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基于光纤光栅的深部硬岩隧洞三维扰动应力测试系统研制及工程应用

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岩石力学与工程学报 2024年第2期43卷 261-274页

作者：李邵军郑民总中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

扰动应力及其演化是深埋隧洞围岩稳定性及灾变的最重要因素,目前对硬质围岩三维扰动应力的研究局限于解析解和数值模拟,缺乏可靠的原位测试技术与装备。考虑深部硬岩隧洞工程复杂地质环境,系统分析扰动应力的测试原理和理论基础,研发基... 详细信息

扰动应力及其演化是深埋隧洞围岩稳定性及灾变的最重要因素,目前对硬质围岩三维扰动应力的研究局限于解析解和数值模拟,缺乏可靠的原位测试技术与装备。考虑深部硬岩隧洞工程复杂地质环境,系统分析扰动应力的测试原理和理论基础,研发基于光纤光栅与空心包体的扰动应力综合传感技术,研制三维扰动应力单孔多点分布式原位测试系统;通过密封油压高精度标定设备,实现对空心包体单元光栅和传感器装置的整体精确标定,结合室内混凝土模型试验,验证了应力测试系统的准确性。以锦屏地下实验室二期隧洞工程为依托,开展扰动应力现场测试,首次原位测试获得深部硬岩隧洞开挖过程中不同深度的三维扰动应力变化,系统分析扰动应力大小、方向的演化特征、规律及其与施工活动的关系,并进一步验证光纤光栅空心包体应力测试系统的工程适用性和可靠性。研究成果为深部硬岩工程扰动应力测试和演化特性研究提供了科学方法和技术支撑。

关键词：地下工程深部硬岩隧洞三维扰动应力光纤光栅原位测试

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岩溶地区高面板坝渗流特性与防渗安全评价

岩石力学与工程学报 2024年第2期43卷 481-494页

作者：袁晶晶陈益峰胡冉杨志兵王国辉徐建华武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室湖北武汉430072 武汉大学水工岩石力学教育部重点实验室湖北武汉430072 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司湖南长沙410014 湖北能源集团溇水水电有限公司湖北恩施445801

江坪河面板堆石坝是一座修建于岩溶峡谷地区的200 m级高坝工程,在其建设和蓄水运行过程中,出现面板开裂及坝基局部渗压异常现象,工程防渗安全亟待评估。采用检查孔压水试验、反演分析和互相关分析等方法,研究大坝及坝基在蓄水运行过程... 详细信息

江坪河面板堆石坝是一座修建于岩溶峡谷地区的200 m级高坝工程,在其建设和蓄水运行过程中,出现面板开裂及坝基局部渗压异常现象,工程防渗安全亟待评估。采用检查孔压水试验、反演分析和互相关分析等方法,研究大坝及坝基在蓄水运行过程中的渗流特性,系统评价大坝面板和坝基帷幕的防渗性能,揭示帷幕后坝基局部异常高渗压的成因机制。结果表明:大坝面板经防渗处理后,渗透系数较设计值增大3.6倍,但防渗性能满足大坝长期安全运行要求;岩溶坝基防渗处理质量达到设计标准,坝基渗漏量控制在合理范围内;左右两岸坝基帷幕后局部异常高渗压现象分别由断层和地层接触带的溶蚀作用产生,库水位变化产生的压力波动通过溶蚀通道快速向下游传导,防渗帷幕虽有效限制库水向下游的渗漏,但不能完全抑制压力向下游的传导,从而在溶蚀通道附近形成局部渗压异常升高现象。研究成果对江坪河水电站枢纽工程竣工验收及安全鉴定具有重要指导意义。

关键词：水利工程岩溶坝基渗流特性防渗安全面板堆石坝反演分析

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热载荷下星载天线逆有限元变形重构方法

东南大学学报（自然科学版） 2024年第4期54卷 997-1004页

作者：顾叶青操卫忠袁慎芳孙为民黄欣婷黄天翔冯健东南大学国家预应力工程技术研究中心南京211189 南京电子技术研究所南京210039 南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

为实现星载天线结构在服役过程中的实时变形监测,针对真实分布式热载荷下的星载天线板结构,研究了基于应变监测的逆有限元变形重构方法.首先,针对星载天线板结构提出了一种基于四节点四边形逆向壳单元的变形监测方法,通过建立基于位移... 详细信息

为实现星载天线结构在服役过程中的实时变形监测,针对真实分布式热载荷下的星载天线板结构,研究了基于应变监测的逆有限元变形重构方法.首先,针对星载天线板结构提出了一种基于四节点四边形逆向壳单元的变形监测方法,通过建立基于位移梯度的单元划分方法,对逆有限元单元划分进行优化,采用最小二乘误差函数构造结构应变与位移的矩阵关系.其次,建立天线板热试验系统,获取典型热载荷下的结构温度分布.然后,建立典型实验温差状态下的复合材料星载天线板结构有限元模型,获取结构表面应变和位移.最后,在典型热载荷下,验证所提变形重构方法的有效性.结果表明,变形重构的位移误差不超过0.5 mm,说明逆有限元法能够在典型热载荷下准确重构天线板变形.

关键词：星载天线分布式热载荷逆有限元法变形重构

喷油压力和进气温度对氨/正十二烷双燃料发动机燃烧稳定性影响研究

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燃烧科学与技术 2024年第1期30卷 1-8页

作者：刘海峰王冠月文铭升明镇洋崔雁清尧命发天津大学先进内燃动力全国重点实验室天津300072

基于一台光学发动机,在1200 r/min转速下,采用进气道低压喷射氨气,缸内高压直喷高活性正十二烷的双燃料燃烧模式,应用火焰高速成像方法,研究了喷油压力和进气温度对氨/正十二烷双燃料发动机缸内燃烧的影响规律.结果表明,直喷燃料喷射压... 详细信息

基于一台光学发动机,在1200 r/min转速下,采用进气道低压喷射氨气,缸内高压直喷高活性正十二烷的双燃料燃烧模式,应用火焰高速成像方法,研究了喷油压力和进气温度对氨/正十二烷双燃料发动机缸内燃烧的影响规律.结果表明,直喷燃料喷射压力降低,导致正十二烷浓度分层增大,自燃着火点增多,更有利于正十二烷引燃均质预混合的氨气;直喷压力在30 MPa和60 MPa工况下,火焰初期NH3燃烧的橘色火焰占主导,之后呈现正十二烷预混蓝色火焰与NH3橘色火焰叠加现象;在90 MPa喷射压力下,火焰发展初期正十二烷预混蓝色火焰占主导,随着燃烧发展NH3橘色火焰的比例逐渐增多.在30 MPa喷射压力下,缸内直喷正十二烷可以实现90%氨气比例的稳定着火,但是燃烧反应速率过低,燃烧持续期过长.进气温度从100℃升高到125℃后,自燃着火点数量增加,氨双燃料燃烧反应速率提高,放热率峰值增大;然而进气温度进一步从125℃提高到150℃时,对燃烧压力和放热率影响很小.上述研究表明,较低的直喷燃料喷射压力和适当提高进气温度更有利于氨燃料的稳定着火以及燃烧速率的提升和氨在双燃料中占比的提高.

关键词：双燃料发动机氨气正十二烷喷射压力光学诊断

基于递归量化分析的CFRP超声检测缺陷识别方法

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浙江大学学报（工学版） 2024年第8期58卷 1604-1617页

作者：王海军王涛俞慈君浙江大学工程师学院浙江杭州310058 浙江大学机械工程学院浙江杭州310058

为了解决碳纤维增强复合材料(CFRP)超声检测缺陷识别不准确、不可靠的问题,提出自适应变分模态分解(AVMD)与递归量化分析技术(RQAT)特征提取和卷积神经网络(CNN)识别方法.实验预埋6种模拟缺陷,使用超声相控阵检测后,每种缺陷取500个A扫... 详细信息

为了解决碳纤维增强复合材料(CFRP)超声检测缺陷识别不准确、不可靠的问题,提出自适应变分模态分解(AVMD)与递归量化分析技术(RQAT)特征提取和卷积神经网络(CNN)识别方法.实验预埋6种模拟缺陷,使用超声相控阵检测后,每种缺陷取500个A扫描波形信号数据,利用蝠鲼智能优化算法优化出变分模态分解(VMD)所需的K、Alpha,使用优化参数的VMD得到本征模态函数(IMF)分量,筛选高频噪声部分,对剩余IMF分量使用递归量化分析技术.每个信号得到72个特征值,将特征值组成特征向量,输入CNN进行识别,训练集识别正确率为99.94%,验证集识别正确率为98.09%,测试集识别正确率为98.27%.结果表明,AVMD与RQAT、CNN的结合解决了CFRP超声检测中缺陷的识别分类问题.

关键词：碳纤维复合材料(CFRP) 无损检测变分模态分解递归量化分析特征提取卷积神经网络缺陷识别

基于干扰观测器的复杂非线性系统优化控制方法

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东南大学学报（自然科学版） 2024年第4期54卷 1046-1052页

作者：陈海郭肖旺刘琛封成玉陈聪中国电子信息产业集团有限公司第六研究所北京100083 中电智能科技有限公司北京102209 北京工业大学信息学部北京100124

为了提高具有未知干扰的复杂非线性系统的控制性能和运行性能,提出了一种基于干扰观测器的复杂非线性系统优化控制方法(IOCM).该方法设计了一个基于模糊神经网络的模型逼近器来捕捉系统的非线性动力学,并利用干扰观测器来描述系统的未... 详细信息

为了提高具有未知干扰的复杂非线性系统的控制性能和运行性能,提出了一种基于干扰观测器的复杂非线性系统优化控制方法(IOCM).该方法设计了一个基于模糊神经网络的模型逼近器来捕捉系统的非线性动力学,并利用干扰观测器来描述系统的未知干扰,以获得更准确的系统预测模型.然后,在多目标模型预测控制的框架下,提出了一种具有协同成本函数和多梯度算法的优化控制结构,以综合求解设定点和控制律.采用城市污水处理过程基准仿真平台(BSM1)验证所提方法的有效性.实验结果表明:暴雨天气条件下平均出水水质(EQ)为6711 mg/L、平均运行能耗(EC)为3805 kW·h;对比其他分步实现的优化控制方法,IOCM具有较好的鲁棒性,能够提高非线性系统的优化控制性能.

关键词：非线性系统模型逼近器干扰观测器复杂非线性系统优化控制方法

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高效合成射流激励器研究进展及展望

力学进展 2024年第1期54卷 61-85页

作者：陆逸然王晋军北京航空航天大学流体力学教育部重点实验室

合成射流作为一种具有优越控制效果的主动流动控制技术,在提升飞行器气动性能、减振降噪、强化元器件散热等领域具有重要的学术意义和应用价值.经过30余年的研究,人们建立了更准确的合成射流数学模型,合成射流具有高卷吸能力的物理机理... 详细信息

合成射流作为一种具有优越控制效果的主动流动控制技术,在提升飞行器气动性能、减振降噪、强化元器件散热等领域具有重要的学术意义和应用价值.经过30余年的研究,人们建立了更准确的合成射流数学模型,合成射流具有高卷吸能力的物理机理也得到不断深化.进一步优化合成射流激励器,提高控制效率成为了研究的重点.本文主要从激励器结构型式、激励器结构参数以及激励信号三个方面,总结了近年来在提高合成射流控制效果方面取得的研究进展,并对未来的研究重点进行了展望.

关键词：高效合成射流流动控制卷吸机理激励器设计

基于Kane方程的Delta并联机器人刚柔耦合动力学研究

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机械工程学报 2024年第7期60卷 124-133页

作者：商德勇黄欣怡黄云山张天佑中国矿业大学(北京)机械与电气工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)智慧矿山与机器人研究院北京100083 煤矿智能化与机器人创新应用应急管理部重点实验室北京100083

针对Delta并联机器人在高负载和高速运行时,由刚度较小的从动臂发生弹性变形而造成的机器人定位精度降低和系统运行失稳等问题,采用假设模态法对从动臂杆件进行离散化处理,并基于Kane方程和增广拉格朗日乘子法建立了Delta并联机器人系... 详细信息

针对Delta并联机器人在高负载和高速运行时,由刚度较小的从动臂发生弹性变形而造成的机器人定位精度降低和系统运行失稳等问题,采用假设模态法对从动臂杆件进行离散化处理,并基于Kane方程和增广拉格朗日乘子法建立了Delta并联机器人系统的刚柔耦合动力学方程,从而量化了从动臂连杆变形对机器人定位精度造成的影响。通过对比在相同跟踪轨迹下ADAMS模型仿真与MATLAB数值分析结果,两者的动平台质心运动轨迹基本重合且主动关节旋转角度偏差小于0.01rad,验证了刚柔耦合动力学方程的正确性。最后,通过数值分析和Adams-Matlab联合仿真分析,得到机器人在不同负载条件下,末端动平台在X和Z方向的最大位移偏移量及主动关节驱动力矩最大偏差值,仿真结果反映了从动臂柔性对机器人动力学性能的影响规律,为机器人的精确控制提供了理论支撑。

关键词： Delta机器人高速重载刚柔耦合 Kane方程动力学建模

天然气井多相流强化携液理论及排液采气关键技术

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西安交通大学学报 2024年第5期58卷 10-18页

作者：白博峰田伟赵昆鹏贾友亮李丽杨旭东赵峥延李旭日沈志昊刘磊西安交通大学绿色氢电全国重点实验室西安710049 中国石油长庆油田公司油气工艺研究院西安710018

天然气田稳产是保障我国能源安全的重大需求,气井积液是制约稳产的瓶颈,排液采气是保障稳产的关键。我国60%气井因积液年均产气量递减23%以上,且积液井数以年均5%的速率快速递增。由于对气井多相流动特性认识不足,传统排液采气技术仅适... 详细信息

天然气田稳产是保障我国能源安全的重大需求,气井积液是制约稳产的瓶颈,排液采气是保障稳产的关键。我国60%气井因积液年均产气量递减23%以上,且积液井数以年均5%的速率快速递增。由于对气井多相流动特性认识不足,传统排液采气技术仅适用于积液轻微的浅直井且排液率较低。研究团队近年来聚焦天然气井排液采气难题,构建了基于气液流动结构调控的强化携液理论,突破了经典临界流速携液理论仅适用于环雾状流的局限;发明了抗油耐矿化度泡沫排液、复杂井筒速度管柱排液、超声速喷嘴雾化排液、气举柱塞接力举升排液等适用气井不同积液状态的高效低成本排液采气系列关键技术。研究成果已推广至长庆气田、中外合作开发区等11个气区,累计应用近12000口气井,占我国积液气井总数的30%以上。

关键词：多相流动强化携液排液采气气田稳产能源安全