土壤原位触探技术与贯入机理研究进展

土壤原位触探技术是一种获取土壤物理力学参数的重要方法，具有准确、快速、可连续测试等优点，在海洋岩土勘探、行星表面地质探测、军用车辆越野路面机动性评估等领域具有广阔的应用背景。本文系统地概述了土壤原位触探技术的发展历程、仪器组成与基本原理，并介绍了其在民用与国防领域的应用。基于圆锥静力触探和自落式动力触探这两种典型的原位触探技术，总结了理论分析方法、数值模拟方法和试验方法在贯入机理研究方面的进展。最后，对土壤原位触探技术进行了展望，为土壤原位触探技术未来的发展提供了理论依据和工程技术参考。     

冲击载荷下磁流变阻尼器动态特性分析及模型参数辨识

对自行设计的长行程磁流变阻尼器进行了冲击试验,测试其在冲击载荷下的动态特性.通过采用非线性最小二乘法对试验数据拟合,得到基于Herschel-Bulkley磁流变液非线性本构特性的平行平板恒流模型能够准确描述,冲击载荷下后坐过程速度下降阶段磁流变阻尼器的动态特性.针对以上模型在高低速时函数表达不同且形式复杂的缺点,采用双曲正切函数描述低速时阻尼力随后坐速度平滑下降的特性,提出一种形式统一、表达简洁的磁流变阻尼器动态模型,并对模型中的参数进行了辨识.利用所提出的磁流变阻尼器动态模型,在Matlab/Simulink中建立磁流变阻尼器冲击后坐仿真平台,并对本次冲击试验进行数值仿真,结果表明仿真曲线与试验曲线吻合较好,证明以上简化模型的正确性.     

基于改进的反演方法评估轧制界面接触应力的新型传感器理论研究

现代轧机的轧制速度越来越高,压下量越来越大,轧制的板带越来越薄,且对板带的质量要求更高。轧制界面处的接触应力是轧制过程中关键的参数,其对板带的平整度以及轧辊的表面质量有着重要的影响。采用基于一种弹性理论的反演方法,从而根据布拉格光纤光栅(FBG)应变花测量轧辊内部一点处的弹性应变来逆推出轧制界面处的接触应力,运用数值方法对该理论传感器进行了仿真,利用经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)方法中的包络拟合算法求均值曲线的思想,对该反演算法进行了改进,获得了较好的结果,从而评估了该传感器测量轧制界面接触应力的可行性,为下一步进行实验研究提供了理论算法基础。     

深海贯入装置液压单元研究

针对深海工作环境的要求，设计了深海贯入装置，介绍了该装置的特点及其工作原理；设计了贯入装置液压单元，介绍了贯入装置液压参数的确定及其工作原理；同时，对封闭式液压油箱的整体结构进行设计，并针对深海海底温度低、压力高的特点，介绍相应的补偿计算，对深海海底沉积物物理特性的探测具有重要的应用价值。保持原位环境，直接在海底测试沉积物的特性参数，测试结果更加准确可靠。利用液压传动系统将探杆贯入到沉积物中,对沉积物扰动小，探杆贯入深度可控，应用前景广阔。     

基于速度指令波动的NURBS曲线插补算法研究

由于NURBS曲线的弧长是曲线参数的非解析积分形式,因而曲线弧长的准确参数化是插补计算的关键。通常,基于泰勒展开或曲线弧长多项式拟合的近似求值方法被用于插补计算;然而,截断误差的引入最终会导致速度指令波动,影响数控加工精度。针对具有最小速度指令波动的NURBS曲线插补算法研究,首先提出了曲线参数-弧长的三阶拟合多项式方法;然后以该方法计算结果为初值,并提出了求取精确曲线参数的弦截速度校正方法;最后进行了仿真验证。仿真结果表明,所提出的方法计算量小,提高了曲线参数的计算精度,相比于现有的方法,速度指令波动有很大减小。     

一种实时快速NURBS插补算法研究与实现

非均匀有理B样条刀具轨迹参数u与弧长S之间没有精确解析表达式,且是非线性映射现象,为了减少速度波动,减轻在线插补计算量,提出了基于双圆弧引导曲线的快速非均匀有理B样条插补算法.利用步长参数和高斯积分对刀具轨迹进行采样,采样点是基于参数u与弧长S的坐标点,利用双圆弧拟合方法对采样点拟合成插补引导曲线,建立参数u和弧长S解析表达式.在插补时依靠建立的双圆弧引导曲线进行快速的非均匀有理B样条插补.仿真实验结果表明了所提方法的u可靠性和有效性.     

液压锤打桩过程的土壤与桩接触分析

液压锤利用锤体自重和液压力的共同作用来实现锤和桩的撞击并将桩贯入土层.据此分析锤和桩撞击过程以及结束后,桩和土壤之间的接触情况.利用软件ANSYS建立桩和土壤接触过程的数学模型,进行仿真计算,得出桩和土壤接触时的位移、应力、剪切力和应变的分布图.分析结果和现场应用情况的对比表明,所提出的理论和方法很好地解释了桩的贯入过程以及土壤参数的变化趋势.根据研究结果还可对打桩施工中出现的桩压溃和断桩现象进行预测、预防和评估,为桩基础工程施工提供技术支撑.     

地铁车辆新型液气缓冲器冲击特性研究

为了保证地铁车辆安全提速,根据地铁缓冲器要求,设计了一种具有三段阻尼结构的新型液气缓冲器,建立了动力学计算模型。利用数值仿真方法,计算了静态特性曲线,结果表明可以满足列车稳态运行需要;在冲击动能一定的情况下,对不同冲击速度的动态特性曲线进行比较,并且通过参数调整使不同速度下的特性曲线接近矩形曲线,说明了参数调整依据及规律,可以使缓冲器受到较大速度的物体撞击时,具有较小的阻抗力。该缓冲器吸收率大于90%,能够适应地铁提速要求。     

标准贯入试验在砂土液化判别中的应用研究

为解决岩土工程勘察中砂土液化的快速判别问题，以福建利隆印制线路板项目为研究对象，运用现场实测试验获得各层土的标贯实测值，采取统计分析的方法，研究各砂层的标准贯入锤击数分布特征，并运用临界标准贯入锤击数法判别各砂层的液化系数和液化指数。结果表明：(1)细砂与(3)粉砂的标准贯入锤击数相近，(5)粗砂的标准贯入锤击数明显比(1)细砂、(3)粉砂大。3层砂土的实测标准贯入锤击数的正态分布曲线均拟合较好。基于建筑规范和公路规范得到的液化系数较为接近，其变化幅度也相对较小，而水运规范和铁路规范得到的液化系数存在较大的离散性。(1)细砂和(3)粉砂的液化指数均呈现不同程度的波动，两者的液化指数最大值均小于6，因此可以判别为轻微液化层。     

基于交替隔点插值的凸轮升程拟合方法在磨削加工中的应用

在以往凸轮升程离散型值点曲线拟合的基础上,基于三次参数样条曲线拟合提出了采用奇偶交替隔点插值方式对曲线进行再拟合,并对这一过程进行多次循环的凸轮升程拟合新方法。通过设定拟合精度阈值和引入最大循环次数,实现升程曲线拟合误差控制以及算法的终止。利用Matlab编程对新方法与三次参数样条曲线拟合方法进行数值分析比较。结果显示新方法能够提高原始升程曲线及其一二阶差分曲线的光顺程度。在凸轮数控磨削加工中,能够提高砂轮架进给速度、加速度的连续性,减小进给轴柔性冲击和跟踪误差。在TKM120CNC全数控凸轮轴磨床上,将该方法的升程拟合结果与三次参数样条曲线升程拟合结果进行对比加工试验。结果表明,该方法能够显著改善凸轮表面质量,提高凸轮轮廓精度。     

超声表面滚压加工纯钛梯度材料的力学性能反演与有限元分析

对TA2纯钛进行超声表面滚压加工,研究了其截面显微组织和残余应力分布;采用纳米压痕试验测定距表面不同距离处的载荷-压入深度曲线并反演得到应力-应变曲线,将该应力-应变关系作为材料属性,采用有限元方法模拟得到载荷-压入深度曲线,通过与试验曲线进行对比对反演方法进行验证,并且研究了初始屈服应力和应变硬化指数对载荷-压入深度曲线的影响.结果表明:试样表层形成晶粒尺寸逐渐增大的梯度结构,残余压应力随着距表面距离的增加先增大后减小;载荷-压入深度模拟曲线与试验曲线基本一致,最大压入深度的相对误差在8％以内,说明反演方法可靠;随着初始屈服应力和应变硬化指数增大,载荷-压入深度曲线加载段曲率增大,塑性功与总功之比减小,初始刚度变化不明显.     

混凝土泵车摆动系统的动态特性研究

通过分析混凝土泵车摆动系统的工作原理,建立了该系统的数学模型和关键元件的AMESim仿真模型,在验证模型准确的基础上搭建摆动系统的AMESim仿真模型,结合实际工况设置系统模型中相关元件的关键参数并进行动态仿真,得到了摆缸位移、速度以及蓄能器出口流量等动态特性曲线,并通过实验进行验证,实验结果表明:摆缸能达到预期目标,S型分配阀能够快速换向是由于蓄能器以很大流量快速放油,而频繁的快速换向正是引起系统压力冲击和噪音的主要原因。     

单桩导纳曲线拟合与小应变桩基无损检测

本文基于线性的力学模型研究小应变桩上体系的速度导纳曲线，由实测桩的导纳曲线通过拟合确定力学模型的参数。笔者在文中提出总刚度与总组尼的概念，经调整各项参数使所拟合的理论导纳曲线与实测曲线趋于一致．由此来判别桩的完整性和确定桩土体系的刚度、阻尼等参数．     

单桩导纳曲线拟合与小应变桩式无损检测

本文基于线性的力学模型研究小应变桩土体系的速度导纳曲线，由实测桩的导纳曲线通过拟合确定力学模型的参数。笔者在文中提出总刚度与总组尼的概念，经调整各项参数使所拟合的理论导纳曲线与实测曲线趋于一致。由此来判别桩的完整性和确定桩土体系的刚度，阻尼等参数。     

关于异径圆管相贯线比较积分插补算法的研究

为实现相贯线数控切割及两管的理想焊接,就需要对切削工具的运行轨迹进行控制,由于比较积分法插补算法具有插补精度高和速度控制容易等特点,因而对相贯线比较积分插补算法的研究具有重要的现实意义。通过齐次坐标变换建立了两异径圆管偏置斜交空间相贯线的数学模型;通过MATLAB编程仿真,获得了一系列相贯平面展开曲线上的节点;利用Origin软件拟合相贯平面展开曲线,获得了二阶线性方程;根据比较积分法插补算法原理,利用VB编程软件实现了相贯平面展开曲线插补过程的动态仿真,为相贯曲线的研究设计、加工制造等奠定了理论与实践的技术基础。     

G~2连续的A级曲面精确重构及光顺技术研究

A级曲面重构中拟合高精度曲面过程复杂繁琐,需要进行大量运算,且曲面拟合后没有保留参数特征,无法编辑修改,进而造成曲面逆向重构工作反复进行。针对上述问题提出一种高效准确的方法进行曲面重构。根据K-邻域搜索的离散点云,采用直线、圆弧等多方式分段插值拟合出曲率连续过渡的曲线,保留参数特征,方便修改;再利用NURBS理论拟合曲面,通过调整控制点、权因子和节点矢量等因素,确保曲面拟合精度和曲率连续过渡。经过实例分析,此方法拟合A级曲面快速准确,并保留了曲面形状参数,提高了曲面重构的精度和效率。     

基于软件的复杂相贯线接缝自动焊接运动控制算法

在介绍五轴联动数控焊接机床结构与工作原理的基础上,重点研究了基于软件体系结构的复杂相贯线接缝自动焊接运动控制算法。以实现椭球面封头焊接接管的相贯线接缝自动焊接为例,分别介绍了相贯线接缝空间曲线方程构建、利用直线段插补拟合接缝曲线时各插补离散点坐标参数与焊枪姿态调整参数计算以及各坐标轴插补位移量计算等算法。利用本文介绍的软件算法对复杂相贯线接缝自动焊接运动过程进行控制,具有较高的柔性和通用性,并且大幅度地降低了设备成本。     

超磁致伸缩执行器位移模型的参数辨识

准确辨识模型参数是提高超磁致伸缩执行器位移控制精度的关键,针对单一算法难以实现对超磁致伸缩磁滞非线性模型参数准确识别的问题,将遗传算法与模拟退火算法融合,首先利用遗传算法的快速搜索能力得到一个较优群体,再利用模拟退火算法的突跳能力对整个群体进行优化调整,并在算法中引入最优保留策略和动态步长搜索方法,提出一种改进的遗传模拟退火算法,并将其应用于对超磁致伸缩执行器位移磁滞非线性模型参数辨识。该算法兼具遗传算法和模拟退火算法的优点,既有较快的收敛速度,又提高了辨识精度和最优解质量。通过试验验证,超磁致伸缩棒伸长量的模型计算结果与测量值符合程度较好,平均相对误差为3.85%,该方法能方便有效地辨识模型参数。     

小孔夫琅和费衍射法标定CCD光电响应特性

对比分析现有的各种CCD光电响应特性标定方法后,引入了利用小孔夫琅和费衍射标定CCD光电响应的方法.推导了该方法中Airy斑的理论相对光强分布I/I0与CCD像素位置n之间的定量关系,完成了对特定面阵CCD光电响应特性标定实验.在数据处理过程中,采用二次曲线拟合法准确获得了灰度曲线的峰值位置,实现了Airy斑归-化理论光强分布曲线与CCD实测灰度分布曲线对准,解决了这种方法的中心对准问题,得到准确的灰度峰值位置n0为404.650 0,获得了特定的CCD光电转换特性曲线.标定结果表明,平均相对误差为0.77%,拟合结果可靠.     

标准化残差法在判别RPV冲击转变曲线异常点中的应用

核电站采用辐照监督管内夏比试样的冲击韧性来评估RPV的断裂韧性值,但由于冲击试验是在动态加载条件下进行测试,结果往往有较大的分散性,依据冲击韧性拟合的韧脆转变曲线的精度会受到限制。采用标准化残差法对国产RPV冲击功的回归韧脆转变曲线上的异常值进行剔除后发现,拟合精度提高,不确定度相应降低。在实际应用中,如出现异常点,可考虑进行补充试验。