过程系统中人机界面布局设计的实验研究

过程设备的操作安全与人机界面设计有着密切联系。本文主要是研究人机界面布局设计。首先,根据FBS框架理论及PCP理论给出了用于过程设备系统三类布局不同的界面,即S类界面,SS类界面和NS类界面。然后,对三种界面进行了相同系统操作环境下的实验比较,包括三个操作任务,分别是正常控制、错误检测和错误诊断。工作好坏由两种类型的测试指标评断:功能测试指标和主观测试指标。实验结果包括:(1)NS类界面在错误检测任务最有效,而且操作人员的脑力负荷最低;(2)S类界面最适合正常操作任务;(3)三类界面对错误诊断任务没有明显区别。最后,对实际生产提出界面布局设计应当采用NS类界面的建议。

热—机载荷下厚壁圆筒自增强压力与安全性分析

推导厚壁圆筒在内压及热梯度载荷作用下的最佳自增强压力,并基于ANSYS优化分析结果对理论解进行验证。同时进一步探讨循环热机载荷下自增强对厚壁圆筒安定行为的影响。结果表明,不考虑热载荷时自增强处理会增大工作状态下圆筒内外壁应力差,从而降低结构的疲劳强度;当量纲一温度tn≤0.75时,最佳自增强压力的理论解与数值解一致,最大误差不超过1%,而当0.75<tn≤1.00时二者偏差较大,但此时内外壁等效应力差很小,结构无须进行自增强处理;另外,在常内压和循环热载荷下,自增强对厚壁圆筒的安定性影响很小,工程上可根据解析解进行自增强处理,提高结构的承载能力。

基于人体步态识别的热释电红外传感报警系统

针对热释电红外传感器对运动后静止的人体无法感应的缺点,设计了一种基于人体步态识别的热释电红外报警系统,大大提高了系统感知智能度,减少了报警的误报率。该系统利用热释电红外传感器(PIR)作为探头,将感测到人体的红外信息转换成电压信号,通过滤波、放大等信号调理以及经过数据采集后,将信号传递给单片机处理,结合人体运动特征进行步态识别,从而实现智能报警,达到安全防护的目的。研究结果表明,基于人体步态识别的热释电红外报警系统具有性能稳定、灵敏度高、误报率低等优点,适合各种安全报警的场合,具有广泛的应用前景。

基于图像压缩传感的光学单点成像系统

压缩传感理论(Compressive Sensing,简称CS)以远低于奈奎斯特采样频率对稀疏信号进行全局观测,通过少量观测值即可准确重构原始信号,突破了香农采样定理的瓶颈,使得宽带信号和高分辨率信号的采集成为可能。目前压缩传感理论大都停留在理论研究和仿真阶段,鲜有涉及将该理论硬件化进行实践应用。文中介绍了最小均方差线性估计(MMSE)算法,通过与常用重构算法的仿真重构对比,突出了MMSE算法的优越性,证明了该算法在低采样率下重构质量较高,且具有较好的实践应用潜力。并进一步搭建了光学单点成像系统对压缩传感理论进行应用研究,实验表明该系统成像效果良好,具有较好的应用价值。

织物瑕疵的实时光电检测系统

针对织物人工视觉检测效率低下的问题,研究了基于单片机的光学检测系统,实现了织物实时高效的自动瑕疵检测。采用光透射的单点扫描方法来实现稀疏经纬线的织物的检测具有高信噪比的优点,因为在这种情况下透射光远远大于发射光。由光电传感器的输出信号可以提取织物的瑕疵信息,此信号经过放大滤波并采样至单片机,最后经单片机定量分析和评估并发出瑕疵报警。研究结果表明,基于单片机的光电检测系统有较好的实时性、鲁棒性,并具有较高的检测精度,该系统可以推广至纺织企业,具有较好的应用前景。

基于频谱校正技术的光学相干振动和热变形层析系统研究

本文提出采用基于频谱校正技术的增强型频域光学相干层析系统(EOCT)及其在非接触结构振动和热变形检测的应用.该EOCT系统采用基于CCD的宽带光谱仪以及宽带低相干的白光,所以这个增强型光学相干层析系统具有很高的检测分辨率,可达到0.9μm精度.但是,由于光谱信号作傅里叶变换的过程中产生了能量泄露,从而导致振动或热变形检测存在一定程度的误差.为了解决这个问题,本文提出采用一种频谱校正技术来校正此误差.从振动、热变形以及压电驱动器标定等实验的结果可知该方法的检测精度最高可达0.1μm.因此,自研制的EOCT系统在非接触振动、热变形测量以及压电驱动器在线标定等领域具有很好的应用前景.

热轧常化焊接机组结构及控制系统的优化

在热轧常化机组中,焊机设备处于非常重要的地位。通过对氩弧焊机机械结构和PLC控制系统的改进,提高了带钢对中和焊接间隙控制精度,保证了带钢卷板焊接质量,保障热轧常化机组现场生产的正常运行。

核电压力容器安全端失效评定曲线研究

建立了典型核电压力容器安全端结构的三维有限元分析模型,对假想存在于焊缝中不同尺寸的内表面周向裂纹进行有限元断裂力学分析,按英国中央电力局的内部规程——含缺陷结构完整性评定(R6)选择3(R6中失效评定图有3种,即选择1、2、3)的方法构建与安全端复杂结构、焊接坡口几何、异种金属接头区复杂材料及裂纹尺寸相关的准确的失效评定曲线(FAC)。研究发现,随裂纹深度和长度的增加,失效评定曲线下移,逐渐靠近R6选择1曲线,最大尺寸裂纹的FAC下移到了选择1曲线之下。说明对于核电安全端中的小尺寸裂纹,用选择1的通用FAC评定将得到过于保守的结果;而对于大尺寸裂纹将可能得到非保守的结果。因此安全端准确的缺陷评定应选择与裂纹尺寸相关的准确的FAC。文中对裂纹尺寸影响FAC的机理也进行了分析。

基于光纤光栅应变传感系统的在役港口起重机结构健康监测

港口起重机工作环境恶劣、使用频繁,且服役周期长,其金属结构随着服役时间的增长必然会出现不同程度的损伤。为了掌握在役港口起重机运行时的健康状态,研究了基于光纤光栅应变传感系统的在役港口起重机健康监测。采用具有温度补偿功能的反射式光纤光栅传感系统对港口起重机几种典型工况(变幅、旋转、吊重和卸载完整过程等)进行了实时在线监测。现场实测结果验证了该方法的可行性并突出了港口起重机结构状态检测的必要性,现场实测结果也为港口起重机的在线安全诊断和预测提供了数据支撑。

聚乙烯管道缺陷的红外热成像模拟及实验研究

针对聚乙烯(PE)管道内部缺陷检测中存在的问题,利用了有限元法模拟了PE管道的瞬态传热过程。计算模型中,在管道的内表面施加恒热流边界条件,内部缺陷会对管道表面的温度分布产生影响,从而建立起了温度分布与缺陷的大小和位置之间的关系。为了验证有限元模拟热像图,搭建了基于电加热棒热激励方式的聚乙烯管道红外热成像实验平台,该平台采用高灵敏度高速红外热像仪作为检测设备。通过模拟和试验,比较研究了不同深度、不同直径的缺陷的温度随位置的变化曲线。研究结果表明,实际试验结果和有限元模拟结果基本吻合,验证了模拟结果的正确性;也说明了有限元数值计算方法可以作为研究红外热成像技术的一种手段,为基于红外热成像技术的聚乙烯管道内部缺陷检测技术提供了数值模型。

基于线阵CCD和USB控制器的光谱采集系统

为了降低光谱采集系统中硬件电路的设计的复杂性,设计了一种基于线阵CCD和USB控制器的光谱采集系统。该光谱采集系统主要包括超高灵敏度线阵CCD传感器、CCD专用的A/D转换器AD80066以及CY7C68013 USB控制器;USB控制器兼备对CCD和A/D转换器的驱动以及数据传输控制的功能。实验结果表明,该光谱采集系统具有较好的信噪比(SNR),在微型光谱仪上具有较好的应用前景。

结构声发射的数值模拟及实验研究

由于声发射源产生的瞬态弹性波会在传播过程中产生各种频率和模态的声发射信号,这给应用声发射技术进行无损检测带来一定困难。针对声发射信号在实际介质中传播的复杂性,为了研究弹性波的传播对波形的影响,提出了利用有限元方法模拟声发射信号在薄铝板的传播及几何形状边界反射过程,得到声发射波形的时域特征,进一步分析了声发射信号在铝板中的传播特性;搭建了与有限元模型相应的声发射断铅实验系统来采集断铅信号。试验及研究结果表明,利用声发射断铅实验系统获得的信号与有限元计算方法得到的模拟信号基本吻合,说明有限元数值计算方法可以作为分析声发射信号传播过程的一种手段;该结果为基于声发射的结构缺陷检测技术提供了数值模型,同时声发射技术用于无损检测也有了更精确的理论基础。

电站气体绝缘金属封闭开关闸刀位置远程目视监控系统设计与应用

在分析气体绝缘金属封闭开关(GIS)重要性的基础上,进行了GIS闸刀目视监控系统的研究,设计制作了电磁屏蔽摄像头、构建了抗高压电磁波冲击信号传输系统与GIS开关状态图像数据库,并进行了现场应用试验。试验结果验证了GIS闸刀目视监控系统的先进性、有效性、实用性与可靠性。

高温蠕变与断裂评价的若干关键问题

简要介绍了现代高温装置的发展现状,认为高温装置的安全保障是后工业文明时代无法回避的问题.为了实现重大高温装备的设计制造和安全运行,高温下材料的寿命预测与结构失效评价是其中关键.针对基于Arrhenius方程的寿命外推方法存在的问题,提出要致力研究高温材料蠕变老化过程的物理化学动力学机理;针对实际结构引入的复杂应力状态,提出应构建拘束下的高温断裂理论;针对复杂载荷和环境的影响,应建立多损伤机制下的材料结构-体化的统一失效评价方法.

工业纯钛TA2的低温蠕变行为(英文)

对工业纯钛TA2在150℃（精对苯二甲酸装置钛冷凝器的工作温度）下的蠕变行为进行了研究。单轴拉伸蠕变试验结果表明，150℃下TA2材料蠕变第1阶段服从指数规律 ε = βt°。第1阶段蠕变衰减速度（时间指数口值）分别在160-200MPa和220-240MPa的试验应力范围内呈分阶段恒定的趋势。在较低的应力条件下（低于200MPa），蠕变第1阶段的衰减速度较大，第2阶段存在蠕变饱和现象，且随着应力的降低，达到饱和所需的时间缩短。由此可以推论，第2阶段蠕变饱和的出现与第1阶段蠕变衰减速度密切相关，且在低温和较低的应力条件下，蠕变行为主要以第1阶段为主。

基于蠕变的高温构件应力松弛损伤模型

基于Schlottner-Seeley平均蠕变断裂速率原理和松弛方程,构建了应力松弛损伤模型;采用该模型对高温紧固材料1Cr10NiMoW2VNbN进行了损伤预测和实验验证。结果表明,该模型预测的数据与实际试验结果吻合较好。

ASME PCC-1—2010《压力边界螺栓法兰连接安装指南》的解析

螺栓法兰连接的正确安装对保证法兰接头的结构完整性和连接密封性两者都具有重要意义。2010年ASME颁布了ASME PCC-1《压力边界螺栓法兰连接安装指南》修订版,以替代2000年的第一版。2010年修订版体现了螺栓法兰连接的最新研究成果和工程实践经验。主要对2010年修订版中的新增内容及其特点进行了介绍和分析。

双盘双呼吸型裂纹转子的非线性动力学特性

采用有限元方法建立了双盘双呼吸型裂纹转子系统的动力学方程,利用应变能释放率方法得到了裂纹单元的刚度矩阵,采用应力强度因子为零法模拟裂纹的呼吸效应,研究了双裂纹转子振动响应的特点,以及在一个稳态旋转周期内裂纹轴刚度时变规律,分析了不同裂纹深度和裂纹夹角对转子振动响应的影响。

Cu-10Cr-0.4Zr形变原位复合材料的组织演变特征

制备了Cu-10Cr和Cu-10Cr-0.4Zr合金,并经冷变形形成了原位复合材料。研究Zr添加剂对合金铸态组织和复合材料的纤维形貌的影响,以及随着形变率的提高β-Cr纤维演变特征。研究表明,在Cu-10Cr合金中添加的0.4%（质量分数）Zr,Cr析出相的直径由15-80μm细化到10-20μm;对Cu-10Cr-0.4Zr合金能谱分析表明,在Cu-10Cr-0.4Zr铸态组织中存在Cu5Zr相的形成和析出;随着形变率增大,β-Cr相之间的间距不断减小,其宽厚比也进一步增大,纤维相发生比较明显的弯曲和扭折,特别是当形变率η=6.2时,纤维相的厚度能够达到250-350nm,纤维相变形和分布也趋于均匀;当η=6.2时,Cu-10Cr-0.4Zr形变复合材料的抗拉强度达到1089 MPa,采用改进的Hall-Petch公式计算其值为1037 MPa,理论计算数值与观测结果基本一致。

小冲杆试验方法标准化研究(二)——材料室温拉伸性能的确定

在试验研究和数值分析的基础上对小冲杆试验的载荷—位移曲线进行了分析,并对材料屈服载荷的确定方法进行了讨论。通过对50余种材料进行小冲杆试验研究数据的分析和处理,归纳出了对材料屈服强度、抗拉强度、断后伸长率和断面收缩率的关联方法,给出了材料常规性能关联参考公式,给中国小冲杆试验标准的制订提供了依据。