运行复合绝缘子憎水性测量方法探讨

针对运行复合绝缘子表面的憎水性特点,提出憎水性测量的新思路并分析了现有标准所规定测量方法的局限性.准确地进行运行复合绝缘子憎水性测量的前提条件是表面状态应该与运行时一致;由于表面粗糙度的影响会导致静态接触角法和动态接触角法在运行复合绝缘子表面测量结果重复性差;后接触角试验后的残留水量可以作为新测量方法进行深入研究;表面张力法不适合用在运行复合绝缘子表面;WC喷水分级法可实现运行复合绝缘子憎水性的在线测量,但进行在线测量时需要注意对憎水性的周期性数据变化的处理;表面粗糙度可作为憎水性测量客观判定依据;根据复合绝缘子表面电位和电场分布,给出了一种憎水性不均匀分布的算法.     

复合绝缘子用硅橡胶材料表面动态接触角的研究

选用不同憎水性等级的硅橡胶材料作为试样,用接触角测量系统实时记录液滴在试样表面的动态变化过程,对动态接触角精确测量,考察动态接触角与憎水性等级的对应关系,以及表面粗糙度对动态接触角度的影响。试验结果表明前接触角只能在一定程度上表明憎水性的优劣,但却不能准确判断其处于何种憎水性等级;后接触角大小在HC1~HC4级范围内与憎水性等级存在较好的对应关系,但两者对应的临界值与国标GB/T 24622-2009中的推荐值有一定的差别;随着憎水性等级的增加,表面粗糙度将不断增大,其对动态接触角的影响较大,导致同一憎水性等级的动态接触角出现上下波动。     

接触角法表征复合绝缘子用硅橡胶材料表面憎水性的研究

以4种不同湿润性等级的硅橡胶材料作为样本,用接触角测量仪记录液滴在试样表面的变化,对静态和动态接触角精确测量,考察了测量时间对静态接触角的影响,以及接触角度与湿润性等级的对应关系。研究结果表明:静态接触角大小随测量时间延长先是比较稳定,而后下降明显,最后趋于稳定,推荐在10 s内测量完成;静态接触角与湿润性等级的区分性较差,而后接触角则能准确反应试样的湿润性,但实验表明,其大小和湿润性等级对应的临界值与国标GB/T 24622-2009中的推荐值有一定的差别,还需进一步地研究界定。     

接触角对张力计及轴平移技术测量非饱和土吸力的影响

接触角变化将直接影响非饱和土中水–气交界面的性质。为研究张力计和轴平移技术测量吸力过程中接触角的变化情况及这种变化对测量结果的影响,以表面化学原理为基础,把退湿分为外力式退湿和蒸发式退湿2种形式;增湿分为外力式增湿和凝结式增湿2种形式。在此基础上分析退湿过程中,张力计和轴平移技术测量吸力时土体中的接触角特性。从理论上断定:退湿过程中,相同含水率下轴平移技术所测得的基质吸力要大于张力计所测;增湿过程中,相同含水率下轴平移技术测得的基质吸力则又小于张力计所测,并通过接触角测量试验和吸力测量试验验证了这一推断。2种测量方法在实际应用中应该对应不同的工况:对于雨水入渗,地下水位下降等非饱和土力学问题应该用轴平移技术试验结果;对于非饱和土的干缩问题则应该用张力计进行测量。     

污秽物表面张力的测量及其对接触角的影响研究

在实际电力系统线路运行环境中,硅橡胶表面的不同染污程度和水滴吸收污层盐分共同作用影响硅橡胶表面液滴接触角的大小。采用悬滴法测量盐溶液表面张力和理论计算法测量污层表面张力,并对比盐溶液在洁净硅橡胶表面的接触角和水在污层表面的接触角,分别分析液体表面张力和固体表面张力对液滴形态的影响规律。结果表明,对于盐溶液液滴,随着NaCl浓度增大,其表面张力增大,盐液滴在洁净硅橡胶表面的接触角增大;对于污层表面,由于盐密增大,固体表面张力增大,故即使水液滴吸收了污层中盐分使得自身表面张力增大,液滴接触角仍减小;并且在实际运行情况下,液滴接触角受污层性质的影响较大。     

液滴面积法用于绝缘材料憎水性表征的适应性撤回

提高绝缘子憎水性等级判定的准确性可精确复合绝缘子的老化水平。分析接触角、液滴体积和液体参数对液滴面积和液滴面积法灵敏度的影响,得出了随着接触角增加液滴面积和其灵敏度下降,随液滴体积、液体参数的增加液滴面积和灵敏度均增大的规律。总结了水在常见体积下的水珠面积法与接触角的对应关系,表明了接触角过大时液滴面积变化非常小,灵敏度大大下降,面积法应用在材料表面接触角小于临界接触角的情况下。采用不同的绝缘材料实测了液滴面积和接触角,验证了测量结果的可靠性。     

液滴面积法用于绝缘材料憎水性表征的适应性

提高绝缘子憎水性等级判定的准确性可精确复合绝缘子的老化水平。分析接触角、液滴体积和液体参数对液滴面积和液滴面积法灵敏度的影响,得出了随着接触角增加液滴面积和其灵敏度下降,随液滴体积、液体参数的增加液滴面积和灵敏度均增大的规律。总结了水在常见体积下的水珠面积法与接触角的对应关系,表明了接触角过大时液滴面积变化非常小,灵敏度大大下降,面积法应用在材料表面接触角小于临界接触角的情况下。采用不同的绝缘材料实测了液滴面积和接触角,验证了测量结果的可靠性。     

表面张力与接触角对膨胀土干缩开裂影响的试验研究

用悬滴法对纯水、酒精溶液和肥皂水(表面活性剂)3种液体的表面张力进行测量,比较3种液体表面张力的大小;用躺滴法测量混有十八胺的两种土样的接触角。在此基础上,针对不同表面张力和接触角的膨胀土试样进行收缩开裂试验。试验结果表明:孔隙水表面张力和接触角对膨胀土的收缩开裂有重要影响。表面张力越小的试样,其最终收缩开裂裂隙度越小,但在裂隙发展阶段,脱湿时间相同时,孔隙水表面张力小的土样其收缩开裂裂隙度有可能大于表面张力较大的土样。增大土颗粒与孔隙水间的接触角可以很好的抑制膨胀土的收缩开裂,接触角越大,相同的脱湿时间下土体的收缩开裂裂隙度越小。减小孔隙水表面张力或增大接触角都会使土体中的弯液面曲率半径增大,从而减小土体中的基质吸力。接触角的增大还有可能使弯液面由凹变凸,基质吸力会因此消失,从而很好的抑制膨胀土开裂。     

低阶煤颗粒-气泡诱导时间测试及表面改性

低阶煤由于表面含有大量极性含氧官能团,孔隙发达,导致浮选效率低。通过表面改性提高煤表面的疏水性是改善浮选性能的关键。采用扫描电子显微镜分析了低阶煤的表面形貌,通过改变煤样表面粗糙度以及使用酸碱溶液浸泡对煤样进行改性,并采用接触角测试表征煤样改性后表面润湿性的变化,借助诱导时间测量装置研究了煤样改性后颗粒-气泡粘附特性,通过浮选试验验证改性后煤样表面可浮性的变化。结果表明,低阶煤表面粗糙,孔隙和裂隙较发达,有较多细小颗粒附着在表面。改变煤样表面粗糙度并测量诱导时间发现,煤片的接触角越大,煤样-气泡间诱导时间越小。采用pH=1的盐酸对煤样进行改性,随着浸泡时间的增加,煤样-气泡间诱导时间逐渐减小。将煤样置于不同pH值溶液中浸泡,随着溶液pH值的增加,在酸性溶液中煤样接触角逐渐增加,诱导时间逐渐减小;在碱性溶液中,煤样接触角先增加后减小,诱导时间呈现先减小后增加的趋势。不同pH值溶液对煤样改性后浮选试验结果与诱导时间测试结果一致,表明酸溶液以及适当浓度的碱溶液改性可以提高煤样疏水性,提高精煤可燃体回收率,改善浮选性能。     

混凝土试件变形的光学测量与分析研究

脆性混凝土试件在破坏前变形极小,传统测量方法测量获得的变形误差大。为了弥补传统混凝土变形测量方法的不足,进而获得混凝土更加真实的物理、力学性能,采用近景测量法进行混凝土试件/结构变形测量。近景摄影测量以其非接触式、高效性、低成本性、环境适应性强等优点广泛应用于工程结构变形测量中。采用微机控制万能试验机对立方体混凝土试件进行压缩试验。试验前在混凝土表面布置测点。加载期间,同时获取压力试验机及数码相机与高精度全站仪对同一试件变形测量数据。基于二维直接线性变换分析获取的变形数据,从而实现结构变形的测量。试验结果表明近景摄影测量能够获取高精度的混凝土试件表面二维变形数据,并发现试件内部变形极不均匀;与全站仪测量结果比较,数码相机测量的试件横向和纵向变形误差均在5%以内。     

基于几何成像原理和图传系统的UAV桥检技术

基于影像几何原理,推导了无人机(UAV)进行桥梁检测中物高、物距、焦距和像高之间的关系。提出了适用于桥梁检测的无人机图像传输系统。通过对照试验分别探究相机的测量精度和测量距离之间的关系,测量精度和测量角度之间的关系,以及测量精度和本身裂缝大小之间的关系。经测试,文中提出的无人机图像系统能够满足桥梁裂缝测量的要求。     

散粒土自然堆积的宏细观特征与形成机制

利用离散元数值方法模拟由不同形状颗粒形成散粒堆积体的过程,并通过分析堆积体的宏细观力学特征来揭示其形成机制。研究发现,颗粒形状愈规则,自然休止角愈小。细观上,颗粒接触法向量、法向接触力和切向接触力的各向异性分布强度都随颗粒形状变得规则而降低;接触法向量各向异性主方向与竖直方向的角度差■同自然休止角a之和近乎为一个常数,法向接触力和切向接触力的各向异性主方向与竖直方向的角度差■和■可近似表达为与自然休止角?正相关的线性函数。最后,建立了堆积体内部拱效应的优势发挥方位同颗粒接触法向量、法向接触力和切向接触力各向异性主方向的关系。     

PDC钻头岩石可钻性测定与分级新方法研究

PDC钻头作为最重要的油气钻井破岩工具,其岩石可钻性级值是进行钻头个性化设计与选型、优化钻井参数的关键依据,在中硬以上的地层价值尤为重要。然而,我国2000年颁布实施的石油天然气行业标准《岩石可钻性测定及分级方法》却存在明显的缺陷,对中硬以上的岩石经常出现测试无效、无法获得可钻性级值数据的现象。通过对不同岩性岩石试样的大量微钻头可钻性实验测试,发现标准钻压过低、PDC微钻头结构参数不合理是中硬以上岩石测试无效的主要原因。针对这些问题,首先,研究了微钻头切削齿安装角度对其干涉状态的影响规律,提出了最优的微钻头侧转角,消除了微钻头切削齿与岩石发生干涉的可能性;其次,开展了5种岩石在不同钻压下的微钻头钻岩实验,实验数据表明变压可钻性级值与钻压之间呈线性关系,提出了采用钻压分档测试、当量转化分级或分档独立分级的可钻性测试与分级新方法。该方法既能有效解决中硬以上岩石的可钻性测试问题,又能与过去的软岩测试数据相兼容。主要研究成果已经被2016版行业标准《岩石可钻性测定及分级》所采纳。     

土工模袋砂界面摩擦特性试验研究

土工模袋砂界面特性指标对于各类模袋砂工程的设计至关重要。笔者开展了砂与土工模袋、土工模袋之间界面摩擦特性直剪试验;通过自制试验装置进行了模袋砂间界面摩擦试验,探讨了充填度对模袋砂间界面特性的影响;把试验结果用于典型工程实例变形和稳定性分析,并通过数值计算验证。研究结果表明:模袋与砂界面剪应力-位移关系表现出明显的非线性特征,剪应力峰值及其对应的位移随竖向压力的增大而增大,界面关系服从摩尔-库伦强度理论;砂与模袋间的摩擦角为30.3°,摩擦系数为0.58,黏聚力是3.1 kPa。土工模袋间界面关系也服从摩尔-库伦强度理论,摩擦角为21.3°,摩擦系数是0.39,黏聚力为1.29 kPa。模袋砂之间的摩擦特性指标则因充填度而异,受充填度影响显著,表现为充填度增大,摩擦角变大而粘聚力减小,抗剪强度增大,且竖向压力越大影响越明显。基于试验结果明确了洲头咀沉管隧道模袋砂围堰位移突变的原因及其稳定性,提出了设计控制指标;通过数值计算表明,基于界面摩擦试验结果分析所得结论合理。     

Geocell reinforcement for performance improvement of vertical plate anchors in sand

In this paper influence of geocell reinforcement on performance of vertical plate anchors is studied. A series of model tests were carried out in a test bed-cum-loading frame assembly. The anchor used was a steel plate of size 100 mm × 100 mm. With geocell reinforcement the anchor could sustain deformations as high as 60–70% of its height when the load carrying capacity was increased by four fold. The optimum length, width, and height of geocell mattress giving maximum performance improvement are found to be 5, 3 and 2.8 times the anchor height respectively. For adequate performance improvement size of geocell pocket opening should be close to the anchor size. The load dispersion angle that depicts the rigidity of the geocell mattress tends to increase with increase in its width, height and reduction in pocket size. A numerical study using fast Lagrangian analysis of continua was carried out. The agreement between observed and computed results is found to be reasonably good.     

Numerical simulation of a direct shear test on a rock joint using a bonded-particle model

Rock joints were numerically simulated, and an extensive series of direct shear tests were carried out using the code PFC3D. The feasibility of reproducing a rock joint using the contact bond model was demonstrated, and the effects of the geometrical features and the micro-properties of a joint on its shear behavior were examined. Asperity failure was observed from the micro-cracks and contact force distribution, as well as the stresses and displacements in shear and normal directions. A rough joint with a joint roughness coefficient (JRC) value ranging from 10 to 20 was produced in an intact sample by defining the joint-contacts along a predefined joint surface. To simulate a decrease in joint wall strength (JCS) caused by weathering and alterations, the bond strength between particles involved in the joint-contacts was reduced by up to 70%. The shear behavior and failure progress at a given stress corresponded well to those observed in laboratory tests. The friction coefficient was the most important factor governing the shear strength and dilation angle. The variation in joint roughness and contact bond strength had a larger effect on the cohesion than peak friction angle. In addition, a new approach to represent JRC and JCS values of a joint was proposed for practical use. A numerical 3D-profile scanning technique was developed to evaluate the actual JRC of the simulated joint, and the relationship between the JCS and the contact bond strength was investigated.     

砾石垫层-混凝土接触面力学特性单剪试验研究

混凝土面板坝的安全与面板的受力状态密切相关。混凝土面板与砾石垫层料的特性有较大差异,两者之间接触面的力学特性,对于面板的应力与变形具有重要影响。结合国内在建的水布垭高面板堆石坝的设计科研需要,研制了一大型叠环式单剪仪,对面板与砾石垫层间接触面的力学特性进行了试验研究。为了对接触面的不同处理方式的效果进行对比,为设计方案的选择提供依据,分别进行了混凝土面无保护、砂浆保护和乳化沥青保护三种接触面的剪切试验。     

The stiffness of laser stake welded T-joints in web-core sandwich structures

The purpose of this paper is to describe experiments carried out on laser stake welded T-joints of web-core steel sandwich structures. A special test setup was developed to measure the shear-induced rotation at the T-joint. The ratio of the shear force to rotation angle gave the joint stiffness. This stiffness was measured for specimens with two different face-plate thicknesses. The influence of weld thickness, root gap and occurrence of contact were further investigated with finite element simulations. Finally, the shear stiffness of the sandwich structure transverse to the web plate direction was determined using the experimentally obtained average joint stiffness value. The validation of the shear stiffness was carried out by considering a beam in four-point bending. The agreement between calculated deflection and stress and experimental results was found to be good.     

影响栓接双角钢节点抗火性能的临界因素

双角钢节点经常用于钢框架结构中,当火灾发生时,这些节点在结构构件间的荷载传递上起着至关重要的作用。对火灾下螺栓连接双角钢节点的响应还缺乏了解。采用有限元程序ANSYS,对栓接双角钢节点的抗火性能进行数值研究。分析中,考虑了材料和几何非线性,钢材的高温特性和非线性接触交互作用。通过与其他文献的试验结果进行对比,对该模型进行验证,并通过参数研究量化临界因素对螺栓双角节点的影响。结果表明:螺栓孔的大小、边距、热梯度和梁腹板的细长度对栓接双角钢节点的抗火性能影响很大。