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水下液压机械臂主被动柔顺控制系统设计与验证

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液压与气动 2024年第10期48卷 65-74页

作者：潘志文郭昌鸿贾睿亨程敏张军辉徐兵浙江大学流体动力基础件与机电系统全国重点实验室浙江杭州310027 重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室重庆400044

水下液压机械臂是用于水下特种作业的重要装备。目前控制液压机械臂进行水下作业时主要基于视觉反馈来确定作业位置,由于摄像头畸变、水流干扰等存在多种作业误差,容易在抓取、定位等作业时产生卡滞、楔紧等问题,严重影响作业效率和安... 详细信息

水下液压机械臂是用于水下特种作业的重要装备。目前控制液压机械臂进行水下作业时主要基于视觉反馈来确定作业位置,由于摄像头畸变、水流干扰等存在多种作业误差,容易在抓取、定位等作业时产生卡滞、楔紧等问题,严重影响作业效率和安全性。对此,提出了一种面向水下液压机械臂的主被动柔顺控制方法。通过末端夹具设计,补偿定位误差和偏转误差,实现被动柔顺;基于虚拟解耦控制方法建立精确位置控制器,结合接触力观测器和变阻抗控制,实现主动柔顺。实验验证了主被动柔顺控制的有效性,为水下液压机械臂的安全柔顺控制作业提供了参考。

关键词：水下机械臂柔顺控制液压系统

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阳离子改性木质素混凝剂污泥脱水性能研究

环境化学 2024年第5期43卷 1719-1731页

作者：潘宇蒋大鹏孙亿倍胡潘杨琥南京大学环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室南京210023 泉州南京大学环保产业技术研究院泉州362000

混凝调理是一种成本低廉、操作方便的污泥调理方法.而传统无机盐混凝剂和合成有机高分子混凝剂在使用过程中存在金属离子及高毒性单体残留等问题.本文以自然界中来源广泛的一种可再生资源——木质素为原材,以丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙... 详细信息

混凝调理是一种成本低廉、操作方便的污泥调理方法.而传统无机盐混凝剂和合成有机高分子混凝剂在使用过程中存在金属离子及高毒性单体残留等问题.本文以自然界中来源广泛的一种可再生资源——木质素为原材,以丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为改性单体,采用接枝共聚技术,制得一系列电荷密度(CD)不同的阳离子改性木质素混凝剂(LN-CD).以南京仙林某市政污水处理厂活性污泥为研究对象,测定了活性污泥经系列LN-CD调理后的泥饼含水率(FCMC)、污泥比阻(SRF)、毛细吸水时间(CST)和压缩系数(s),系统考察了LN-CD污泥调理性能;结合污泥絮体结构、泥饼表面形貌和污泥中胞外聚合物(EPS)不同形态及成分含量与分布变化情况,详细讨论了LN-CD混凝剂的污泥脱水机理.研究结果表明,LN-CD具有良好的污泥调理效果,CD是影响LN-CD脱水性能的重要因素,CD越高污泥脱水效果越佳,其中经CD最高的LN-CD1调理后,FCMC、SRF、CST和s分别为:68.91%、0.89×10^(12)m·kg^(−1)、15.0 s及0.81;且获得的污泥絮体尺寸最大结构也最为紧密,污泥中不同形态EPS含量及蛋白质与多糖组分也均有效下降.这是由于LN-CD通过电中和及粘结架桥作用有效聚集污泥颗粒,对EPS结构造成破坏,释放出结合水;此外,木质素本身特有的芳环结构不仅可利用其刚性结构特征起到骨料支撑作用有利于改善泥饼可压缩性,增强其泥饼渗透性,同时其疏水性能还可通过疏水缔合作用与EPS中疏水片段结合有效压缩EPS,从而进一步提高其污泥脱水性能.综上所述,LN-CD制备简单,绿色环保,污泥调理性能优良,其在污泥脱水中应具有良好的应用前景.

关键词：阳离子改性木质素混凝剂电荷密度污泥脱水性能胞外聚合物脱水机制

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钢轨裂纹尺寸与形状对交流电磁场检测信号影响规律研究

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机械工程学报 2024年

作者：林强刘兴田海东王文健丁昊昊刘启跃郭俊西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室摩擦学研究所西南交通大学机械工业高速摩擦副损伤机理和防护技术重点实验室

铁路轨道与车轮长期滚动接触，容易产生疲劳裂纹，导致钢轨表面剥离甚至钢轨断裂等严重问题，因此开展裂纹尺寸、扩展深度以及裂纹形状的检测与定量表征具有重要意义。设计搭建了采用阵列式传感器交流电磁场检测技术(Alternating curren... 详细信息

铁路轨道与车轮长期滚动接触，容易产生疲劳裂纹，导致钢轨表面剥离甚至钢轨断裂等严重问题，因此开展裂纹尺寸、扩展深度以及裂纹形状的检测与定量表征具有重要意义。设计搭建了采用阵列式传感器交流电磁场检测技术(Alternating current field measurement,ACFM)的钢轨裂纹检测系统。结合检测信号等值线彩色图研究了不同长度、不同深度、不同形状(簇状、Y型和W型)裂纹对ACFM信号的影响规律，分析了裂纹形状对交流电磁场检测信号影响机理。研究结果表明：随着裂纹长度与深度的增加，Bx信号谷值减小，Bz信号出现越来越明显的双极值特征，蝶形图中缺陷环面积逐渐增加，表明裂纹引起的磁场扰动逐渐变大，Bz信号相比Bx信号对裂纹长度与深度的变化更敏感；随簇状裂纹条数的增加，裂纹周围的Bx和Bz信号强度逐渐增加，Bx信号波峰位置的连线可反应裂纹走向；W型裂纹的Bx信号出现了三个极值，Bz信号出现了对称分布的极值特征；Y型裂纹的Bx信号出现了六个极值，Bz信号出现了四个极值。利用阵列式传感器ACFM信号的等值线彩色图可实现对复杂形状裂纹的识别和表征。

关键词：钢轨裂纹交流电磁场测量裂纹尺寸裂纹形状阵列式传感器

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沁水盆地深部煤层气开发井完井技术进展

煤炭科学技术 2024年

作者：申鹏磊吕帅锋白建平李国富杨燕青熊章凯山西蓝焰煤层气工程研究有限责任公司煤与煤层气共采国家重点实验室中国地质大学(武汉)资源学院

沁水盆地深部煤储层具有低渗-特低渗、局部高饱和、低孔隙度、高热演化程度的地质特征，在直井/水平井+大规模压裂的开发模式下，需要与之相适应的完井技术才能保证储层改造和后期生产效果。文章系统分析煤层气开发水平井常规单层套管... 详细信息

沁水盆地深部煤储层具有低渗-特低渗、局部高饱和、低孔隙度、高热演化程度的地质特征，在直井/水平井+大规模压裂的开发模式下，需要与之相适应的完井技术才能保证储层改造和后期生产效果。文章系统分析煤层气开发水平井常规单层套管完井技术、裸眼/筛管完井技术、套管+滑套完井技术的不同井身结构和井下工具类型，并对不同完井技术的适用条件和技术特点进行了论述。研究结果表明，常规单层套管完井技术施工工艺成熟，三开完井结构应用普遍，但不利于降本增效；二开完井结构仅适用于煤储层上覆地层较为稳定、无含水层或微弱含水层的地质条件；裸眼/筛管完井技术可减少煤层段的污染，但无法进行后期储层改造，适用于煤体结构完整、煤层渗透性强的储层；套管+滑套完井技术可省去压裂前的射孔作业，但井下工具的正常运行无法保障且后期压裂排量受到限制。针对U型开发井组中的生产直井，在井筒无法满足大规模压裂作业的前提下，提出了新型双层套管完井技术，该技术的原理是在老井筒中根据地质条件和老井特点通过优选套管和固井工具来重塑井筒，满足后期压裂工艺和保证压裂改造效果。其特点主要是在目的煤层顶板以上采用了水泥封固，配合高抗压、较大内径套管，使井筒能够满足高施工压力的大规模压裂，同时煤层段选用筛管，节约了射孔费用，还可有效避免排采阶段地层坍塌掩埋井筒煤层段。该技术在沁水盆地深部煤储层成功应用，试验成果表明其能够满足深部煤层气大规模、高施工压力下的压裂作业，具有推广前景。

关键词：沁水盆地深部煤层气完井技术双层套管大规模压裂

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天河超算系统并行算法库

计算物理 2024年第1期41卷 9-21页

作者：刘杰石永振杨博张翔陈新海张华健郭晓威李胜国李润华彭晋韬肖调杰陈旭光张庆阳李彪冷灿李翊谁王庆林高端装备数字化软件湖南省重点实验室湖南长沙410073 国防科技大学并行与分布计算全国重点实验室湖南长沙410073

国防科技大学研制的天河超算系统7次荣登世界超算TOP500排行榜第一名。面对高效能发挥超算系统性能的实际需求,天河团队抽取大型科学与工程计算中的共性核心计算方法,根据天河超算系统的特点设计与实现了可扩展并行算法,研制了天河超算... 详细信息

国防科技大学研制的天河超算系统7次荣登世界超算TOP500排行榜第一名。面对高效能发挥超算系统性能的实际需求,天河团队抽取大型科学与工程计算中的共性核心计算方法,根据天河超算系统的特点设计与实现了可扩展并行算法,研制了天河超算系统并行算法库,是天河超算系统应用支撑环境的重要组成部分。本文首先对天河超算系统的发展历程和系统结构等内容进行回顾;随后,对网格处理算法库、偏微分方程离散求解算法库、矩阵计算算法库、粒子输运计算库、聚合通信算法库以及深度学习算法库等并行算法库的架构、功能以及性能进行重点介绍;最后,对天河超算系统上典型应用软件的简要总结显示:并行算法库可有效支撑典型应用软件的快速开发与性能优化。

关键词：天河超算系统并行算法应用软件算法库

基于法兰同轴的材料电磁脉冲屏蔽效能测试改进方法

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现代应用物理 2024年第1期15卷 126-132页

作者：刘逸飞聂鑫吴伟陈翔李进玺郭景海强脉冲辐射环境模拟与效应全国重点实验室西安710024 电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室河南洛阳471000

为合理评价材料对强电磁脉冲的屏蔽效能,分析了材料对电磁波的屏蔽机理,在此基础上,给出了一种基于法兰同轴的材料电磁脉冲屏蔽效能改进测试方法,实现了对测试波形、材料透射波形和材料反射波形的准确监测。利用该方法测试了厚度为80,10... 详细信息

为合理评价材料对强电磁脉冲的屏蔽效能,分析了材料对电磁波的屏蔽机理,在此基础上,给出了一种基于法兰同轴的材料电磁脉冲屏蔽效能改进测试方法,实现了对测试波形、材料透射波形和材料反射波形的准确监测。利用该方法测试了厚度为80,100,200,300μm的某石墨烯材料的时域屏蔽效能,测试结果表明,反射波形以反射损耗为主,随材料厚度的增加透射脉冲波形前沿变缓,脉宽变宽,呈现出低通滤波特性。基于测试波形,进一步计算了材料的时域峰值和能量表征的屏蔽效能,计算结果表明,变化规律与平面型材料屏蔽效能理论模型的变化规律相吻合。该方法不仅可以直观评价材料的时域电磁脉冲屏蔽效能,而且能够准确变换得到材料的频域屏蔽效能曲线,并可以得到材料的时域反射损耗等细节信息,具有较好的普适性。

关键词：电磁脉冲屏蔽效能法兰同轴反射损耗吸收损耗

高动态范围激光雷达回波信号的全波形采集方法仿真研究

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光学技术 2024年第1期50卷 71-80页

作者：王睿郭磐张寅超陈思颖陈和檀望舒北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081

针对一些激光雷达系统中回波信号动态范围较大,难以对其进行强弱兼顾的高性能采集的问题,提出了利用高速数字化仪进行全波形采集,再配合算法软件处理的一种软硬件联合采集方法。对于其中的软件光子计数算法,还提出了一种脉冲甄别电压阈... 详细信息

针对一些激光雷达系统中回波信号动态范围较大,难以对其进行强弱兼顾的高性能采集的问题,提出了利用高速数字化仪进行全波形采集,再配合算法软件处理的一种软硬件联合采集方法。对于其中的软件光子计数算法,还提出了一种脉冲甄别电压阈值的动态选择方法来提高计数准确度。为了对比验证方法的可行性,建立了光电探测采集的全链路器件仿真模型。基于一套优选器件的典型参数,仿真对比了全波形采集方法与现有方法的采集误差,验证了所提出的全波形采集方法及动态阈值选择算法的有效性与技术优势。该研究为高动态范围、微弱光信号的探测方法,提供了软硬件结合的新思路。

关键词：遥感与传感器激光雷达高速采集高动态范围光子计数

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基于单元辐射叠加法的水下矩形板声场重建

哈尔滨工程大学学报 2024年第5期45卷 922-929页

作者：高塬杨博全郭强时胜国哈尔滨工程大学水声工程学院黑龙江哈尔滨150001 广东智能无人系统研究院(南沙) 广东广州511458 哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室黑龙江哈尔滨150001 海洋信息获取与安全工业和信息化部重点实验室(哈尔滨工程大学) 黑龙江哈尔滨150001

为解决等效源法在水下结构声源声场重建中存在的虚拟等效源配置位置难以确定、求逆过程中传递矩阵病态性过大的问题,本文提出了基于单元辐射叠加法的水下结构声源声场重建方法。该方法利用结构声源边界元法建模思想与声场波叠加原理,建... 详细信息

为解决等效源法在水下结构声源声场重建中存在的虚拟等效源配置位置难以确定、求逆过程中传递矩阵病态性过大的问题,本文提出了基于单元辐射叠加法的水下结构声源声场重建方法。该方法利用结构声源边界元法建模思想与声场波叠加原理,建立了声源表面振动与辐射声场之间的振声传递关系,得到可快速计算的振声传递函数,并利用该函数作为传递算子进行声场重建。通过对矩形板的声场重建仿真,验证了本文方法相比等效点源近场声全息具有更高的重建精度,且具有更大的有效全息距离。通过在不同阵元数、信噪比情况下的仿真分析,进一步证明了本文方法能够改善水下结构声源的声场重建精度。

关键词：单元辐射叠加法声场重建结构声源近场声全息振声传递函数求逆问题矩阵病态性参数分析

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基于OTDR的缠绕式光纤应变传感器研制及性能测试

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煤炭科学技术 2024年

作者：陶强胜李英明王想君范朝涛郭德茂段文聪安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽理工大学矿业工程学院

为了精确监测高应力软岩巷道岩体变形规律，基于光时域反射技术，研制了一种缠绕式光纤应变传感器，研究了传感器结构中的弹簧直径、节距、有效圈数及压缩位移对光纤光损耗数值与灵敏度的影响，并通过性能测试对传感器结构进行了优化。... 详细信息

为了精确监测高应力软岩巷道岩体变形规律，基于光时域反射技术，研制了一种缠绕式光纤应变传感器，研究了传感器结构中的弹簧直径、节距、有效圈数及压缩位移对光纤光损耗数值与灵敏度的影响，并通过性能测试对传感器结构进行了优化。研究结果表明：传感器内光纤弯曲损耗与其空间螺旋结构的几何尺寸有显著关系，主要影响因素有光纤单位长度弯曲损耗、光纤弯曲半径、缠绕的节距及缠绕圈数，受弹簧线径影响较小。光纤初始损耗随着弯曲半径和节距的增大而减小，随缠绕圈数、压缩位移的增大而增大；初始灵敏度随弯曲半径、压缩位移的增大而减小，随节距的增大出现先增大后减小的趋势。当弹簧线径为1.2mm、直径14mm、节距14mm、有效圈数4圈时，弹簧-光纤结构最大量程可以达到50mm，将弹簧-光纤结构改进封装成传感段，并与延时段首尾相接能够组成一个完整的传感器，单个传感器的误差较小，测得的“光损耗-压缩位移”关系式具有良好的线性关系，能够实现100mm的位移监测，且通过进一步改进可以实现更大量程。同时，多个传感器经串联后能够形成准分布式测量系统，可以有效实现巷道深部岩体和周边岩体变形的精确监测。该研究成果对巷道岩体变形监测技术的发展及实现变形规律精准测量具有重要意义。

关键词：巷道变形光纤光学光时域反射技术位移传感器弯曲损耗