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玻璃幕墙清洗机器人内螺旋完全遍历路径规划研究

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哈尔滨工程大学学报 2024年第6期45卷 1170-1178页

作者：史方青黄华张昊郭润兰兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州730050

针对高空复杂环境下玻璃幕墙清洗机器人的全方位无死角清洗问题,本文提出了一种基于改进蚁群算法的内螺旋完全遍历路径规划方法。首先在融合视觉传感器识别定位结果的基础上构建环境栅格地图;针对机器人全方位无死角遍历问题,以最大覆... 详细信息

针对高空复杂环境下玻璃幕墙清洗机器人的全方位无死角清洗问题,本文提出了一种基于改进蚁群算法的内螺旋完全遍历路径规划方法。首先在融合视觉传感器识别定位结果的基础上构建环境栅格地图;针对机器人全方位无死角遍历问题,以最大覆盖面积、最小重复路径及最大安全性为目标,通过内螺旋完全遍历算法实现清洗路径规划。在此基础上,针对机器人完全遍历易陷入死区问题,以最快规划、最少拐点及最快收敛为目标,通过改进蚁群算法规划出最优逃逸死区路线。改进方向以机器人4方位4领域移动为主,在启发函数中引入A^(*)算法的代价函数,同时在信息素更新中引入惩罚函数的思想。最后通过2种算法结合完成清洗区域的完全遍历,仿真结果表明:机器人在已知地图上通过4次规划后清洗覆盖率达到100%,行进重复率达到3.15%,实现了完全遍历。

关键词：玻璃幕墙机器人路径规划蚁群算法内螺旋覆盖算法 A^(*)算法启发函数惩罚函数

玻璃幕墙病害现状及智慧化检测和监测技术必要性分析及对策研究

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建筑结构 2022年第S02期52卷 1898-1904页

作者：张开钦张璐陆汉磊蔡博涵江登基李红豫桂林理工大学土木与建筑工程学院桂林541004

目前,玻璃幕墙因其美观、轻便、节能、保温等优点,成为当代建筑墙体装饰中的主流方法。然而,由于玻璃的特殊材性,玻璃幕墙的损坏不可避免,甚至可能导致财产损失和人员伤亡。尽管如此,目前玻璃幕墙的检测方法主要采用定期人工检测,这种... 详细信息

目前,玻璃幕墙因其美观、轻便、节能、保温等优点,成为当代建筑墙体装饰中的主流方法。然而,由于玻璃的特殊材性,玻璃幕墙的损坏不可避免,甚至可能导致财产损失和人员伤亡。尽管如此,目前玻璃幕墙的检测方法主要采用定期人工检测,这种方法高度依赖于检测人员的经验,无法量化分析幕墙的状态,同时也不能实现实时监测。因此,开发一种用于评估玻璃幕墙状态的实时监测方法势在必行。本文提出了一种声发射与振动分析相结合的多传感器协同工作方法,以实现玻璃幕墙的多尺度损伤检测。其中,振动模态分析用于检测玻璃幕墙的结构硅酮密封胶失效、螺栓松动和腐蚀,能够初步确定损伤状态。而声发射技术则用于实时监测玻璃幕墙的受力、损伤破坏状态,实现高精度评价及定位病害。对所提出的振动分析方案进行了数值模拟验证,得到了结构硅酮密封胶的损伤程度、螺栓失效与玻璃面板模态频率的关系。与此同时,对所提新型自感知玻璃幕墙设计方案的可行性进行了充分地解释。分析表明通过将多传感器与玻璃幕墙整体进行有机融合,最终可实现幕墙的自感知能力。

关键词：玻璃幕墙损伤声发射振动分析智慧化

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新型保温相变玻璃幕墙室内热环境研究

工程热物理学报 2023年第9期44卷 2560-2566页

作者：张春霞李栋杨瑞桐胡宛玉刘昌宇东北石油大学土木建筑工程学院大庆163318

玻璃幕墙作为建筑外围护结构的薄弱环节,在其夹层腔内填充二氧化硅气凝胶和相变材料可有效降低建筑能耗。以大庆地区过渡季节典型晴天为计算气象条件,建立新型保温相变玻璃幕墙(TW+SiO_(2)+PCM)室内热环境二维传热模型,研究含新型保温... 详细信息

玻璃幕墙作为建筑外围护结构的薄弱环节,在其夹层腔内填充二氧化硅气凝胶和相变材料可有效降低建筑能耗。以大庆地区过渡季节典型晴天为计算气象条件,建立新型保温相变玻璃幕墙(TW+SiO_(2)+PCM)室内热环境二维传热模型,研究含新型保温相变玻璃幕墙室内逐时温度分布,厘清相变温度为18°C、22°C和26°C的室内热环境变化规律,基于PMV和PDD方法开展室内热舒适性评价对比分析。结果表明:靠近玻璃幕墙内表面和竖墙区域空气温度波动大。在相同水平位置,温度随着高度增加而增加。同时,熔点温度为26°C新型保温相变玻璃幕墙室内热环境PMV值波动小,PPD <10%的舒适时间更长,室内热舒适性更高。

关键词：玻璃幕墙热舒适相变材料二氧化硅气凝胶

风荷载与地震耦合作用下超高层建筑的结构损伤与玻璃幕墙坠落研究

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建筑结构学报 2022年第10期43卷 129-140页

作者：任重翠刘军进李建辉唐意严亚林王超建研科技股份有限公司北京100013 建筑安全与环境国家重点实验室北京100013 国家建筑工程技术研究中心北京100013

超高层建筑服役周期长,在其全寿命周期内有可能遭受风和地震同时作用,需针对主体结构和玻璃幕墙受风、地震单独和耦合作用进行研究。基于结构高度为300.5 m超高层框架-核心筒结构,依据相关规范要求建立主体结构与玻璃幕墙整体有限元分... 详细信息

超高层建筑服役周期长,在其全寿命周期内有可能遭受风和地震同时作用,需针对主体结构和玻璃幕墙受风、地震单独和耦合作用进行研究。基于结构高度为300.5 m超高层框架-核心筒结构,依据相关规范要求建立主体结构与玻璃幕墙整体有限元分析模型,根据场地条件选取3组三向地震动记录,并通过已完成的1∶440缩尺模型风洞试验获得10、50 a和100 a重现期的风压时程。采用非线性时程分析方法,研究风荷载、地震单独与耦合作用对主体结构和玻璃幕墙受力性能的影响。结果表明:玻璃幕墙对主体结构的影响较小,而主体结构对玻璃幕墙的影响则较大,其变形超过玻璃幕墙由荷载直接作用所产生的变形。在风荷载或地震单独作用下,主体结构的非线性响应和玻璃幕墙的破坏情况均随荷载强度增大而增大;在地震作用下,主体结构进入非线性状态后,结构顶点位移和层间位移角的增幅超过基底剪力的增幅,但低于峰值加速度的增幅;在风荷载作用下,主体结构处于弹性工作状态,基底剪力和倾覆弯矩随风压增大呈线性增长,但因变形响应特性不同,变形产生非线性增长,结构扭转效应增大;在风荷载与地震耦合作用下,主体结构和玻璃幕墙的非线性响应超出风荷载或地震单独作用的简单叠加,结构变形为单独作用简单叠加值的110%~134%。结构刚度变化较大的加强层及其邻近1~2层,侧风面负风压较大,玻璃幕墙容易破坏而坠落,设计时需注意加强。

关键词：超高层建筑框架-核心筒结构玻璃幕墙风与地震耦合作用非线性动力时程分析结构损伤

风震联合作用下高层建筑主体结构和玻璃幕墙的性能研究

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工程力学 2022年第7期39卷 58-69页

作者：任重翠李建辉唐意刘军进严亚林郝玮孙超建研科技股份有限公司北京100013 建筑安全与环境国家重点实验室北京100013 国家建筑工程技术研究中心北京100013

为研究风、地震单独及联合作用下,主体结构和玻璃幕墙的性能变化和相互影响,基于高烈度区98 m高框筒结构,依据规范要求增设玻璃幕墙形成总体有限元分析模型,选取3组三向地震动记录,并通过比例为1∶440的缩尺模型风洞试验获得不同重现期... 详细信息

为研究风、地震单独及联合作用下,主体结构和玻璃幕墙的性能变化和相互影响,基于高烈度区98 m高框筒结构,依据规范要求增设玻璃幕墙形成总体有限元分析模型,选取3组三向地震动记录,并通过比例为1∶440的缩尺模型风洞试验获得不同重现期的风压时程数据,采用动力弹塑性分析方法,研究风、地震单独与联合作用下主体结构和玻璃幕墙的受力变化。结果表明:主体结构对玻璃幕墙的受力影响大于玻璃幕墙对主体结构的,在风、地震单独及联合作用下,主体结构的层间变形大于玻璃幕墙自身变形。在设防大震和超烈度大震作用下,主体结构的响应和玻璃幕墙的损毁范围随荷载增大而增大,结构变形增长大于结构基底剪力;玻璃幕墙在风荷载作用下未坏,主体结构完好,结构基底剪力、顶部楼层位移和楼层层间位移角呈线性增长;与单独大震作用相比,在1.1倍100年重现期风压和大震联合作用时,结构出现扭转现象,楼层层间位移角之比由1.0增至1.3,主体结构和玻璃幕墙的非线性响应大于风震单独作用的叠加,其中结构顶点位移和最大层间位移角为单独作用时求和值的121%、106%。在大震及风震联合作用下,玻璃幕墙容易发生破坏的位置为平行地震作用主向的侧面。

关键词：高层建筑风震联合作用动力弹塑性分析方法框筒结构玻璃幕墙

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玻璃幕墙的安全性、隔热性及隔音性仿真分析

玻璃幕墙的安全性、隔热性及隔音性仿真分析

作者：李明鉴燕山大学

学位级别：硕士

作为建筑物的外墙,玻璃幕墙在当代的高层建筑中得到了广泛的应用。幕墙玻璃的安全、隔热、隔音等性能直接关系到人们的日常生活。在设计过程中,玻璃受风影响产生的变形及应力,直接影响到玻璃的使用面积、厚度和固定玻璃的窗框大小。在... 详细信息

作为建筑物的外墙,玻璃幕墙在当代的高层建筑中得到了广泛的应用。幕墙玻璃的安全、隔热、隔音等性能直接关系到人们的日常生活。在设计过程中,玻璃受风影响产生的变形及应力,直接影响到玻璃的使用面积、厚度和固定玻璃的窗框大小。在确保安全的情况下,如何有效地隔热、隔音,也成为了人们关注的焦点。中空玻璃与真空玻璃是一种具有良好保温、隔音、抗风、耐久等特点的新型透明保温材料。但现有研究对于玻璃幕墙的保温、隔音等方面的研究尚不够深入。本项工作拟利用工程仿真技术,对如下问题展开系统的研究:本项工作从弹性理论出发,导出了中空玻璃与真空玻璃两种情况下平板结构的最大应力与最大变形的理论数值,并给出了一个实例。在此基础上,利用ANSYS对该模型进行了数值仿真,得到了该模型的应力、位移曲线,并与理论计算结果作了对比。在此基础上,通过对中空玻璃、真空玻璃的热传递机制的研究,分析了不同因素对中空玻璃、真空玻璃隔热性能的影响,包括基片玻璃的厚度、中间间隔层的厚度、支撑柱阵列的材质与间距等。认为玻璃幕墙的隔热性随玻璃厚度、间隔层厚度的增加而增强,随支撑柱排列间距的增大而略微增强。通过对中空玻璃和真空玻璃的消声机理的研究,分析了基片玻璃的厚度、空气层的厚度和支撑柱阵列的间距对玻璃幕墙隔音效果的影响。认为玻璃幕墙的隔音性随着间隔层厚度的增加而增强,随玻璃厚度、支撑柱排列间距的增大而略微增强。本项目的研究成果将为中空玻璃、真空玻璃等建筑材料的优化设计与节能降噪及保温效果的评价提供理论依据。

关键词：玻璃幕墙应力挠度隔热性隔音性工程仿真

适用于玻璃幕墙的TA-CNTs/SiO_(2)黑色透明超亲水涂层及性能

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精细化工 2023年第12期40卷 2622-2629页

作者：谭春雨叶向东郗长青李冀王权岱西安建筑科技大学机电工程学院陕西西安710055 西安建筑科技大学陕西省纳米材料与技术重点实验室陕西西安710055 西安理工大学机械与精密仪器工程学院陕西西安710048

将单宁酸改性碳纳米管(TA-CNTs)、树枝状纳米SiO_(2)溶胶、正硅酸乙酯(TEOS)水解液制成分散液,通过喷涂工艺将其喷涂到载玻片上,经室温固化后得到具有自清洁、防雾效果的TA-CNTs/SiO_(2)黑色透明涂层载玻片。采用FTIR、TEM、TG对改性前... 详细信息

将单宁酸改性碳纳米管(TA-CNTs)、树枝状纳米SiO_(2)溶胶、正硅酸乙酯(TEOS)水解液制成分散液,通过喷涂工艺将其喷涂到载玻片上,经室温固化后得到具有自清洁、防雾效果的TA-CNTs/SiO_(2)黑色透明涂层载玻片。采用FTIR、TEM、TG对改性前后的碳纳米管进行了表征,通过SEM、AFM、XPS对涂层形貌和元素组成进行了表征和测试,采用接触角测量仪和紫外-可见分光光度计探究了TA-CNTs和TEOS水解液质量对涂层接触角(CA)的影响以及单位面积涂层中TA-CNTs质量对涂层透光率的影响,并对涂层进行了防雾、自清洁和耐磨性评价。结果表明,当TEOS水解液为6.00 g、TA-CNTs为0.16 g时,制备的涂层具有超亲水性(CA=2.5°)、优异的自清洁和防雾效果,其承受120次摩擦实验后仍保持超亲水性,表现出一定的耐磨性。TA-CNTs的加入使涂层表面更为粗糙,有利于减少光反射,从而降低光污染。此外,当单位面积涂层中TA-CNTs质量为2.0×10^(–3) g/cm^(2)时,涂层的透光率降至60%,此时涂层在保持一定透明度的同时具有隐私性。

关键词：玻璃幕墙超亲水自清洁防雾透光率碳纳米管功能材料

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玻璃幕墙检测系统及结构健康监测技术研究

玻璃幕墙检测系统及结构健康监测技术研究

作者：陈子琦西安工业大学

学位级别：硕士

玻璃幕墙是建筑物外围护中最常用的结构,因其具有自重轻、采光好、外观优美、能有效减弱热胀冷缩对主体结构的破坏等优点,被广泛应用于高层和超高层建筑、高铁站、机场等。因玻璃幕墙直接暴露在自然环境中,并时刻受各种外界激励的作用,... 详细信息

玻璃幕墙是建筑物外围护中最常用的结构,因其具有自重轻、采光好、外观优美、能有效减弱热胀冷缩对主体结构的破坏等优点,被广泛应用于高层和超高层建筑、高铁站、机场等。因玻璃幕墙直接暴露在自然环境中,并时刻受各种外界激励的作用,安全性能逐渐衰减,从而引发雨水渗透、玻璃面板碎裂、紧固件松动、甚至玻璃面板脱落等安全问题,对经济社会的发展和人民安全产生严重影响。本文以隐框玻璃幕墙为研究对象,以试验研究和数值模拟为主要手段,对玻璃幕墙检测试验台、玻璃幕墙力学行为以及健康状态监测进行了研究。本文主要对以下几方面进行了研究:(1)根据玻璃幕墙实际工况条件和检测要求,设计并搭建了玻璃幕墙健康状态监测试验台并详细介绍了试验台各分系统的设计与选型;根据玻璃幕墙健康状态的影响因素,设计玻璃幕墙健康状态监测试验方案和设定试验参数,用于对不同状态下的玻璃幕墙进行健康状态监测。(2)利用弹性曲面微分方程和重三角级数理论,建立玻璃面板挠度曲面的理论模型,研究了玻璃面板挠度曲面的分布特点。根据隐框玻璃幕墙的实际工况,建立了玻璃面板的有限元模型以及隐框玻璃幕墙整体有限元模型,并分别对其求解。同时,建立了不同边界条件下幕墙玻璃面板一阶固有频率理论模型以及有限元模态分析模型,获得了玻璃面板的前10阶固有频率和振型,分析了玻璃面板的振动特性和振型特点。为实现玻璃幕墙的健康状态监测和评估提供了数据支持。(3)将希尔伯特振动分解方法应用于玻璃幕墙健康状态监测中,本文采用希尔伯特振动分解和包络谱分析的方法,对不同工况下玻璃幕墙振动信号进行分析,并提取包络谱峰值和包络谱面积以此来判断玻璃幕墙的振动幅度,为后续玻璃幕墙健康状态监测提供了数据基础。(4)对健康状态监测试验采集到的玻璃幕墙空气渗透数据及变形数据进行处理与分析。利用模糊综合评判理论,以隐框玻璃幕墙的气密性、挠度、自振频率及振动幅值建立综合评判模型的因素集,将隐框玻璃幕墙安全性能划分4个等级为模型的评价集,对各因素所占权重利用层次分析法计算,利用合适的模糊算子对模糊综合评价矩阵进行计算,针对计算结果利用最大隶属度原则,判断玻璃幕墙的安全等级,从而识别玻璃幕墙的健康状态,最终实现了玻璃幕墙健康状态监测。

关键词：玻璃幕墙健康状态力学分析模糊综合评判数值模拟

玻璃幕墙涂胶机器人自动编程技术的研究与实现

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玻璃幕墙涂胶机器人自动编程技术的研究与实现

作者：王伟广州大学

学位级别：硕士

玻璃幕墙作为建筑外墙的主要形式之一,因具有自重轻、采光好、外观独特等优点被广泛应用于各类建筑中。作为全球最大的玻璃幕墙生产使用国,我国对玻璃幕墙的需求量日益增加,对涂胶机器人涂胶效率与涂胶质量的要求也逐渐提升。传统涂胶... 详细信息

玻璃幕墙作为建筑外墙的主要形式之一,因具有自重轻、采光好、外观独特等优点被广泛应用于各类建筑中。作为全球最大的玻璃幕墙生产使用国,我国对玻璃幕墙的需求量日益增加,对涂胶机器人涂胶效率与涂胶质量的要求也逐渐提升。传统涂胶机器人因结构与系统局限性难以适应大型玻璃幕墙的加工,为满足玻璃幕墙涂胶工艺要求,需提高涂胶机器人智能化水平并以此推动玻璃幕墙行业发展。本文以玻璃幕墙涂胶机器人为对象,通过研究自动编程技术以提高机器人智能化水平。采用多种视觉定位方法获取不同玻璃幕墙边缘涂胶路径点,结合涂胶轨迹规划生成G代码程序,从而实现涂胶机器人自动编程,提高机器人涂胶效率与质量。本文的主要研究工作如下:(1)根据大型玻璃幕墙与涂胶工艺要求,从自动编程系统需求分析出发,引入视觉定位与轨迹规划等方法,获取玻璃幕墙涂胶机器人涂胶轨迹,在此基础上对自动编程系统进行总体设计,并对自动编程系统关键模块展开具体研究。(2)通过图像处理技术识别玻璃幕墙表面标记板特征,确定玻璃幕墙边缘轨迹类型。因玻璃幕墙反光边缘类型不一致,分别采用不同检测算法以获取反光边缘的平面位置信息,结合激光传感器所测量的高度值,从而获取自动编程涂胶路径点的空间信息。(3)建立六自由度涂胶机器人数学模型,采用MDH法对机器人进行运动学分析并求出正逆解。根据玻璃幕墙涂胶工艺需求,对末端胶嘴进行位姿规划。同时考虑实际生产中存在涂胶面积不一致的情况,采用涂胶速度前瞻规划方法,解决机器人涂胶不均匀不饱满的问题,完成自动编程系统中的涂胶轨迹规划。(4)搭建系统测试平台以实现自动编程技术,通过获取涂胶路径点进行涂胶轨迹规划进而自动生成G代码。经过现场测试对比验证涂胶路径点获取方法的准确性与涂胶轨迹规划后的有效性,提升了机器人的涂胶效率与质量,并且节省人力与材料的成本。本文研究的自动编程技术有效提高了玻璃幕墙涂胶机器人的智能化水平,实现了无工装定位要求及全自动便捷操作,为玻璃幕墙涂胶工艺提供了参考解决方案。

关键词：自动编程技术涂胶机器人玻璃幕墙视觉定位涂胶轨迹规划