摘要：为实现蟹笼渔船蟹笼挂钩自动脱钩,设计一种撞击式自动脱钩装置。首先,利用三维软件和TRIZ理论对脱钩装置进行结构设计与改进。然后,基于Ansys workbench对脱钩装置在不同工艺参数下对撞击过程进行仿真模拟,通过仿真试验所得数据分析不同工艺参数对撞击效果的影响,以撞击角度和撞击速度对装置的工艺参数进行优化。最后,进行实验室试验来验证仿真试验所得参数的可靠性。结果表明:当牵引速度为40 m/min、撞击装置的上扬倾角为15°时,挂钩所受最大法向力为242.75 N,实测脱钩率为100%。该研究验证显示动力学和中心复合设计理论结合所得工艺参数的可靠性和精确度,为未来撞击式结构设计分析和参数选取提供一定的参考。

摘要：【目的】与常规气体燃料相比,氢气的爆炸危险性更大,障碍物的存在又会极大地激励氢气燃烧,加快火焰传播速度,造成更为严重的事故后果。为减少氢气在障碍物条件下带来的破坏性伤害,揭示不同障碍物条件对氢气火焰传播特性的影响尤为重要。【方法】基于大涡模拟对不同障碍物形状及障碍物阻塞率条件下的氢气/空气燃爆过程进行数值模拟,重点研究了障碍物形状对火焰传播速度影响的差异性、对阻塞率变化的敏感性。【结果】当阻塞率较低时,与单边型障碍物相比,格栅型障碍物对火焰锋面处的规则流场具有更强的破坏作用,随着格栅型障碍物空隙数量的增多,其对流场运动的破坏性进一步提升,使得火焰锋面难以恢复至规则状态;阻塞率提高后,不同形状的障碍物对规则流场的破坏差异性变得不再明显,所有障碍物工况中火焰锋面均发生了持续性畸变;随着阻塞率持续提升,与格栅型障碍物相比,单边型障碍物将带来更高的火焰传播速度峰值;在相同阻塞率条件下,格栅型障碍物可通过调整单个空隙面积转变其对火焰加速的机理,从而增强加速效果。【结论】障碍物的形状、阻塞率是影响障碍物后方火焰锋面状态的关键因素,单边型障碍物对阻塞率的敏感性更强,而格栅型障碍物的加速潜力更高,阻塞率的增大会放大障碍物形状引起的加速差异性。研究成果可为氢气火灾事故防治提供基础的参考数据,并在氢能动力系统设计层面提供借鉴。

摘要：【目的】环焊缝是高压力输送管道的薄弱环节,极易在内外部载荷、缺陷、应力集中的综合作用下发生开裂事故。高钢级管道环焊缝根焊部位安全隐患问题尤为突出,探究环焊缝失效规律对保障管道安全运行具有重大意义。【方法】为测试管道环焊缝根焊部位不同区域的材料力学性能,开展了根焊部位微区的小尺寸试样冲击试验、拉伸试验;针对高钢级管道环焊缝开裂失效多发生于焊缝根焊部位的实际情况,分别从焊缝根焊部位微区力学性能特点、焊缝全壁厚应变集中规律以及微区塑性应变时效特性等方面,对环焊缝根焊部位裂纹产生与扩展的原因进行了剖析;基于数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)的光学全场应变测试,对3种强度匹配接头在拉伸过程中的局部应变集中程度进行了定量化分析。【结果】不同焊接工艺和强度匹配的环焊缝根焊部位微区力学性能差异性大,当管道环焊缝全壁厚受拉时,根焊部位会发生较大的局部应变集中,特别是根焊部位存在未熔合、夹渣、气孔等缺陷及成形不良等问题,为根焊部位开裂提供了失效条件;在后期的应变时效过程中,根焊部位韧性将会显著降低,降幅甚至可达42.6%~52.1%,脆性开裂的风险增大。【结论】在管道设计与建设施工中,应适当控制母材强度上限,确保焊缝为等强或高强匹配,减小焊缝开裂风险,提升高钢级管道的本质安全。

摘要：全氟异丁腈(C_(4)F_(7)N)环保气体是目前国际主流推广的SF6替代气体,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体被广泛应用于环网柜等设备中。为了保障环网柜的长期稳定运行,需开展C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体与环网柜典型固体材料相容性研究。该文提出了热加速和电热联合两种气固相容性试验方法,先对C_(4)F_(7)N/CO_(2)及分解气体与金属、塑料、橡胶和环氧玻纤等环网柜固体材料进行热加速试验,对比分析试验前后的气体成分及固体表面形貌、元素构成和光谱特性等关键性能,掌握了气固材料试样的相容性规律;在此基础上,采用环网柜整机带电相容性试验方法,施加运行电压和加热温度模拟现场工况,检测气体状态和设备绝缘性能的差异,结果表明C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体与环网柜固体材料具有良好的相容性,满足长期可靠运行要求。该文提出的C_(4)F_(7)N混合气体与设备材料的气固相容性试验方法和规律等为环保气体电力设备的材料选型、设计研发提供了有益参考,具有重要的实用价值。

摘要：液氮压裂是提高煤层气储层改造效率的潜在可行性技术之一,而目前对于液氮冷冲击作用下煤岩孔喉连通性及微观渗流特征可视化的研究则较少,致使该作用对煤岩微纳米尺度渗流特征与力学性质的影响机制认识尚不明确。为了给液氮压裂提高煤层气储层改造效率技术提供理论依据,基于CT扫描和原子力显微镜研究了液氮冷浸前、后煤岩微纳米尺度孔隙结构及力学性质的变化,揭示了液氮冷冲击作用对煤岩渗流能力的影响机制。研究结果表明:①液氮冷浸后,煤岩孔隙数量和孔隙尺度均增大,本次实验条件下孔隙度增大2倍,微裂缝占主导,微裂缝体积占比由液氮冷浸前的7.7%增至90.0%;②基于CT三维孔隙结构重构模型,液氮冷浸后,煤岩喉道数量、总长度、总体积均显著增加,较之于液氮冷浸前,分别增加了1.7倍、1.4倍、1.3倍,煤岩孔隙连通性得以明显改善;③液氮冷浸后,煤岩的绝对渗透率显著提高,在实验条件下为液氮冷浸前的77倍,热应力形成的微裂缝成为液氮冷浸后煤岩的主要渗流通道;④液氮冷浸后,煤岩基质区域和矿物区域均有孔洞及裂缝形成,煤岩表面粗糙度增加,与此同时煤岩基质区域和矿物区域的弹性模量均有所下降,弹性模量平均值分别降低81%、91%。结论认为,液氮冷冲击作用使得煤岩微观缺陷增多、力学性质劣化;液氮压裂有望成为一种高效、绿色的新型煤层气储层改造技术。

摘要：输流管道常用于石油天然气行业中,管内流速过高会引发结构失稳,掌握输流管道临界流速的计算方法至关重要。实际工程中输流管道经常受到热荷载的作用,比如加热输送的原油管道和供暖管道等。热荷载作用下的输流管道受到额外的轴力,其自然振动频率及临界流速与普通输流管道存在一定的差异。基于哈密顿原理推导得到热荷载作用下两端支承输流管道的振动偏微分方程,通过分离变量将方程简化为一元四次齐次常微分方程,并根据临界流速条件求得其通解,给出了适用不同边界条件的输流管道临界流速解析表达式。基于算例分析了不同边界条件下线性热应力和非线性热应力对输流管道临界流速的影响,并与微分求积计算方法的结果进行对比,验证了给出的解析计算方法的准确性。研究表明相对于微分求积法,提出的解析方法计算更加简单,准确性更高,可以更方便的得到输流管系统的临界流速值,有利于指导工程实践;线性热应力和非线性热应力作用下的输流管系统的临界流速均随着热荷载的增加而降低,且下降速度越来越快;同等情况下非线性热应力作用下临界流速大于线性热应力作用下的临界流速,且随着热荷载的增加,两者间的差距逐渐增大;对比边界条件发现,固定边界条件能够承受的热荷载最大,因此对热荷载作用下输流管系统施加固定边界条件有利于提高系统的稳定性。本文提出的热荷载作用下输流管道临界流速的解析方法在工程现场可以方便快速地得到准确的临界流速,为热荷载作用下输流管道系统的设计和安全评价提了参考依据。

摘要：非黏结柔性管道骨架层由不锈钢材料互锁缠绕而成,主要用于抵抗外压防止软管发生压溃失效。骨架层失效是柔性软管故障的最大风险,骨架层失效模式主要分为压溃失效和拉伸失效。采用非线性有限元方法并且考虑几何大变形、材料非线性、接触和摩擦等非线性效应的影响,对"S"型骨架层结构建立三维有限元模型,进行了单外压作用下的压溃失效分析和单一轴向拉力作用下的拉伸失效分析,而后开展轴向拉力和外压载荷组合作用下骨架层压溃失效分析。结果表明轴向拉力会一定程度上降低骨架层压溃承载力,相关结论可以为柔性软管结构设计和完整性评价提供参考。

摘要：在水下油气开采过程中,油管悬挂器是水下井口核心的承压部件,其性能高低决定开采系统能否持续安全可靠运行。对处于500 m水深的油管悬挂器在下放过程、密封激励建立过程和工作过程3种复杂工况下进行强度及疲劳寿命分析。分析结果表明:油管悬挂器在密封激励建立过程中,最大等效应力为427.01 MPa,最大变形量为0.27226 mm,最小疲劳寿命为12174 d,确定其为最危险工况。对处于密封激励建立过程的油管悬挂器主体分别进行模态及可靠性分析,以全面评估其安全性能;运用Modal模块分析得到油管悬挂器的6阶固有频率都较高,远远高于水下井口涡轮转动频率,不存在共振风险;运用6σ模块分析得到油管悬挂器的可靠性为98.61%,并发现材料的许用应力和外界载荷对油管悬挂器的可靠性影响最大。研究结果可为油管悬挂器的优化设计提供参考。

摘要：中国城市进入以更新、再开发为主的发展阶段,为疏解压力,分散中心城市职能,近年来工业开始加速迁离中心城市,导致城市中大量旧工业建筑被废弃或闲置。对旧工业建筑进行合理的改造设计,不仅可以实现旧工业建筑的再利用,节约成本、保护环境,还可以延续这些旧厂房蕴含的独特历史情感和发展印记。本文以城市旧工业建筑为研究对象,从室内环境设计的角度,总结了旧工业建筑室内环境改造的设计重点,并就旧工业建筑改造为展示空间进行了设计案例分析。

摘要：海洋深水钻井经常会钻遇异常压力地层,容易发生气侵溢流,如不能及时发现并加以控制,就有可能导致井喷失控,进而造成不可估量的经济损失和难以挽回的人员伤亡,并且还有可能对海洋生态环境造成巨大的破坏。如何在深水钻井期间对溢流进行早期监测,是目前国际上研究的热点、重点和难点。为了给海洋深水钻井隔水管溢流早期监测提供理论指导,基于多普勒超声波传播原理,设计了气侵早期监测实验装置,优化了多普勒探头安装方式及角度,开展了含气率介于0~46%、液相流速介于0~0.7 m/s的气液两相流中的多普勒超声波传播实验,揭示了多普勒超声波随含气率的变化规律。研究结果表明:①当含气率发生变化时,信号电压会在初始曲线的基础上以不同的幅度和不同的频率上下跳动,信号电压幅值随着含气率增大而先增大后减小;②当多重反射对信号电压均值的增幅大于超声波的衰减程度时,信号电压均值增大,反之信号电压减小;③停泵及开泵不同流速、不同含气率条件下的信号电压均值散点与含气率拟合出的曲线呈现二次函数的变化规律。结论认为,可以根据测量得到的信号电压均值来定量预测含气率的大小,进而指导海洋深水钻井隔水管溢流早期监测及压井作业。