基于机电阻抗技术的管道法兰结构健康监测实验研究

基于机电阻抗技术,采用一种新型压电陶瓷纤维复合材料MFC(Macro-fiber composite),对管道连接处法兰的螺栓工况进行监测实验研究。首先,研究了螺栓扭矩大小对管道法兰结构的阻抗的影响程度。在对螺栓开始施加扭矩时阻抗值变化明显,当扭矩增大到一定程度后,阻抗变化减缓。同时进一步研究了松动螺栓数量与管道法兰结构的阻抗变化之间的关系。结果显示,结构的损伤值随松动螺栓个数的增加呈线性增长。采用均方根偏差统计算法,对在不同工况条件下管道法兰结构处测得的阻抗值进行了有效的分析和处理。结果表明,采用MFC作为压电敏感元件的机电阻抗法,用于管道法兰结构健康监测具有较好的稳定性和应用潜力。     

铸型尼龙端面扭动摩擦接触模型及实验验证

基于刚性平冲头压在弹性半无限空间的理论研究,建立了玻璃纤维增强铸型尼龙(MC尼龙)复合材料与45#钢的端面扭动摩擦模型,并开展了铸型尼龙端面扭动摩擦学试验.结果表明:摩擦扭矩-角位移(T-θ)曲线随角位移幅值的增加由直线形、椭圆形最终转变为准平行四边形;纯MC尼龙及其复合材料(3%GF、5%GF)在扭动角分别为0.5°、1°和2°时,扭动接触界面处于完全滑移状态,其不同的摩擦系数直接影响黏着半径与扭动角的关系,即导致了不同的扭动界面接触机制;MC尼龙复合材料的扭矩随扭动角的增加急剧减小至稳定状态,由扭矩与扭动角的关系还可知部分滑移状态时的扭矩值高于完全滑移状态的扭矩.不同角位移下的实验扭矩与计算曲线相似,揭示了该扭动摩擦模型可近似预测MC尼龙复合材料的扭矩.     

扭杆刚度衰减问题研究的损伤力学方法

研究目的在于预估扭杆弹簧在给定扭角下储存给定年限后的剩余扭矩值。由于给定时间一般都很长,这里引用损伤力学原理进行此项研究。首先,在固定扭角(等于工作贮存扭角)的情况下进行扭转实验,得到扭矩与时间的实验曲线。然后,利用这些实验结果,以损伤力学作为理论基础,确定损伤力学中损伤演化方程的材料常数,并据此建立以扭角与材料常数为参量的扭矩与时间函数关系,绘制了相应的扭矩与时间的理论曲线。最后,预估扭杆弹簧在给定扭角下储存给定年限后的剩余扭矩值。     

恒扭对汽车薄板Ⅰ型疲劳裂纹扩展的影响

本文针对SAPH440和DP780两种汽车薄钢板,对其在给定循环拉伸疲劳载荷、以及循环拉伸与不同恒定扭矩共同作用下的裂纹扩展行为进行了试验研究.试验结果表明恒定扭矩对汽车薄板Ⅰ型疲劳裂纹扩展有明显的迟滞作用.在一定范围内,恒定扭矩越大,迟滞作用越为明显;但超过使裂纹扩展最慢的临界扭矩值后,迟滞作用反而减弱.恒定扭矩使Ⅰ型疲劳裂纹扩展过程表现为裂纹扩展速率随扩展长度的增加而先保持低速后又加速,进而被划分为起始低速段和后续加速段;基于线弹性断裂力学理论,提出了一种等效应力强度因子变程及修正的Paris公式来描述该后续加速段的裂纹扩展速率.     

煤体应力与钻杆扭矩的关系研究

为了研究向煤体中打钻过程中煤体应力与钻杆上扭矩的关系,利用自主研发的钻杆扭矩测试装置,分别测定了煤体应力为6MPa、8MPa、10MPa、12MPa、14MPa条件下的钻杆扭矩。首次提出了利用钻杆扭矩测试煤体应力的方法,并通过现场实测进行了验证。研究结果表明:在钻进情况、煤体强度相同而煤体应力不同的条件下,钻杆扭矩及其变化速率与煤体应力都服从线性递增关系,线性相关系数在0.95以上。根据钻杆扭矩测试结果确定某矿12160工作面的卸压带宽度约为4m、应力峰值点大致位于孔深5m处和原岩应力区在孔深大于6m的区域。本文研究结果为煤体应力测试提供了新思路。     

大洋科学无立管钻探钻柱扭矩实验研究

扭矩是大洋科学无立管钻探过程中的一个重要参数,当前的大洋科学钻探已能够进行水下万米深度作业,海水摩擦引起的扭矩不容忽视.本文对四种不同圆柱直径的扭矩进行实验研究,讨论流速,水摩擦面积以及转动频率对扭矩的影响,并结合理论分析推导相关的扭矩系数.研究结果表明:流速对扭矩没有明显的影响,圆柱周围外板的扭矩贡献主要由外板的水摩...     

扭动微动下亚表面接触应力分布规律

求解螺栓连接结构在扭动微动下的应力分布时,通常接触体的亚表面应力是由表面应力推导而得。而扭矩卸载时,由于接触表面切向力的表达式非常复杂,很难获得亚表面应力分布规律,为此引入半解析法求解亚表面应力分布特征。首先,根据加、卸载时的切向力和扭矩方程,获得加、卸载时的表面切向应力分布规律;然后,利用半解析法计算出加载时的亚表面应力,并与解析法的结果进行对比,验证半解析法的正确性,再用半解析法计算出卸载时的亚表面应力;最后,探讨了扭矩和摩擦系数对卸载时应力分布的影响规律。研究表明:卸载时,最大应力出现在接触表面或接触中心的正下方;随着扭矩的减小,整体应力减小,而最大应力先减小后不变;随着摩擦系数的增大,整体应力、最大应力值增大;应力值相对较小时,最大应力点出现在亚表面上。     

基于CFD技术的垂直轴风力机动态尾流特性研究

利用CFD软件对麦克马斯特大学垂直轴风力机进行不同叶尖速比下的数值模拟,计算结果与风洞试验数据吻合良好。近场尾流中,与单叶片的风力机模拟结果比较,上游叶片产生并向下游延伸的旋涡影响下游运行轨道上叶片的升阻力特性,不仅使叶片扭矩输出峰值降低,而且峰值产生的时间延迟。对垂直轴风力机叶片叶梢进行修改,模拟结果显示,叶片扭矩输出峰值不变,但是谷值有所降低,修改后风力机沿风向推力幅值降低明显;远场尾流中,采用风速轮廓线原理,以瑞典的法尔肯贝里市200kW垂直轴风力机为原型,按照真实的空间排布进行数值模拟。模拟结果显示,上游风力机上下两端处产生较为集中的远场尾流,影响下游风力机叶片下半段的气动性能,下游风力机功率输出降低明显。     

砂土中螺旋锚上拔承载力与安装扭矩之间的关系研究

基于螺旋锚锚盘承载模型,根据竖向上拔承载力与安装过程中抵抗扭矩间的关系,提出了一种安装扭矩理论模型。在此基础上,利用该模型研究了螺旋锚结构参数和土体密实程度对安装扭矩的影响。研究结果表明:当达到或超过临界旋入深度时,安装扭矩增幅相对减弱;螺旋锚的直径比、锚杆尺寸以及土体密实程度对安装扭矩影响较大;螺旋锚尺寸越大或者砂土越密实,安装扭矩变化越明显,锚盘所产生的抵抗扭矩占总安装扭矩的比重也越大,锚盘抵抗扭矩占比在66%～88%之间;安装扭矩亦敏感于锚盘数量,当锚盘数量大于3时,安装扭矩增幅逐渐减弱;锚盘倾角对安装扭矩的影响呈线性关系。     

TiO2纳米微粒—茶皂素水基乳化液的切削行为研究

采用溶胶 -凝胶表面修饰法合成了粒径为 4 0～ 6 0 nm的油酸修饰二氧化钛纳米微粒 ,首次尝试以天然产物提取物——茶皂素为表面活性剂将其均匀分散在水中 ,研究了复配体系的抗磨和切削性能 .结果表明 :在有机修饰层和无机纳米核交联作用下 ,复配体系具有较好的减摩抗磨作用 ;最大无卡咬负荷可达 80 4 N,而在茶皂素质量分数达到一定值 (>2 % )时 ,烧结负荷和攻丝扭矩值都有较大的改善     

开口薄壁梁的扭转理论与应用

以Vlasov薄壁构件理论为基础, 推导了开口薄壁构件一阶扭转理论. 该理论考虑了翘曲剪应力对截面转角的影响, 截面的转角分为自由翘曲转角和约束剪切转角, 在约束扭转中, St.Venant扭矩仅仅与自由翘曲转角有关, 而翘曲扭矩仅与约束剪切转角有关. 利用半逆解方法求出了约束扭转中薄壁构件的St.Venant扭矩表达公式; 依据能量方法, 建立了约束剪切转角和翘曲扭矩之间的关系, 并提出了翘曲剪切系数概念, 给出了一阶扭转理论的微分方程. 为了有效求解微分方程, 给出了求解微分方程的初参数法方程和相应的影响函数矩阵; 当St.Venant扭矩可以忽略时, 得到与一阶弯曲理论(Timoshenko梁理论)相似的一阶扭转理论简化形式. 最后利用算例证明了一阶扭转理论和简化理论的有效性.      

推求应力集中处最大应力的确切值

本文提出一种由应力集中处附近已知的三点应力或应变值推求最大应力值的方法.实例表明,精度较高,使用简便.     

基于FFUKF路面附着系数估计的汽车牵引力控制

以后驱牵引车为研究对象, 设计了基于路面附着系数估计的牵引力控制系统(TCS). 在路面附着系数估计方面, 针对传统卡尔曼滤波难以跟踪时变非线性系统的问题, 本文将模糊控制理论和衰减记忆滤波思想引入无迹卡尔曼滤波, 设计一种基于模糊遗忘因子的无迹卡尔曼滤波路面附着系数估计方法, 提高了算法的跟踪性能. 牵引力控制包括扭矩控制和制动控制. 在TCS扭矩控制方面, 分别利用路面附着系数和驱动轮滑转率在目标滑转率附近时的车辆加速度计算目标基础扭矩, 根据车辆行驶状态和抖振度参量, 基于可拓控制理论划分经典域、可拓域和非域, 通过可拓集的关联函数得到动态权重系数, 将上述两种方法计算得到的目标基础扭矩进行可拓融合设计出基础扭矩. 之后, 以实际滑转率和目标滑转率之间的误差作为输入, 采用模糊自整定PI控制器得到目标反馈扭矩. 在制动控制方面, 针对两种典型路面分别设计了PI控制压力和附着差压力. 实车试验结果表明, 基于模糊遗忘因子的无迹卡尔曼滤波算法能够更加快速地跟踪路面附着系数的变化, 同时基于路面附着系数估计的TCS控制策略能够有效抑制驱动轮过度滑转, 将驱动轮滑转率控制在最佳范围内, 显著提高了车辆的动力性.      

双台肩钻杆丝扣粘扣失效的力学机制探究

针对丝扣粘扣中接触压力过大引发的塑性变形的问题,基于双台肩钻杆接头的三维有限元分析,分析了上扣扭矩、轴向拉力、旋转扭矩作用下的钻杆接头接触压力分布规律和Mises应力分布规律。研究结果表明:当轴向拉力达到2500kN时,主台肩上的接触压力降为零,这将使得载荷主要由螺纹牙来承担,增加丝扣粘扣的风险。当旋转扭矩超过24000N m时,一方面提高了副台肩上的接触压力,增加了副台肩失效的风险;另一方面大幅提高了螺纹牙的承载比例,增加了丝扣粘扣的风险。适当增大副台肩间隙和副台肩处的接触面积可以降低大位移井中副台肩失效的风险。适当增大主台肩、副台肩的接触面积可以降低超深直井中丝扣粘扣的风险。本文计算的三种工况条件下,最大Mises应力同样均位于公扣大端第一个螺纹牙处,说明该处是最易发生粘扣的部位,在螺纹结构的优化设计中应予以重点考虑。     

桥墩柔性防撞装置的静力学模型研究

文章利用一个简单模型,分析了我国自主研发的桥梁柔性防撞装置的基本静力学性能.即分析研究了装置分别在平动、转动以及平动转动耦合时的结构响应.构建物理模型:两个刚性的椭圆型结构箱梁环绕在桥墩上,箱梁之间由均布弹簧圈支撑连接.研究表明:1)纯平动下,无量纲化弹性反力与平动方向不一致,可以分解为垂直方向上两个分力,分别与各自方向上的无量纲位移近似认为是线性关系,外力通过椭圆中心时需要外扭矩平衡装置,无量纲平衡扭矩与无量纲位移平方成正比;2)纯转动下,转角很小时,无量纲扭矩为转角的三次方函数.此外,文章还定性的分析了平动转动同时发生时的力学性能,即:平动对扭矩转角关系的影响、转动对力位移关系的影响.     

旋转运动柔性梁的时滞主动控制实验研究

对旋转运动柔性梁的时滞主动控制进行实验研究,验证时滞反馈控制的有效性. 实验中采用交流伺服电机带动柔性梁旋转运动,柔性梁上粘贴有压电作动器,用于控制梁的弹性振动. 实验研究考虑如下3种情况:(1)仅使用电机扭矩进行控制,电机扭矩存在时滞;(2)使用电机扭矩和压电作动器同时控制,仅压电作动器存在时滞;(3)使用电机扭矩和压电作动器同时控制,电机和压电作动器存在不同的时滞量. 重点通过实验验证时滞反馈控制的可行性和有效性.      

螺栓扭矩系数影响因素的试验研究

在螺栓连接结构中,为保证连接的可靠性,必须为螺栓提供合适的预紧力。工程中通常采用扭矩法装配螺栓连接结构,因此需要确定预紧力与扭矩之间的关系(即扭矩系数),以施加合适的装配扭矩。本文对输电塔中常用的M16镀锌螺栓进行预紧力试验研究,测试分析了螺栓强度等级、有无垫圈和有无润滑对螺栓连接副扭矩系数的影响。研究结果表明,高强度螺栓比普通螺栓的扭矩系数小,数据离散性也小;无垫圈的螺栓比有垫圈的螺栓扭矩系数小,但数据离散性大;有润滑的螺栓比无润滑的螺栓扭矩系数小,数据离散性也小。本文同时探讨了如何控制、调整扭矩系数,以及螺栓连接中要注意的问题,为设计和施工单位提供参考。     

弹性圆柱壳冲击扭转屈曲的突变模型

本文将突变理论用于处理冲击载荷下弹性结构的屈曲问题,文中建立了结构冲击屈曲的突变准则,认为临界阶跃载荷位于所提出突变系统的分叉集之中,并由此对两端固支的弹性圆柱壳扭转屈曲进行了分析,给出了不同初缺陷时的临界阶跃扭矩计算公式,通过对临界静态扭矩的计算,表明临界阶跃扭矩小于临界静态扭矩.     

钻进速度对钻杆扭矩影响的理论分析与试验研究

利用钻杆扭矩法预测冲击地压等煤矿动力灾害时,钻进速度是影响钻杆扭矩的一个重要因素。研究钻进速度对钻杆扭矩的影响可以减少预测指标的误差,提高预测准确性。利用自主研发的钻杆扭矩测试装置,对预制煤体相似材料试件进行了不同钻进速度下的钻孔试验,研究了不同钻进速度对钻杆扭矩变化的影响规律。试验结果表明:钻进速度对钻杆扭矩影响很大。同种煤岩体材料,相同压力条件下,钻进速度越快,钻杆扭矩越大,反之,钻杆扭矩越小。上述研究成果可用于减少预测指标误差。     

油套管特殊螺纹球面对锥面密封结构的弹塑性接触应力分析

基于Hertz接触应力和Mises屈服准则建立了考虑密封面附加作用扭矩的特殊螺纹球面对锥面密封结构的弹塑性接触应力理论模型,研究了密封面附加作用扭矩对密封面接触应力分布的影响规律.结果表明:随密封面附加作用扭矩的增加,密封面接触状态逐渐从完全弹性接触转变为弹塑性接触,接触应力分布逐渐由开口向下的抛物线向抛物线杯形转变,...