地外天体采样器冲击机构应力波传递特性研究

利用有限元数值计算方法仿真并分析了地外天体采样器冲击机构在冲击钻进过程中应力波的产生、传递及其钻进碎岩效果。采用一种新的有限元前处理方法建立冲击系统激振块、钻杆和钻头的三维模型和岩石材料模型。模拟分析了采样器在冲击钻进时应力波在钻杆中的传播过程及钻具对底部岩石材料的破碎效果。仿真结果表明,在冲击碰撞发生时,冲击能量以应力波的形式产生,沿着钻杆向底部传播并不断衰减,当其传递到最底端时发生反射。应力波的形貌、能量随时间的变化情况和钻具对岩石材料的破碎侵入情况均与实际情况和理论分析一致,验证了理论分析的正确性和这种建模仿真方法的有效性,为航天采样器冲击机构的设计和优化提供了一定的依据。     

模拟月壤钻进力载建模及试验验证

我国探月三期工程无人自主采样任务将利用钻取采样的方式获取深层月壤样品。由于不同月壤组分的机械特性存在显著差异,且采样点处沿深度方向月壤组分分布具有随机性,钻进过程中采样装置所受钻进负载极有可能发生剧烈波动,严重影响钻进稳定性。为保证采样任务的顺利实施,采样装置需要在有限的钻进功耗和钻压力条件下,及时调整合适的钻进工艺参数,控制钻进负载在合理范围内,降低采样风险。分析钻具作用下月壤的失效形式及运移状态,提出填充率概念用以定量描述螺旋钻杆的排屑状况,基于螺旋输送理论建立两种典型工况下的钻进力载模型。多维钻进工艺参数下的模拟月壤钻进试验表明:填充率指标能够准确描述螺旋钻杆的排屑状况;钻进力载模型能够有效预测钻进负载。     

基于离散元的模拟月岩切削负载特性数值模拟及试验验证

钻取采样是人类获取月球岩石类样品的重要手段,钻进负载的稳定性是确保月岩采样任务成功的关键因素。由于岩石属性直接决定其可钻性等级,并影响钻进负载,有必要在地面环境中,分析岩石本构模型与钻进负载之间的关系,构建不同可钻性等级的岩石样本模型,开展模拟钻进试验,获知不同钻进参数下岩石采样的钻进载荷变化情况。据此,将地面条件下大理岩样本选作模拟月岩切削特性的研究对象,基于二维颗粒流程序(Particle flow code 2 dimensions,PFC2D),建立小切削深度下仿真分析模型。利用Plackett-Burman试验(PB试验)和中心组合设计(Central composite design,CCD)方法,确定影响岩石切削特性的微观参数,开展不同切削深度下的模拟月岩切削负载试验验证。经仿真分析与试验验证能得到与岩石切削特性相对应的离散元模型,试验结果表明该仿真模型在较小切削深度条件下的切削负载变化规律与实际情况一致。通过研究获得了一种建立模拟月岩离散元切削模型的建模方法,为后续分析钻头/切削刃构型参数对钻进/切削负载的影响提供了研究条件。     

月壤钻取采样钻进导向机构多方案评价与优选

我国探月三期的主要目标之一是利用钻取采样装置获取不小于2 m深度的月壤样品并返回地球,钻进导向机构的合理设计是保证钻取采样装置顺利采样的关键。在充分分析钻进导向机构所要求的功能和性能的基础上,对钻进导向机构提出合理构型,并针对导轨副摩擦形式和接触类型的不同,提出8种设计方案。为综合评价各方案的优劣,给出评价指标集,基于层次分析法建立导轨副多方案的综合评价模型。通过对判断矩阵的计算和一致性检验,得出各方案权重,最后确定方案集中的最佳方案,为类似的多方案优选提供依据。     

螺旋采样器的设计

该文是煤炭机械化采样螺旋采样器的设计实例,在文章中作者首先对汽火车采样器做了介绍,列出螺旋钻钻头及钻杆设计计算依据和相关结构设计事项。最后作者介绍了螺旋钻配套的结构设计,将螺旋钻整个单机设备的设计计算及结构设计完整的展现给读者。     

冲击式深水床沙采样器的设计

床沙是在特定的水流泥沙条件下所形成的河床物质.床沙测验工作需要使用专门的床沙采样器对河床床沙进行采样,在不破坏天然河床的情况下采集到具有代表深度的泥沙样品,且样品在采样器上提过程中不丢失.对于深水库区河床泥沙进行采样是目前床沙测验中的一个难题.设计了一种利用火药爆炸驱动的新型深水床沙采样器,从天然河床上采集泥沙样本.研究结果表明,该新型深水床沙采样器适用水深可不受限制,采样深度可调,亦能保证样品的完整性、原状性,较好地解决了深水床沙采集问题,具有良好的推广应用价值.     

机器人化月表采样器的研制

首先介绍了月表采样的新特点与存在的困难;根据月表环境、月表样品的特点以及嫦娥三期工程中对月表采样的要求,合理地选择了采样方式,研制出了一台六自由度机器人化月表采样器,并且对采样器的采样原理,机械系统和运动原理做了详细的分析;最后在石灰粉上做了采样实验,验证了多功能的机器人化月表采样器的基本功能与可行性.     

土壤采样器刃部结构优化设计有限元分析

土壤采样是精准农业体系中的重要组成部分。设计了借助有限元软件ABAQUS建立了2种典型的能反映采样器刃部结构形式的土体模型,研究分析了土壤采样器压入对土体产生的扰动影响,土壤采样器结构对压入过程中土体单元的应变的影响,对提高采样质量、压入效率、优化土壤采样器设计具有实际意义。     

空心外螺旋钻杆与月壤相互作用力学模型研究

空心外螺旋钻杆在月面钻取深层月壤样品任务中有非常广泛的应用,研究它与月壤间的相互作用特性,并建立力学模型,对月面钻取采样机构的研制和操作具有重要意义.基于“光杆模型”,建立了空心外螺旋钻杆与月壤相互作用的等效力学模型,该模型能够将空心外螺旋钻杆与月壤间的相互作用统一等效至空心外螺旋钻杆外包络面上进行分析.通过对“光杆模...     

月壤钻探采样装置中的钻杆结构参数优化设计及模拟试验

对月球次表层钻取采样外螺旋钻杆的输土阻力进行理论分析。基于散体力学中连续介质假设,建立钻杆回转输土阻力矩模型。利用该模型分析钻杆直径、螺旋升角等结构参数与输土阻力矩变化的关系,给出参数选择范围。以钻杆输土所消耗的功率为目标,以钻杆结构参数为变量,对钻杆结构参数进行优化设计,使优化后的钻杆平均输土功率降低了30.5%。对结构优化后的钻杆输土阻力进行测试试验,验证了钻杆输土阻力矩随深度增加而变大的趋势。研究成果能为月球次表层采样钻杆设计提供理论依据。     

Quantum Cooperative Robotics and Autonomy

The intersection of Quantum Technologies and Robotics Autonomy is explored in the present paper.The two areas are brought together in establishing an interdisci...     

考虑进油孔有限长滑动轴承油膜力的近似解析解

针对具有进油孔的有限长滑动轴承油膜力求解问题,采用变分原理和分离变量法,求得了有限长滑动轴承油膜压力分布的近似解析表达式。将油膜压力分布的近似解析表达式在油膜存在区域上进行积分,即得到了油膜力。将提出的计算有限长滑动轴承油膜力方法与无限长轴承模型、有限元方法的计算结果进行了比较,发现了提出的方法与有限元方法的计算结果很接近。最后,研究了进油孔位置和进油压力对油膜存在区域、油膜力等的影响,研究结果表明进油孔位置和进油压力对油膜存在区域和油膜力有较大的影响。     

基于多目标非支配解提取法的电力系统无功优化

针对传统的电力系统多目标粒子群优化算法采用权重系数法将多目标转化为单目标,从而忽视了各目标函数间的竞争关系这一问题,提出将非支配解提取法运用到电力系统多目标无功优化中,并设定了一套提取规则,以电力系统中的有功网损、电压偏差和电压稳定裕度为目标,使目标在充分竞争的情况下得出Pareto最优解,利用IEEE-14节点系统对多目标非支配解提取法的电力系统无功优化进行了仿真测试。研究结果表明,该算法一次运行可以得出多组非支配解,既有偏向单个目标的解也有兼顾所有目标的解,克服了权重系数法的盲目性和单一性,可使电力决策者根据实际问题选择最优解,具有较好的灵活性与多样性。     

On the Relation of Load to Average Gap in the Contact Between Surfaces with Longitudinal Roughness

A computer simulation model for the contact between longitudinally-oriented rough surfaces has been formulated. This model closely duplicates the actual surf ace contact deformation behavior by taking into account the elastic interactions between the asperities. There were no assumptions made about the shapes, or any deformation behavior of the asperities, except for their obeying the laws of elasticity. The plastic deformations on the high asperity peaks were taken into account by setting a ceiling on their contact pressures at the material hardness value. The simulations used real surface profiles which were digitized from unworn circumferentially ground steel surfaces. Each pair of these profiles was mathematically combined to form an equivalent rough profile pressing against an infinitely rigid flat and having the appropriately adjusted elastic modulus. A total of 28 different pairs of profiles were used in the simulations. Each contacting pair was subjected to 30 different load levels and the local contact pressures and deformations were calculated. The contact simulations yielded some important mathematical relationships between parameters, such as the real area of contact, average gap, and average asperity load through statistical curve fitting. Two analytical functions were generated to relate the average load to average gap and the real area of contact to load.     

三绕组变压器的双绕组等效建模及在Matpower中的应用

针对实际电网存在着大量的三绕组变压器,但国际上一些著名商业软件,如BPA仿真软件、Matpower这一权威潮流计算开源软件,均只提供双绕组变压器模型,限制了其在具有三绕组变压器的电力系统中的应用的问题,潮流计算是自主开发的电力系统各种应用软件的核心模块,因此依托国际权威开源程序进行二次开发,是一种较好的选择。对Matpower要求的数据格式进行了归纳,对变压器的一般的等值电路及带理想变压器的等值电路和带标幺值的等值电路进行了分析研究,提出了三绕组变压器转换为双绕组等效模型的建模方法,使得原先只适应双绕组变压器的潮流计算软件可以适用于三绕组变压器电网的潮流计算;最后以Matpower软件为例进行了案例计算,并用PSASP仿真软件进行对比验证。研究结果证明,所提出的建模方法是有效的。     

Hybrid inversion method for equivalent electric charge of thunder cloud based on multi-station atmospheric electric field

This article proposes the hybrid method to inverse the equivalent electric charge of thunder cloud based on the data of multi-station atmospheric electric field. Firstly,the method combines the genetic algorithm( GA) and New ton method through the mosaic hybrid structure. In addition,the thunder cloud equivalent charge is inversed based on the forw ard modeling results by giving the parameters of the thunder cloud charge structure. Then an ideal model is built to examine the performance compared to the nonlinear least squares method. Finally,a typical thunderstorms process in Nanjing is analyzed by Genetic-New ton algorithm with the help of weather radar. The results show the proposed method has the strong global searching capability so that the problem of initial value selection can be solved effectively,as well as gets the better inversion results. Furthermore,the mosaic hybrid structure can absorb the advantages of tw o algorithms better,and the inversion position is consistent with the strongest radar echo.The inversion results find the upper negative charge is small and can be ignored,w hich means the triple-polarity charge structure is relatively scientific,w hich could give some references to the research like lightning forecasting,location tracking.     

虚拟式流体参量集成测试系统及其实现

为了实现对流体参量的自动测量,运用虚拟仪器设计思想,采用组件技术、海量数据存储技术及仪器通用化设计方法,设计并实现了虚拟式流体参量集成测试系统.该系统能同时对流体的温度、压力和流量等进行动态测试.实验室演示表明,该集成测试系统性能稳定,操作简单,功能较强大.     

电站锅炉模糊风险评价方法研究与应用

针对电站锅炉风险等级评价问题,将模糊综合评价技术应用到电站锅炉风险等级评价中。开展了电站锅炉失效影响因素及模糊评价因素的重要程度分析,建立了一套科学合理适于在线评价的电站锅炉风险评价体系,提出了模糊综合评价技术与改进的模糊层次分析法相结合的模糊风险评价方法,利用改进的模糊层次分析法计算了指标体系中各层指标权重。对某一台电站锅炉的实际运行工况影响子因素进行了模糊风险评价,采用模糊合成算子进行模糊综合运算得到电了站锅炉运行工况影响子因素的评价向量。研究结果表明:电站锅炉的运行工况影响子因素的风险评价等级为第6级,失效可能性等级为小,该电站锅炉运行工况良好。     

交通荷载作用下桥梁结构参数识别方法

应用动力节点加载法,将作用在桥梁上的交通荷载转化为等效节点荷载,再用两步构造法识别结构物理参数.第1步,用Newmark-β方法变换结构运动方程,并用结构的加速度响应求得变换空间内的位移、速度和加速度响应;第2步,基于最小二乘原理,构造出变换空间内求解结构参数的递推式,进行结构物理参数识别.数值模拟结果表明,在交通荷载作用下,该方法能够快速、准确地进行桥梁结构参数识别.