面向环境力学的离散元分析软件研发和工程应用

离散元计算分析软件对解决环境力学中的离散介质问题有至关重要的作用.针对环境灾害中的非规则颗粒单元,以圆球颗粒为基本单元,分别构造镶嵌组合单元、黏结组合单元、扩展圆盘单元和扩展多面体单元等,并在此基础上开发基于球形颗粒离散元方法的分析软件(Software of Spherical Particle-based Discrete Element Method,SDEM).该软件可模拟碎冰、岩石和道砟等颗粒材料的力学行为,能直观展现这些力学过程的发生、发展和演化;基于GPU的并行计算实现离散元大规模计算的高效性.对SDEM软件在地质灾害、工程海冰和铁路道床等领域的应用进行介绍.     

软岩巷道底板底鼓控制技术研究

以9106胶顺为研究对象,用FLAC3 D模拟巷道采用不同钻孔深度卸压时围岩应力的分布情况,根据模拟结果可知,当钻孔深度4m时,围岩应力及底板塑性区深度最小,卸压效果最优.通过监测钻孔卸压前后巷道顶底板变形量可知,卸压后最大顶底板移近量和底鼓量较卸压前分别减小了450 mm、360 mm,卸压效果明显.     

圆柱单自由度和双自由度涡激振动特性研究

对圆柱绕流的涡激振动过程进行了数值模拟,研究了单、双自由度下涡激振动的力学特性、振幅特性、频谱特性,探讨了单、双自由度的适用条件.结果表明,单自由度条件下,随着约化速度的增加,阻力系数时均值先增大后减小,升力系数幅值先增大后减小再增大,且进入和离开“锁定”区间时二者均会产生波动.双自由度条件下,横向与流向无量纲振幅均随雷诺数的增大先增大后减小.低质量比时,流向振动的影响不可忽略,而高质量比时,可忽略流向振动的影响.     

圆柱单自由度和双自由度涡激振动特性研究

对圆柱绕流的涡激振动过程进行了数值模拟，研究了单、双自由度下涡激振动的力学特性、振幅特性、频谱特性，探讨了单、双自由度的适用条件。结果表明，单自由度条件下，随着约化速度的增加，阻力系数时均值先增大后减小，升力系数幅值先增大后减小再增大，且进入和离开“锁定”区间时二者均会产生波动。双自由度条件下，横向与流向无量纲振幅均随雷诺数的增大先增大后减小。低质量比时，流向振动的影响不可忽略，而高质量比时，可忽略流向振动的影响。     

农用履带车辆软地转向特性建模与仿真

在履带车辆软地转向建模问题的研究中,为有效预测农用履带车辆在软地面上的转向特性,根据作用在转向车辆上的力和力矩建立了车辆稳态转向力学模型,进行了数值仿真,并对模型车辆进行了软地转向行驶试验.结果认为:当外侧履带打滑率增大时,履带车辆有效牵引力和内侧履带的打滑率逐渐增大,但转向力矩逐渐减小;当车辆转向比的减小时,履带车辆有效牵引力、内侧履带打滑率及转向半径随之减小,但转向力矩增大.建立的转向力学模型能够预测履带车辆的沉陷量、转向半径和内、外履带的打滑率,并且预测最大误差小于试验值的15％.研究结果为准确、有效地预测农用履带车辆软地转向性能提供了参考依据.     

型钢活性粉末混凝土柱偏心受压性能有限元分析

为研究型钢活性粉末混凝土(reactive powder concrete, RPC)偏压柱的承载性能,考虑偏心距和加载角2个因素的影响,对6根型钢RPC柱试件进行偏压试验,并利用Abaqus软件进行模拟,将模拟结果与试验结果进行对比分析。结果表明：随着偏心距和加载角的增大,试件极限载荷逐渐降低,偏心距对试件极限承载力的影响较明显;试件的极限位移随偏心距的增大而增大,随加载角的增大而减小;偏心受压试件的刚度随偏心距的增大而减小。有限元模拟分析结果与试验结果基本一致,可为型钢RPC偏压柱的承载性能设计提供参考。     

不同结构面倾角及间距下煤柱变形分析

针对目前的煤柱变形研究大都将煤柱处理为连续体,没有考虑煤柱中广泛存在的结构面破坏及失稳问题,采用3DEC软件对不同结构面倾角及间距下煤柱最大主应力及变形量进行了数值模拟,结果表明:煤柱最大主应力随结构面间距增大而增大,随结构面倾角增大而减小;随着结构面倾角的增大,结构面间距对煤柱最大主应力的影响越来越小;煤柱变形量随结构面间距增大而逐渐减小,随结构面倾角增大而增大;当结构面间距小于1.5m,结构面倾角大于45°时,煤柱变形量显著增大。     

基于PSI技术的芜湖市地面沉降时空特征分析

城市的沉降监测有利于了解区域实时高程,可为地质灾害与防护部门提供数据依据,避免因高程损失而带来的地质灾害。基于2016年1月至2017年12月共22景Sentinel-1A干涉宽幅模式影像数据,利用永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术以及合成孔径雷达差分干涉测量技术进行芜湖市地表形变监测,并分析研究区地面沉降的时空分布特征。空间上,阐述芜湖市地面沉降的整体格局,再以道路为专题,分析了道路的沉降分布格局。时间上,以时间为基线,逐月分析地面沉降部分在年内的具体变化。结果表明：空间上,芜湖市地面沉降主要集中在长江以东的范围,呈现出由西向东逐渐增加的趋势,长江以西呈现零星漏斗式沉降分布,其中,沉降累积量也与道路的密度与建设相关,道路汇集区与修建区域的沉降累积量较大;时间上,研究区整体沉降量各月变化较均匀,其中,沉降量变化范围在6月最大,10月与11月最小。     

基于PSI技术的芜湖市地面沉降时空特征分析

城市的沉降监测有利于了解区域实时高程,可为地质灾害与防护部门提供数据依据,避免因高程损失而带来的地质灾害。基于2016年1月至2017年12月共22景Sentinel-1A干涉宽幅模式影像数据,利用永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术以及合成孔径雷达差分干涉测量技术进行芜湖市地表形变监测,并分析研究区地面沉降的时空分布特征。空间上,阐述芜湖市地面沉降的整体格局,再以道路为专题,分析了道路的沉降分布格局。时间上,以时间为基线,逐月分析地面沉降部分在年内的具体变化。结果表明:空间上,芜湖市地面沉降主要集中在长江以东的范围,呈现出由西向东逐渐增加的趋势,长江以西呈现零星漏斗式沉降分布,其中,沉降累积量也与道路的密度与建设相关,道路汇集区与修建区域的沉降累积量较大;时间上,研究区整体沉降量各月变化较均匀,其中,沉降量变化范围在6月最大,10月与11月最小。     

含不同倾角裂隙类岩石蠕变特性及数值模拟分析

为研究含不同倾角裂隙岩石的蠕变特性,利用相似理论配制含不同倾角单裂隙类岩石,对含不同倾角单裂隙类岩石试件进行三轴蠕变试验,得到不同角度单裂隙类岩石的稳态蠕变率与稳态蠕变量,利用ANSYS软件对含不同倾角裂隙类岩石进行数值模拟并分析,得到试件的应力与应变云图和裂隙特征点的稳态蠕变量、稳态蠕变率曲线.研究发现:三轴稳态蠕变率随裂隙倾角的增大表现出先增大后减小再增大的趋势,在倾角为30°时稳态蠕变率最大,最大为2.59×10-4h-1,在倾角为75°时最小,最小为1.47×10-4h-1;试件在蠕变过程中,裂隙尖端产生应力集中现象,远离裂隙尖端的部分应力变化较均匀;运用ANSYS软件对不同裂隙倾角试件进行蠕变模拟分析发现,在30°倾角时蠕变应变量最大,在75°倾角时蠕变应变量最小,90°倾角试件与无损伤试件蠕变应变量变化较均匀.     

地铁线路扣件刚度对钢轨振动与波磨的影响

为探明整体道床轨道区段波磨发生机理及其对轮轨系统参数的影响规律,建立轮对和整体道床轨道三维有限元模型,分析轮轨共振模态与整体道床钢轨振动特性,探讨钢轨扣件刚度和轮对振动模态对整体道床区段钢轨波磨的影响规律.结果 表明:钢轨扣件刚度主要影响钢轨起跳共振频率,而对钢轨pinned-pinned共振频率影响甚微;较低的扣件刚...     

化工过程系统多目标夹点分析的模型框架与步骤

减少水、能源和资源利用是化工生产过程中面临的最重要的挑战.通过对化工过程系统进行分析,本文将过程集成技术中的水夹点、热夹点和碳夹点技术相结合,提出多目标夹点分析方法.分析了在化工过程中用水、热公用工程以及碳排放的关系,提出洋葱头修改概念图,增加二氧化碳排放和能源规划环节.在同时考虑化工生产过程中的水、热和能源多方面因素的情况下,提出基于贯序的多目标夹点分析与设计方法,建立了详细的模型框架以及设计步骤.具体步骤如下:(1)基础数据提取;(2)无水回用情况下的新鲜水用量;(3)基于累积流量-累积负荷图,确定最小新鲜水用量和最小废水排放量以及夹点的位置;(4)确定新鲜水节约效率;(5)进行水网络设计:(6)运用累积负荷-累积流量-温度图,确定最大公用工程用量,绘制能量匹配图;(7)从水网络设计图中提取热集成数据,计算最小公用工程数据;(8)计算节能效率;(9)基于累积能源-累积二氧化碳排放组合图,确定最终的能源资源分配.按以上步骤可确定最小新鲜水用量、最小废水排放量、最小公用工程、最小清洁能源使用量.     

多因素耦合下剥落损伤随机分布特性对轴承疲劳寿命的影响

以控制力矩陀螺的角接触球轴承为研究对象,考虑环境温度、摩擦热、对流换热、轴向力和转速等复杂多应力耦合作用及剥落损伤特征,推导其传热模型、接触应力仿真模型和疲劳寿命仿真模型。对比轴承有疲劳剥落损伤和无疲劳剥落损伤2种情况,分别给出典型工况下的温度、应力和疲劳寿命结果,讨论轴向力和转速对温度和应力的影响,总结疲劳损伤的特征尺寸随机分布对应力和疲劳寿命的影响。结果表明：在同样的条件下,剥落损伤引起的应力集中效应很明显,并且会引起区域温度升高;分别改变转速和轴向力,转速对温度和应力影响更明显;随着轴向力和转速增加,损伤轴承的最高温度和最大应力的大小和增长率均大于无损伤轴承;应力和疲劳寿命对剥落区域的直径更敏感,最大应力随直径增大呈先增大后减小的抛物线形关系,并随着深度增加而减小;虽然当剥落区域取最小直径且最大深度、最小深度且最大直径这2种情况下轴承疲劳寿命大于0,但是在剥落区域直径和深度的大部分取值范围内轴承疲劳寿命均为0。     

Stability of continuous welded rail track

As the use of continuous welded rail (CWR) increases in track structures, derailing disasters associated with track buckling also increase in great numbers due to high compressive thermal stress. A three-dimensional CWR track model is developed in the present study to be used for extensive buckling analysis of CWR tracks subjected to temperature load. The analysis model is encoded into a special purpose program using the finite element method. The CWR track model consists of four elements: a mono-symmetric thin-walled open section beam element with 7 degrees of freedom per node to represent the rail; a solid beam-on-elastic-foundation element having 6 degrees of freedom per node to simulate the tie, including vertical and/or longitudinal ballast resistance; an elastic spring element with two nodes and zero length to stand for pad-fastener system; and spring elements for the lateral or longitudinal ballast resistances. Also, two types of significant nonlinearity are included in the track model: the geometric nonlinearity of the rail element, and the materially nonlinear resistance of the ballast. The validity of the present study is strictly verified through a series of comparative analyses with those by others. The nonlinear analysis results have shown that buckling of the track is a three-dimensional problem, and the 2-D rail–tie model and beam model overestimated the CWR track stability.     

基于杂波特性的自动跟踪起始试验统计方法

Two test statistics based on clutter characteristics are derived. A tentative track is confirmed when the track-is-on-clutter hypothesis is rejected. A constant and known false track rate results when the assumptions of the null hypothesis are true. The first test statistic is based on the clutter density. A high probability of target detection is resulted when the expected distance to the nearest target peak is less than the expected distance to the nearest clutter peak. The second test statistic is based on the clutter amplitude. A high probability of target detection is resulted when the expected amplitude of the target peak is greater than the expected amplitude of clutter peaks. The behavior of the clutter-based test statistics is compared with the target visibility method, using simulated data. All track initiation methods are applied using a track updater based on probabilistic data association (PDA), extended to incorporate peak amplitude information, which is available.     

机匣参数对双转子航空发动机整机动力学特性的影响分析

以某航空发动机带机匣双转子试验器为参考,分别采用截锥壳元素法和Timoshenko梁理论对其机匣和双转子系统进行了有限元建模,得到了试验器的整机有限元模型.研究了机匣参数对双转子航空发动机整机动力学特性的影响.研究结果表明:随机匣-转子质量比的增大,机匣的振动先减小后增大,从优化整机振动响应角度出发存在最佳质量比,当机匣-转子质量比约等于0.45时,整机系统的振动最小;采用不同材料的机匣对整机系统的临界转速影响不大,但对整机系统振动具有一定影响,当机匣采用合金钢时,整机系统的振动最小,采用铝合金时,整机系统的振动最大.     

浅析质量式油耗仪的现场校验

检测汽车燃油消耗量常是通过燃油消耗检测仪测定燃油消耗量的容积或质量来表示。其按测量方法可分为：容积式油耗仪、质量式油耗仪、流量式油耗仪、流速式油耗仪。大多数油耗仪都能连续、累计测量,但测试的流量范围和流量误差各不相同。现以质量式油耗仪为例予以浅析其现场的校验。     

电液伺服试验机力控系统负载刚度自适应控制

负载刚度的变化会导致电液伺服力控系统的控制特性发生改变,从而降低系统的稳定性与控制精度.本文以电液伺服万能试验机为研究对象,首先建立了考虑负载刚度的力控系统数学模型,分析了负载刚度的变化对控制特性的影响;其次设计了模型参考自适应(MRAC)控制器,并根据试验机力控系统的设计目标提出了一种具有最小拍响应特性且满足严格正实要求的参考模型;然后利用Simulink对最小拍参考模型MRAC控制器及PID控制器进行了仿真,并在自制的实验平台上采用两种不同刚度的试样分别进行了等速力加载实验,仿真及实验结果表明所设计的控制器能有效的抑制试样刚度的差异所引起的控制特性的变化,使电液伺服力控系统的响应具有良好的一致性.     

基于PCL的带开孔翼梁腹板参数化建模和分析

针对带开孔翼梁腹板的结构稳定性,利用PCL编写带开孔的复合材料翼梁结构的参数化建模程序,分析2种开孔位置对结构稳定性的影响.结果表明圆形开孔与翼梁根部的距离以及水滴形孔与圆形开孔的距离对结构稳定性影响明显:屈曲因子随圆形开孔离翼梁根部距离的增大先增大、后减小;屈曲因子随着水滴形孔与圆形孔距离的增大而单调减小;水滴形孔与下壁板的距离对结构稳定性影响不大.在保证结构稳定性和最大应变小于设计值的前提下,确定水滴形孔与下壁板之间的最小距离.     

矿井搜救探测机器人驱动系统最小能耗建模与影响因素分析

研究了矿井搜救探测机器人最小能耗影响因素。针对直流伺服电机和减速齿轮驱动下的移动机器人驱动系统,利用Hamiltonian函数与最小值原理求解出驱动系统的最优速度函数和最优控制电流函数,建立了非线性摩擦条件下的最小能耗模型。通过MATLAB仿真,分析了减速器效率[η]、负载、库仑摩擦力和粘性摩擦系数等因素对最小能耗的影响,确定了各参数对驱动系统最小能耗的影响规律。为矿井搜救探测机器人驱动系统消耗能量最小进行参数配置提供依据,对实现机器人节能降耗具有现实的意义。