深部大矿段采动环境监测及地压动态调控技术

针对深井开采中高应力、强扰动、难调控等行业共性难题,开展深部大矿段采动地压动态调控技术研究。通过研发基于正演数值模拟和反演定位补偿的高精度微震定位技术、适用深井高温条件的智能化分布式微震监测装备以及高能量吸收支护系统,建立深部金属矿床开采过程应力转移与开采工艺参数的相关性关系模型、动力灾害安全定量预警方法,进而实现采动地压动态调控。深部大矿段采动环境监测及地压动态调控技术研究实现了基于开采环境模型-多源实测数据感知-分析与反分析判别-开采工艺调整-地压实测反馈的深井开采地压动态调控新模式,提高了矿山本质安全,可为深部规模化开采地压控制提供技术保障。     

哈图金矿千米井矿区地压监测方案设计及优化

哈图金矿目前的开采深度已到达千米,采场片帮、冒顶等地压灾害日益突出,因此非常有必要建立地压监测系统来监测地压灾害并进行预警。本文通过对地压监测技术的研究,并充分结合哈图金矿采矿工艺及现场工况条件,确定采用微震监测系统进行地压监测及预警。通过对微震监测台网的设计及优化,使重点监测区域的定位误差较小且对较小震级事件具有较高的灵敏度。优化后微震监测方案的定位误差在10 m左右,灵敏度可以达到-2.6矩震级,与建成的微震监测系统实际定位误差和灵敏度非常一致,应用效果良好。     

基于微震监测的深部岩体开挖过程中围岩稳定性研究

针对阿舍勒铜矿深部岩体开挖过程中地压灾害日益突出的问题,建立微震监测系统对开挖过程中围岩体的稳定性进行研究。通过对微震监测数据进行分析,揭示深部围岩体的微震活动性与回采工序和炸药使用量的相关关系,并采用能量指数与累积视体积、微震活动b值等参数对岩石破裂过程中微裂纹演化规律进行研究,捕捉岩石失稳破坏的前兆特征。研究表明:大规模集中爆破对深部围岩体的损伤非常大,开挖破坏了围岩岩体原有的应力场,围岩岩体需要在开挖后很长一段时间才能达到新的应力平衡:能量指数急速下降而累积视体积不断增加、微震活动b值特征出现明显下降等现象都可以作为深部岩体开挖过程中岩爆和大尺度岩体破裂发生的前兆信息,为微震监测技术在深井矿山开挖过程中的研究奠定基础。     

基于声发射多特征融合的搅拌摩擦焊缺陷监测

搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW)是一个多物理场耦合过程,焊接过程中声发射信号与焊接缺陷具有关联性. 基于声发射检测与多特征融合研究FSW缺陷监测方法,实时检测固态介质中的声发射信号,利用短时傅里叶变换、小波变换、梅尔频谱对声发射信号进行分析,确定焊接缺陷与声发射信号之间的相关性,最后通过concat融合方法构建多特征向量. 结果表明,FSW在预制缺陷处具有不同的声发射信号特征. 短时傅里叶、小波变换的主要频段集中在20 kHz,出现缺陷时功率分别达到?40,0.8 dB以上,梅尔频谱的主要频段集中在3.5 kHz出现缺陷时功率达到?40 dB以上. 应用多层神经网络分别建立基于单特征、多特征向量的焊接缺陷识别模型,多特征向量的焊接缺陷识别模型在数据集中的平均识别率达到97%,比基于单一特征缺陷识别模型提高18%. 研究的多特征缺陷识别模型能更准确地对焊接状态进行识别与监测.     

基于四元数互补滤波的小型四旋翼姿态解算

文章做出了针对小型无人机的姿态的详细的分析和解算。无人机姿态解算是无人87机飞控的关键问题。因为MEMS(微机电系统)惯性器件存在测量精度低、噪声大等缺点,会给无人机的姿态解算控制造成了很大的误差,因此需要进行一些必要的改进来提高惯性器件的精度。文章设计了基于三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁强计的姿态测量解算系统,完成多数据体融合的无人机姿态解算,在误差方面进行了有效地改善和提升。再通过引入加速度计信任度到基于四元数互补滤波算法中,增加无人机姿态解算的精度。利用实验平台的真实数据进行了算法的验证,结果表明与传统的算法相比较,本文的算法在解算小型四旋翼无人机姿态方面解算简单有效速度快,使姿态测量误差提升到±0.1°。     

一种绳牵引并联机器人的时变势能场建模方法研究

针对目前绳牵引并联机器人时变势能场建模困难的问题，提出一种高精度时变势能场的建模解算方法。在绳索质量微分单元和绳索长度微分单元的基础上，通过有限元积分法建立绳牵引并联机器人势能场模型的积分表达式；通过结合绳牵引并联机器人悬链线模型高精度实时解析解和边界约束条件，对势能场模型的积分表达式进行求解，实现绳牵引并联机器人高精度时变势能场模型的解算。通过仿真测试，研究绳牵引并联机器人势能场模型的影响参数。研究结果为绳牵引并联机器人基于时变势能场的实时稳定性评价指标建立和稳定工作空间的构建提供参考。     

航空发动机涡轮叶片测量评估的多样本融合方法

为获得涡轮叶片精铸位移场进行模具型腔优化,需要对叶片进行测量评估。由于精铸工艺系统误差和随机误差的影响,单个叶片并不能精确的表征叶片变形量;为此,需要针对一批叶片进行测量评估,从而获得统计意义下的精铸位移场,这其中主要的难点即为多样本测量数据的融合问题。为此,本文提出并研究了一种基于最短路径准则的涡轮叶片多样本测量数据融合方法,通过建立数据点融合模型,实现了多样本数据的统计学建模,从而有效的消除了制造系统误差对精铸位移场的影响,并进行了实例验证。     

地铁站突发事件预警与先期控制模型研究

为有效应对地铁站突发事件,从人员、物品、设备、运营管理及环境五个方面对地铁站突发事件进行了分类。在考虑传统监控系统和智能化安防系统功能特性的基础上,自下而上构建了面向突发事件预警与控制的三层架构模型:数据感知层、分析研判层和指挥决策层。数据感知层利用各种感知手段负责采集各类数据,分析研判层利用直觉模糊理论分析融合采集数据,指挥决策层基于预警效能和防控效能构建突发事件预案选择目标函数,当函数值达到并稳定在事前设置的应急预案区间值时,模型自动搜索并实施对应预案。最后,以地铁站火灾为例明确了突发事件预警与控制流程,为及时有效应对地铁站突发事件提供了新的思路和方法。     

地铁站突发事件预警与先期控制模型研究（英文）

为有效应对地铁站突发事件,从人员、物品、设备、运营管理及环境五个方面对地铁站突发事件进行了分类。在考虑传统监控系统和智能化安防系统功能特性的基础上,自下而上构建了面向突发事件预警与控制的三层架构模型:数据感知层、分析研判层和指挥决策层。数据感知层利用各种感知手段负责采集各类数据,分析研判层利用直觉模糊理论分析融合采集数据,指挥决策层基于预警效能和防控效能构建突发事件预案选择目标函数,当函数值达到并稳定在事前设置的应急预案区间值时,模型自动搜索并实施对应预案。最后,以地铁站火灾为例明确了突发事件预警与控制流程,为及时有效应对地铁站突发事件提供了新的思路和方法。     

基于光纤光栅应变监测的风机叶片损伤识别及预警

风力发电机在运行过程中叶片容易损伤,存在安全隐患。为了对风机叶片的损伤状态进行识别和预警,通过光纤光栅传感器采集得到的应变数据,建立基于应变的叶片材料损伤模型;在有限元分析软件ABAQUS中建立风机叶片结构的有限元模型,通过模态分析得到叶片的固有频率。同时对应变数据进行傅里叶变换,分析叶片损伤状况的频率特征,并与固有频率对比判断叶片是否发生共振;最后,根据风机叶片运行过程中采集的应变时序数据,采用深度学习方法进一步对风机叶片的损伤程度进行识别。实验结果表明：基于光纤光栅应变数据,从风机叶片材料应变监测、模态频率监测和神经网络模型识别3个方面对叶片损伤进行综合分析和预警是一种可靠且高效的方法,对风机健康监测和安全运行具有重要作用。     

工程法与滑移线场组合解析立轧轧制力

提出以工程法与滑移线场组合求解粗轧过程立轧轧制力的方法。基于立轧的变形特点,绘制出经立轧道次后轧件塑性区的滑移线场,根据立轧中狗骨区滑移线场的几何特点,确定了立轧后塑性区的最大深度。然后应用工程法在轧件塑性区域内建立力平衡微分方程并联解屈服条件得出立轧轧制力的解析解,并对此立轧轧制力模型的物理意义进行分析。使用有限元模拟对立轧变形规律进行总结并与组合解法解得的立轧轧制力模型进行比较,误差较小,验证了此轧制力模型的物理意义。将建立的力学模型预测的轧制力与实测数据比较,误差不超过10%。     

基于数字孪生技术的桩机姿态与工况监测系统

针对振动式打桩机操作人员视野受阻、桩体姿态监测困难、无法实时监控桩机运行工况等问题,提出一种基于数字孪生技术的桩机姿态与工况监测系统。建立反映当前状态的桩体姿态偏摆预警模型,通过分析预警模型实现对桩体偏摆预警并做出调整提示。同时监测系统还包括桩机工况监测模块、桩体姿态监测模块与虚拟模型驱动模块,实现对桩机运行数据的实时采集与传输,并建立三维动态界面,解决了传统沉桩视野受阻难题,提高了桩机的沉桩精度与工作效率。     

RH真空脱碳精炼过程的的模拟研究

在研究RH精炼装置内钢液湍流场的基础上,结合RH内钢液的脱碳机理,建立了描述RH装置内钢液流动与脱碳过程的耦合数学模型,利用现场数据验证所建立的模型,在此基础上,用此模型来考虑操作参数对RH真空脱碳过程的影响,为工艺优化提供依据和指导。     

传感器阵列对岩体微震/声发射源定位精度的影响（英文）

随着开采深度增加,岩体动力灾害日益突出。微震监测已成为岩爆、顶板坍塌等岩体动力灾害监测的重要技术手段。传感器阵列布设作为信号采集的第一步,严重影响信号源的定位精度。讨论和总结有关由传感器阵列布设引起的微震(MS)和声发射(AE)震源定位误差的重要研究,并分析传感器数量、传感器布设形态以及传感器与震源距离对MS/AE源定位精度的影响机制。随后,结合工程实践和实验室测试,给出传感器阵列的一些布设原则,并通过现场应用进行验证。另外,综合考虑影响传感器阵列布设数量、形状和距离的因素,找到最优布置方案,可大幅度改善信号采集效果,提高信号源定位精度。最后,对提高MS/AE源定位精度所面临的挑战和传感器阵列方面相应的应对策略进行展望。     

GH5188斜Ⅰ型薄壁锻件自适应环轧仿真分析

以GH5188斜Ⅰ型锻件为研究对象,基于ABAQUS-Explicit显示动力学分析平台,建立了径-轴向轧扩有限元分析模型,通过Fortran语言进行程序二次开发,建立了辊系自适应运动模型,对GH5188斜Ⅰ型锻件进行热力耦合模拟,基于等体积原则,设计了锻件中间坯,分析了中间坯环轧过程的应力场、应变场,并进行环件轧制过程模拟可靠性验证。结果表明,建立的有限元模型稳定可靠,设计的中间坯合理可行,生产的锻件尺寸满足图纸要求,锻件各项性能指标满足标准要求,为相似锻件的生产提供了参考。     

滚珠丝杆进给系统的多自由度柔体建模研究

考虑滚珠丝杠进给系统的机电耦合特性,对系统结构进行分块细化,降低系统的耦合复杂度,提出了丝杠进给系统的分-总式建模方法。将滚珠丝杆系统作多自由度柔体处理,综合考虑系统的弯曲、扭转及沿丝杠轴向的变形,基于动力学理论,采用瞬时变分法,推导出滚珠丝杠进给系统动力学模型,分析得出基于系统结构柔性影响与丝杠轴弯曲剪切综合变形而引起的耦合影响,不同于以往滚珠丝杠进给系统集中质量模型(混合模型)下各向振动之间的耦合影响及振动方程。通过振动实验,借助主分量分析法验证了所建立的动力学模型的正确性,为后续的丝杠进给驱动系统的动力学分析提供研究依据。     

超高强钢板U形件热冲压工艺对相变的影响

构建多物理场动态耦合的R1500HS超高强度钢热冲压有限元模型,结合热冲压实验验证以及硬度的测试分析对热冲压工件进行研究。结果表明,最终零件的微观组织主要为马氏体,其硬度分布与马氏体相同,热-力-相耦合的有限元模型可以有效的预测热冲压件的微观组织。     

扰动环境下基于复杂网络的生产车间瓶颈分析

针对生产车间扰动所造成的系统产出效率低下和瓶颈预测困难这一问题,提出基于耦合映像格子的制造瓶颈辨识方法。首先构造生产车间网络模型,建立扰动因素动力学方程,获取扰动因素流转的判定依据。综合考虑网络拓扑特性及工作站节点自身特性综合影响,提出基于CML(耦合映像格子)的瓶颈状态预测模型,通过matlab程序仿真进而实现扰动环境下瓶颈节点的动态识别。最后通过某汽车装配车间内实际的生产数据和ARENA仿真实例,验证了该方法的正确性和有效性。     

Q&P钢热处理过程有限元法数值模拟模型研究

以国内典型淬火-分配(QP)高强钢——QP980钢为例,进行热处理全过程物理模拟研究,提出一种耦合温度及时间影响的类蠕变应变方程用以描述材料在QP热处理分配过程的体积变化,建立考虑淬火温度影响的QP热处理两次淬火过程相变动力学方程、相变应变及相变塑性方程,获得了QP钢各相的热膨胀系数。根据温度场、组织场、应力场三场耦合原理,基于物理模拟得到的弹塑性增量本构模型,对商业有限元软件ABAQUS用户子程序进行二次开发,建立了针对QP热处理全过程的三场耦合数值仿真模型;通过Gleeble热-力模拟试验机上的QP热处理实验对模型进行了实验验证,实验结果与数值模拟结果吻合良好。     

基于数字孪生的液压支架姿态监测

针对液压支架姿态监测中的远程监测图像质量差、监测结果的可靠性不强等问题，提出一种用于液压支架姿态监测的数字孪生模型的构建方法。以液压支架运动学模型、环境数据以及同步控制信号构建物理模型；以液压支架姿态的历史数据以及实时监测数据构建数据驱动模型；以物理模型和数据驱动模型的数据通过长短期记忆网络处理生成用于液压支架姿态监测的数字孪生模型数据；并以数字孪生模型的数据为基础驱动液压支架姿态监测的虚拟模型。实验表明：所提出的基于数字孪生的液压支架姿态监测方法在提高了监测可靠性的同时，实现了支架异常姿态的准确预警。研究结果为数字孪生模型的构建以及推动数字孪生技术在液压支架姿态监测的应用提供参考。