摘要：针对传统宏观唯像学方法无法描述钢桥疲劳损伤由微观到宏观的多尺度演化过程的问题,建立了可描述钢桥复杂构造疲劳裂纹跨尺度扩展与寿命预测方法.首先,结合微观晶体塑性本构模型,建立了以能量耗散理论为基础的微观短裂纹成核与扩展模型.同时,结合线弹性断裂力学,建立了宏观长裂纹扩展模型.在此基础上,以钢桥典型的纵肋与顶板焊接构造细节为研究对象,结合既有疲劳试验,模拟并验证了微观短裂纹的成核、扩展,以及宏观长裂纹扩展全过程.数值模拟结果与试验结果基本一致,表明所提出的疲劳裂纹跨尺度扩展与寿命预测方法对于钢桥复杂构造细节疲劳损伤演化与评估具有较好的适用性.

摘要：铝合金是工业生产中运用最为广泛的金属材料,高比强度、良好的耐蚀性使其适用于生产各种复杂结构件。选区激光熔化技术不仅具有定制化成形能力,高加工精度与短生产周期也可大幅推进铝合金构件的成形与应用。本文介绍了近年来选区激光熔化铝合金的研究进展,简述了选区激光熔化技术所生产铝合金的工艺缺陷及形成机理,聚焦于不同合金的组织演变和力学性能,着重分析不同合金体系下元素对微观形貌的影响及强化效应。针对选区激光熔化铝合金的应用现状与存在壁垒,指出实现普及的关键在于通过成分设计实现成形性能与力学性能的平衡。

摘要：动作泛化是机器人被期望具备的功能,要求机器人不仅能重复人类示教的灵巧动作,还可以根据任务目标生成新动作,在小批量、多种类的生产要求下具有广阔的应用场景.针对面向任务需求快速学习和灵活泛化的目标,设计开发了机器人动作泛化框架.首先,进行少量示教,使用概率运动基元(probabilistic movement primitives,ProMP)构建动作的轨迹分布,以较少参数概括示教信息.其次,使用期望最大(expected maximum,EM)算法迭代估计模型参数,引入先验信息补充模型以保证稳定性.研究先验信息对泛化效果的影响,确定了合适的先验参数;研究傅里叶基函数对周期轨迹的拟合效果,提出轨迹分割与滤波方法以保证拟合精确平滑.利用模型的概率分布性质,将动作的概率范围收缩到特定位置,并进行整条轨迹的时间尺度缩放与空间位置变换,生成符合泛化要求的轨迹.最后,搭建了一个六自由度机器人喷涂场景进行动作泛化实验.结果表明:该框架能够快速生成多种泛化轨迹.单自由度轨迹学习平均消耗1.924 s,轨迹生成平均需0.004 s;六自由度轨迹学习平均消耗35.608 s,轨迹生成平均需0.011s.

摘要：设计一种基于吸光型纳米复合相变材料(PCM)模块化集蓄热构件,将其应用于建筑太阳能采暖,以降低能耗和碳排放。开展石墨烯-石蜡复合相变材料的制备和物性测试,建立PCM集蓄热数学模型,并结合典型气候工况进行供热特性的数值模拟,研究定风量情况下蓄热层厚度和空气流道宽度对供暖特性的影响,分析通风速度对送风温度、日供热量以及太阳能供暖保证率的影响。研究结果表明:添加石墨烯后的纳米复合PCM相对于纯石蜡的集热效率约提升了60%;对于具有18 m^(2)采光面积的集蓄热构件,当通风速度为1.0 m/s时,太阳能集蓄热墙具有较为优异的供暖性能,此时供给室内的日供热量、日平均热效率和供暖保证率分别为112.5 MJ、67.6%和90.0%,室内能够达到20℃的设定温度的时间为13 h。

摘要：当前露天矿无人驾驶技术在卸载阶段面临的主要挑战是安全隐患,尤其是在卸载区边缘工程结构的稳定性与规范性检测方面。为应对这一挑战,提出了一种平行感知理论驱动的点云模型解析AC-VIT算法,旨在实时稳定地检测露天煤矿卸载区边缘工程结构的稳定性与规范性。首先使用无人矿卡后向激光雷达扫描得到三维点云数据,随后应用网格平均方法、统计滤波法以及映射离散网格模型对点云数据进行处理,进而通过高度场梯度特征提取进行初步地形标记,并结合改进的AC-VIT神经网络进行规范性的识别与分类,AC-VIT模型通过全基于自注意力机制的平行计算和多层级的注意力机制,能有效捕捉长距离依赖关系。此外,在人工场景仿真环境中,基于内蒙古哈尔乌素露天煤矿实际生产作业环境搭建卸载区平行仿真环境,以获得大量多样性人工场景数据,在此基础上结合实际场景数据,利用提出的算法平行执行,进行平行感知计算实验的设计和实施,完成有效的检测算法训练和科学评估。实验结果表明,平行感知理论驱动的点云模型解析AC-VIT算法在准确率方面达到了98%,较传统神经网络模型的准确率与效率有所提高。此外,AC-VIT算法的成功应用不仅增强了露天矿卸载作业的智能化水平,还为其他类似的工程结构安全检测提供了有力的技术支撑。

摘要：活动断层受构造作用发生错动时,跨越活动断层的隧道将会发生不同程度的结构损伤及破坏。现存模拟跨活断层隧道错断的试验装置,大多针对浅埋隧道,未考虑深部应力环境,影响其试验结果在大埋深高应力隧道工程中的应用。鉴于此,研制可模拟高地应力环境下复杂断层错动机制的试验装置成为关键一环。结合我国西部强震区大型生命线工程跨活断层隧道特征确定试验装置参数需求,研制出试验装置,并基于该装置研究深埋与浅埋隧道衬砌破坏特征的差异。结果表明:(1)我国西部强震区工程跨活断层隧道具有大埋深、高地应力、复杂错断特征,故确定试验装置围压加载设计参数为0.8 MPa;水平错距设置为20 cm,竖直错距设置为10 cm。(2)通过开展自由场及隧道模型错断试验,验证设备可有效遂行走滑错动、倾滑错动、以及走滑–倾滑耦合错动,且在错动过程中围压可保持在稳定状态,达到研制目的。(3)通过隧道错断试验得出,深埋隧道产生较大的挤压变形,破坏区域较大;浅埋隧道在跨断层位置隧道被剪断,破坏程度较严重;在断层与隧道交角小角度时隧道破坏更严重。该设备的研制为研究高应力环境下跨复杂机制活断层隧道受破环影响提供重要的试验装备基础。

摘要：超高性能混凝土(UHPC)材料已成为极具前景的高性能材料,并在冲击和爆炸等防护工程领域中取得了良好的效果.对于普通钢筋混凝土(NC)梁在受到冲击荷载时较易发生局部冲剪破坏,而纯UHPC梁虽可改善其冲击性能,但高昂的造价限制了其进一步的应用.为了实现结构抗冲击性能和经济的平衡,提出UHPC局部替换和包裹的方案改善钢筋混凝土梁的抗冲击性能.本文设计了NC梁、UHPC梁和NC–UHPC组合梁等不同的研究工况,然后对比分析各个试件的抗冲击性能.结果表明:相比普通钢筋混凝土梁,UHPC局部替换方案可以有效的避免梁的局部冲剪破坏,而UHPC包裹在冲击荷载下梁的破坏模式由冲剪破坏转变为弯曲破坏,两种方案均可有效的减少梁跨中的峰值位移和残余位移;UHPC局部替换相较于包裹方案,梁的跨中峰值位移和残余位移较小,且具有更高的跨中承载能力,在实际过程中建议UHPC局部替换长度取大于2倍梁高以避免局部冲剪破坏.

摘要：煤岩界面识别技术是煤矿智能化开采的关键技术之一。基于高频雷达波探测技术可实现煤岩界面的随采高精度探测,但仍存在矿井超大采高(≥6 m)片帮垮落带来设备的安全风险及采高突变(采高≤2 m)时空间限制设备通过的问题。在前期工作基础上提出了一种矿井煤岩界面节点式雷达快速动态探测系统并进行了煤岩界面探测实验研究,主要内容包括:①阐述矿井节点式雷达观测系统原理,根据矿井工作面实际环境设计煤岩界面识别观测系统方案及雷达传感单元安装方式;②研究并提出节点式采集控制系统和信息交互传输设计方案,实现数据动态采集控制及存储;③针对节点式采集方式及煤岩界面雷达反射回波特征,研究提出了节点探测数据增强处理方法、煤岩界面识别算法,可有效的实现煤岩界面智能识别与追踪、煤层厚度及空间坐标解算。为验证该方法的可行性,采用多个中心频率为1.5 GHz的探地雷达传感单元进行物理模型验证实验,并对节点式数据采集和连续数据采集结果进行了对比分析,实验结果表明:节点式采集方法与连续采集方法均可有效识别出煤岩界面,与连续采集方法相比,本文提出的节点式探测方法可实现数据的快速动态重复性采集,单次采集时长控制在10 s以内,煤层厚度探测结果平均误差为1.07 cm,最大误差为1.47 cm,平均误差百分比为7.64%。本方法为矿井智能化开采中煤岩界面的动态高精度探测提供技术支撑。

摘要：在劳动保护领域,实时监测劳动者的生理健康状态受到越来越多的关注。因呼吸中包含大量生理学信息,开发具有传感功能的可穿戴设备用于监测佩戴者呼吸状态成为研究热点。传统的商用呼吸监测装置价格昂贵、体积大、不易携带,限制了其在一线生产场所的使用,例如高粉尘质量浓度的矿山作业环境。为此,基于聚偏氟乙烯(PVDF)的压电性能,利用静电纺丝技术制备出具有传感性能的柔性PVDF纳米纤维膜,将高透气性碳纤维毡与PVDF纳米纤维膜设计为具有三明治结构的传感模块并嵌入到口罩中。传感模块将呼吸气流产生的机械能转化为电能,通过对电信号数据的采集和分析,完成对呼吸强度和呼吸频率的实时监测。结果表明:嵌有传感模块的口罩在不同呼吸状态下产生的压电信号有明显差异,在低强度(15 L/min)、中强度(50 L/min)和高强度(85 L/min)3种呼吸状态下,输出压电电压峰值分别为300、700、1100 mV,电压峰值出现频率分别为18、16、14次/min。因此,基于压电信号电压峰值及其出现频率的分析,可以实现佩戴者呼吸强度和呼吸频率等呼吸参数的实时监测。此外,研究通过XRD、FT-IR、TG等分析方法确定了PVDF纳米纤维膜的压电性与其β相晶体含量有关,为进一步改善PVDF纳米纤维膜的压电性能提供了依据。研发的具有传感功能的口罩可用于矿山工人劳作状态的实时呼吸监测,在工人工作状态异常时反馈给管理人员以便于及时采取处理措施。

摘要：矿山开采、矿石破碎等过程产生大量粉尘,袋式除尘器是去除含尘气流中颗粒物的有效设备。袋式除尘器在运行中存在滤袋过滤风量分配不均问题,现有增加导流板的方式增加了结构的复杂性。为解决中箱体下进风袋式除尘器滤袋质量流量分配不均的问题,提出一种基于调整部分滤袋渗透率的滤袋质量流量均匀分配方法。首先,选择Realizable k-ε双方程模型进行模型袋式除尘器流场的数值模拟,通过数值模拟结果与模型实验的结果对比验证了模拟方法的正确性;然后建立安装160条滤袋的中箱体下进风除尘器几何模型,利用数值模拟方法分析了0.5~1.2 m/min过滤风速下除尘器内流场特征、滤袋的质量流量分配规律和均匀性;最后以1 m/min过滤风速下滤袋质量流量分配不均问题为例,设计了减小质量流量大的出口侧滤袋渗透率的方法;并根据达西公式和滤料阻力计算公式,给出了渗透率与滤料厚度、纤维直径和填充率之间的关系。结果表明:本研究模型下,过滤风速增高会使滤袋质量流量分配更不均匀,除尘器出口侧滤袋的质量流量逐渐增大;将流量偏大区域的8~10列滤袋的渗透率由2.0×10^(−11) m^(2)减小到1.7×10^(−11) m^(2),可使滤袋质量流量分布均方根偏差由0.158降低到0.099,且除尘器初始阻力的增长仅为6.1%,方法具有可行性。在滤料制作过程中可进行滤料渗透率的调整,故通过调整局部滤袋渗透率使滤袋质量流量分布均匀的方法可行。