超高性能混凝土(UHPC)在桥面板体系中的应用2020年度研究进展

超高性能混凝土（UHPC）与正交异性钢桥面板的组合是近年来桥梁工程中新材料、新构造研究的典型范例。UHPC桥面板的刚度较大,可以有效减小桥面板中的局部变形,从而明显降低正交异性钢桥面板中的疲劳应力幅,改善其抗疲劳性能。从新构造、剪力连接件性能、组合桥面板基本力学性能、组合桥面板疲劳性能及UHPC材料与构件力学性能等几个方面对UHPC-正交异性钢桥面板组合体系的研究进展进行综述,其内容主要为2020年以来发表的工作,部分兼及更早的研究成果。     

混凝土拱坝温度应力与横缝性态智能控制方法

温控防裂与横缝工作性态调控是混凝土拱坝施工期面临的两大难题,而冷却通水策略是控制拱坝混凝土安全、横缝开合的关键因素。为此,本文提出了混凝土拱坝温度应力与横缝性态智能控制方法,并综合应用智能化控制理念、仿真分析工具、自动控制技术构建了混凝土拱坝温度应力与横缝性态智能控制系统。分析表明,该系统有效调控了坝体应力与横缝工作性态、充分发挥了混凝土材料性能、大幅提升了温控施工效率,实现了拱坝温控防裂与横缝性态调控的多目标智能优化。     

考虑寄生参数的隔离型双有源桥DC-DC变换器的开关开路故障分析与容错控制策略

双有源桥(DAB)DC-DC变换器开关管的驱动电路故障导致开关开路故障(OCSF),这使得DAB系统拓扑对称性缺失、高频电压和电流发生畸变和直流偏置,进而对系统的可靠性和长期运行稳定性造成不良影响.对此,研究DAB开关管和高频变压器寄生参数对OCSF后系统运行状态的影响,以完善DAB故障分析体系.针对OCSF问题,提出一种基于对称拓扑和对偶原理的故障容错策略,通过闭锁开关使系统运行拓扑恢复对称,并在此基础上提出一种不改变控制器参数、只需改变控制器输出饱和参数的实用控制方法,并在理论上讨论了该方法的可行性.最后,通过实验验证了OCSF模态分析及所提容错控制策略的正确性.     

高效高功率密度车载双向电能变换器设计

研究设计了一种用于电动汽车电池充放电的车载双向电能变换器。充电状态下,前级采用PWM整流技术,后级采用移相全桥零电压开关电路,实现电气隔离高效的降压变换。放电状态下,双向DC-DC变换器实现升压变换,双向AC-DC作为单相全桥逆变器采用电压前馈、电压电流双闭环控制策略。本系统采用全控型器件GaN控制电流电压通断,能够使得电流电压在正负四象限工作,实现能量的正向和反向的双向传递。依据此方案设计一款开关频率100 kHz、输出功率2 kW的原理样机,经测试该系统能够有效实现能量的双向流动,并且有效提升了效率和功率密度,验证了方案的可行性。     

Q690q耐候桥梁钢免预热焊接热影响区的组织性能

 针对Q690q耐候桥梁钢,利用MMS-300热模拟试验机进行焊接热循环过程模拟试验,研究了10.5~114.9 kJ/cm热输入下粗晶热影响区(CGHAZ)、细晶热影响区(FGHAZ)和不完全相变热影响区(ICHAZ)的微观组织以及冲击韧性、硬度的变化情况,并观察了冲击断口形貌,然后采用优选的焊接热输入,进行了免预热的药芯焊丝熔化极气体保护焊(FCAW)和埋弧焊(SAW)的焊接工艺评定试验。结果表明,热输入较低时,CGHAZ和FGHAZ主要生成板条马氏体组织、ICHAZ出现岛状的M/A组元,其冲击韧性低、硬度高;热输入较高时,CGHAZ主要生成大尺寸的粒状贝氏体、准上贝氏体或上贝氏体组织,同时大尺寸的块状M/A组元数量不断增加、尺寸变大,其冲击韧性显著降低。FGHAZ生成较多多边形或准多边形铁素体、珠光体等高温转变组织,其硬度降低明显。ICHAZ除生成准多边形铁素体、无碳化物贝氏体和退化珠光体外,回火索氏体基体组织中的碳化物颗粒尺寸不断变大,其强韧性不断降低;热输入为18.2~25.7 kJ/cm时,CGHAZ以板条束细小且异向的板条贝氏体为主、FGHAZ形成细小均匀的板条贝氏体和粒状贝氏体组织、ICHAZ主要为细小的回火索氏体和板条贝氏体组织等,试验钢热影响区各亚区均具有高冲击韧性和与母材相当的硬度。因此,优选焊接热输入应控制在18.2~25.7 kJ/cm范围内。采用(22±1) kJ/cm的焊接热输入,开发的40 mm厚Q690q耐候桥梁钢板在免预热焊接条件下的FCAW和SAW焊接接头均具有良好的可焊性和焊接性能,热影响区的强韧性与母材相差不大。从而成功实现了Q690q耐候桥梁钢免预热焊接的实验室尝试。     

全桥逆变弧焊主电路中RC缓冲电路的分析与设计

在续流回路中续流二极管的开通与关断均产生负载的巨大变化,会给线路带来一定的di/dt,它与变压器的漏感、吸收回路电感以及杂散在线路中的电感作用,会形成电压浪涌,给IGBT带来电压冲击,这不利于IGBT的可靠工作.如果续流二极管始终处于关断状态,则在IGBT上不产生过电压,这种关断轨迹有利于IGBT可靠工作.建立了全桥主电路中IGBT关断期间的数学模型,求解该模型得到Uce数学解析式,得到变压器的漏感越小,IGBT的Uce电压越小的结论.根据具体的主电路参数,计算出合理开关轨迹下的RC缓冲电路中的电阻值,根据缓冲回路电阻的功率限制和开关轨迹的要求计算缓冲电容值,通试试验证明了IGBT关断期间的数学模型是正确的.     

中国是世界拱坝大国也是世界拱坝强国——在《特高拱坝建设总结及安全运行管理研究》会议上的发言

中国拱坝数量占全世界的40%,数量最多;世界最高的三座拱坝都在中国,因此中国是世界拱坝大国。中国解决了岩溶地区拱坝防渗、狭窄河谷拱坝大流量泄洪等技术难题,发展了碾压混凝土拱坝筑坝技术。中国学者首创大坝混凝土标号分区技术,首创混凝土坝温度应力理论体系,解决了大坝裂缝这一世界性难题;建立了拱坝优化理论、混凝土坝仿真分析方法、混凝土坝有限元等效应力方法、混凝土坝数值监控方法等,在拱坝设计和科研上取得了全世界最多的重要成果,因此中国既是世界拱坝大国,又是世界拱坝强国。     

玻璃纤维复合材料用于桥梁的可行性

简述玻璃纤维复合材料的性能和发展现状等，给出了其在桥梁中的应用实例，提出了有关该类材料桥梁设计的一些看法，分析表明，玻璃纤维复合材料桥梁具有质量轻，结构的整体性和耐久性好，安全可靠，施工便利等优点，但价格和建筑成本等因素帛约了其在桥梁中的广泛应用，今后需要在桥梁的结构形式和材料的合成工艺等方面开展研究，以便使它具有与其它传统材料相当的价格和建筑成本；预测玻璃纤维复合材料将会在桥梁中得到广泛应用。     

Nonlinear tracking control of underactuated cranes with load transferring and lowering: Theory and experimentation

A bridge crane is a complicated nonlinear underactuated mechatronic system, for which high-speed positioning and anti-swing control is the kernel objective. Existing methods for varying cable length cranes require either linearizations or approximations, when performing analysis, and they usually assume small load swing; moreover, the ranges of the tracking errors cannot be guaranteed during the overall process. Motivated by these facts, we present a new tracking scheme for cranes with load horizontal transportation and lowering control, which achieves simultaneous load swing suppression and elimination. To the best of our knowledge, the proposed method yields the first feedback closed-loop control result not needing linearization or approximation operations to the original nonlinear crane dynamics with cable length variation, while relaxing the common assumption imposed on load swing associated with existing methods. It can also guarantee that the tracking errors are always within a priori set bounds and converge to zero rapidly. Lyapunov-like analysis is implemented to support the theoretical derivations. We carry out hardware experiments to illustrate the superior control performance of the new method.     

基于组播的LFMCW雷达显示系统设计与实现

基于组播传输机制设计并实现了雷达系统网络结构,定义了各种显控协议报文的数据结构以及与之相关的组播地址。针对数据报文中的极坐标数据,提出了一种基于三维优化查找表算法的坐标转换方法。对转换过程中的漏点和重点等问题进行了有效解决,并分析了组播在实现多屏显示和在综合船桥系统中的扩展优势。最终系统通过QT绘制界面,在以XC6SLX100T和DAVINCI DM3730为基础的硬件平台上完成了实际测试,验证了系统的可行性。