系统的;6-SPS推进系统在直线段的掘进效率更高;8-SPS推进系统更适合复杂多变的小曲线转弯工况掘进。

考虑转弯半径的错位交叉口信号控制方法

针对城市道路错位交叉口几何线形及交通组织的特点,考虑转弯半径对交叉口车辆运行的影响,通过VISSIM仿真软件建立了错位交叉口几何参数与运行参数的关系模型,提出了两种适用于错位交叉口的信号控制方案,并以长沙市曙光南路-劳动中路-曙光中路形成的错位交叉口为研究对象,通过VISSIM软件进行仿真验证与对比分析。研究结果表明:行驶速度和饱和流率随交叉口转弯半径的增大而增大;行车延误随交叉口转弯半径的增大而减小;对于近距离错位交叉口,对饱和流率进行折减后采用协调控制可以减少车辆的平均延误,提高交叉口的通行能力和服务水平。

完整极硬岩条件下TBM连续高效破岩技术

以某项目螺旋斜坡道工程为背景,分析了影响TBM在完整极硬岩条件下连续高效掘进的因素,提出设计高效耐磨的刀盘系统,具体包括将刀间距优化至60 mm、刀具额定荷载提升至375 kN、提高刀座强度和耐疲劳性、设置两路冷却系统以控制刀盘刀具温度,并重点强化了刀盘的耐磨性;减小刃宽保证贯入度,将边刀刀圈允许磨损部分外侧加厚2.5 mm。在辅助破岩措施上,控制爆破实现人造裂隙;在连续转弯破岩技术环节上,提高TBM主轴承强度,并不断优化掘进参数进一步提高掘进效率。实践应用效果良好。

TBM盾构机大坡度小转弯半径设计研究

国内很多矿井尝试在井下使用TBM掘进开拓延深巷道,并取得了一定的实践经验。但在大坡度(≥±12°)、小转弯半径(R≤150 m)的空间螺旋线路施工条件方面研究较少。海石湾煤矿三采区总体构造为一向南倾伏的簸箕形或箱状向斜,向斜在井田东部,由于受Fh-4的影响,局部可直立倒转,中部广大区域,煤层倾角较平缓,东西两翼倾角变陡。受采区面积及地质构造影响,通过研究TBM掘进机在大坡度、小转弯半径岩巷中的掘进技术,该项技术取得较好应用效果。

煤矿用TBM主机带式输送机自适应随动结构的研究

针对煤矿用硬岩隧道掘进机(TBM)主机带式输送机的结构形式难以满足对其在推进、截割、上下坡、水平转弯、纠偏及换步等运行工况下实现小转弯半径的特殊要求的问题,提出了基于自适应随动结构的TBM主机带式输送机工作原理。该结构不仅解决了小直径TBM因内部空间小无法采用2部带式输送机上下搭接转载结构的问题,而且对大直径TBM也具有占用空间小、成本低、运行过程中粉尘污染小及噪声低等优点,有较高推广应用价值。

仿生拍动翼AUV的转弯机动特性的研究

介绍了拍动翼AUV的结构与水下运动原理,分析了拍动翼横倾转弯时的受力过程,通过两侧拍动翼运动参数差异对横倾转弯进行控制,对AUV拍动翼运动参数进行设计。通过SOLIDWORKS对AUV进行物理建模,应用沉浸式边界法对三维拍动翼的水动力性能进行数值模拟,分别计算了单周期和多周期内横倾角、转弯半径随拍动翼两侧频率差的变化情况,得出拍动翼两侧频率差在3.5 Hz~0.45 Hz时最有利于AUV的转弯机动性能。

基于无人机航拍数据的交叉口几何设计与交通运行影响分析

信控交叉口既是道路交通的瓶颈,也是路网中的事故多发区,然而现有研究对不同类型交叉口的几何特征与交通运行特征的关联分析缺乏深入探讨。文章选取上海市3个典型交叉口,运用无人机进行航拍,并从航拍视频中提取交通运行参数,对比不同交叉口几何设计参数与车辆运行特征的差异。分析结果表明:斜交交叉口易导致车辆右转轨迹分散,右转轨迹半径分布区间跨度大;而路缘石转弯半径过小,也易导致车辆的右转轨迹分散。文章将转弯半径分为3组:小半径、中等半径和大半径,建议交叉口路缘石转弯半径设计值宜在中等半径组(10~15 m)取值,同时可考虑将交叉口进口道的停止线适当前移,提升交叉口的通行效率。研究结果可为城市道路交叉口的几何设计和交通组织优化提供实测数据支持和参考依据。

一种基于汽车姿态及轨迹的道路运行风险辨识研究方法

道路是城市交通的载体,但在其使用过程中不可避免地会出现坑洼、凸起、障碍物等路面损坏,且不能被相关部门及时发现、处理。严重影响运输效率和出行安全。在对国内外研究现状进行综合分析和评价后。本项目考虑利用车载三轴加速度传感器对路面坑洼和凸起进行检测,通过开展实车实验收集车辆行驶的三轴加速度信号、速度信号和GPS信号,并开发异常路面的检测算法,该算法对坑洼和凸起的检测率达到80%以上,误报率10%以下,取得了较好的效果。同时本项目创新性考虑到部分司机面对障碍物会绕行,因此可利用汽车绕行参数检测路面障碍物。绕行时车辆主要出现的异常参数为四轮转弯半径的变化。项目组采用驾驶模拟器,收集数据,采用神经网络算法进行检测。通过四轮转弯半径,得到障碍物长度和宽度。该算法对障碍物尺寸的预测误差低于0.1m。通过车载采集终端获取到上述异常路面数据后,结合高精度GPS装置将这这些异常的位置信息通过车联网服务平台实时上传到交通管理部门的后台,使他们及时修补异常路面,提高运输效率。并可以在电子地图上标注这些异常点,为居民选择出行路线提供参考,避开这些损坏路面,提高出行安全。

客车急转工况下转向稳定的横向力系数与转弯半径计算

针对客车快速转弯或变道过急等急转工况易发生侧滑或侧翻等问题,提出采用横向力系数作为客车急转工况下转向稳定的评估指标,推导考虑悬架的横向力系数计算式;通过分析横向力系数对行驶稳定性的影响,定义了客车急转工况下横向力系数的预警阈值、危险阈值及其与车速的关系;面向主动安全控制,提出基于横向力系数阈值的转向稳定的转弯半径计算模型,选取典型客车参数,采用对比分析法对计算模型进行仿真验证,模型所得结果正确有效,与IPG Truck Maker所得极限值接近,并具有1.15~1.30倍安全系数.研究结果可为客车急转工况下的转向稳定评估及主动控制提供理论参考.

全光纤电流互感器灵敏度特性研究

在全光纤电流互感器理想数学模型基础上,建立了全光纤电流互感器灵敏度特性数学模型,该模型揭示了单位长度线性双折射、传感环半径和光纤缠绕匝数是影响全光纤电流互感器灵敏度的3个主要因素,并得出结论:最优光纤长度时全光纤电流互感器灵敏度最高,且最优光纤长度只与单位长度线性双折射有关;全光纤电流互感器灵敏度随着光纤缠绕匝数增多而增大,且增大到最优光纤缠绕匝数时,全光纤电流互感器灵敏度最高。进而提出利用有效匝数来平衡灵敏度和光纤利用率。实验验证了理论分析结果的正确性。

山地果园单轨货运机的最小转弯半径及最大承载量分析

最小转弯半径及最大承载量是设计单轨货运机的重要技术参数。该文分析了单轨货运机的结构及货运机平地运行、坡地运行的动力学特性,并通过相关试验对理论分析结果进行了验证,试验结果表明,最小转弯半径及最大承载量受货运机结构尺寸的影响,并建立了它们之间关系的数学模型。研究结果为山地果园单轨货运机及同类货运机械的设计提供了理论依据。

山地果园拆装单向牵引式双轨运输机的设计

为克服现有山地果园轨道运输机无法搬移、户外施工难度大、批量生产困难和设备利用率低等问题,设计了一种山地果园拆装单向牵引式双轨运输机,分析该机的总体结构及绳径选择、轨道最小倾角、轨道最长长度、轨道最小转弯半径和断绳制动装置的工作原理,并进行样机运载试验。计算与分析结果显示:运输机钢丝绳直径为7.7mm,轨道最小倾角为5.7°,轨道最长长度为170m,轨道最小水平转弯半径为7m,最小垂直转弯半径为2m。运载试验结果显示:运输机上行平均速度为0.51m/s,下行平均速度为0.54m/s,平均能耗为1.235kW·h,使用有效度为100%。这表明该运输机可适用于山地果园运送肥料和果品等,亦可搭载喷雾机或果枝修剪机械等进行作业。

平面转弯有压输水隧洞对进/出水口水力特性影响研究

受地形、地质等条件的限制,与抽水蓄能电站侧式进/出水口衔接的输水隧洞会存在平面转弯段.当输水隧洞的平面转弯段距进/出水口较近时,转弯角度、转弯半径R以及转弯后直隧洞长度L等参数对出流工况下进/出水口水力特性有着重要影响.平面转弯输水隧洞转弯段若布置不当,出流工况水流进入进/出水口时可能会出现偏流现象,直接影响进/出水口流量分配,然而目前缺乏平面转弯输水隧洞各参数的设计建议值.以抚宁抽水蓄能电站侧式进/出水口为研究对象,通过数值模拟的方法研究了平面转弯有压输水隧洞对进/出水口出流水力特性的影响并进行了偏流成因分析.结果表明:对于设计合理的进/出水口体型,平面转弯有压输水隧洞转弯段若布置不当,水流在进入转弯段后会形成二次流,导致转弯段后隧洞横断面流速分布不均匀,转弯段外侧流速大于内侧,进/出水口会产生偏流现象,直接影响各孔口流量分配;转弯角度的增加会使各孔口流量分配越不均匀;R和L的增加能有效改善进入进/出水口时的水流条件;当R≥30.0D(D为输水隧洞洞径)同时保证L≥10D时,或L≥40D时,水流进入进/出水口时的偏流现象可以得到有效改善.研究成果可为抽水蓄能电站侧式进/出水口连接隧洞的平面转弯布置提供设计依据.

一种全方位移动机器人的系统设计

针对机器人寻找场地黑色中心区域的任务要求,研制一种四轮驱动全方位移动机器人。依据机器人所需的驱动力,计算驱动电机的功率,并对电机进行选型,分析机器人的转向性能,设计基于ATmega128单片机的控制系统。机器人性能实验结果表明:设计的全方位移动机器人采用前、后轮逆相位转向时,运动稳定性较好,并能够准确地找到目标点。

一种新的智能小车控制策略

传统寻迹智能小车的研究局限于设定好的路径,为了提升其自主性,提出了一种新的智能小车控制策略,融合了姿态调整算法以及避障算法,并结合模糊规则库实现了转向角与速度的协调.通过曲线拟合验证了转向角与转弯半径的关系,运用坐标变换思想大大简化了智能车位置以及圆弧切点的计算,同时,由于姿态调整算法的引入,避免了大角度转弯造成的减速运行,提高了智能车的平均速度.最后通过仿真和实验证明了算法及其控制策略的有效性.