驱动轮转向可控管道机器人的设计与运动分析

为了解决机器人在管道内姿态调节困难、避障能力较弱等问题,文章提出一种通过改变驱动轮转向来快速调节在管道内姿态的轮式管道机器人。该机器人可沿着管道作直线运动,也能绕管道中心轴线沿内壁作螺旋运动和回转运动,同时具有避障能力。通过建立机器人驱动轮转向过程的位姿模型,分析了弹簧以及管道内壁对机器人的正压力的变化过程;建立管道机器人驱动轮转向时的运动学模型,并进行了仿真分析。仿真结果表明了该管道机器人的有效性和实用性。     

主动避障式管道机器人结构设计及动力学仿真

为了解决轮式管道机器人在管道内越障能力不足的问题,设计一种主动避障管道机器人,并运用ADAMS进行动力学仿真分析。首先分析了管道机器人结构原理和运动特性。随后运用ADAMS建立虚拟样机,对管道机器人的避障能力、直行能力以及过弯能力进行仿真分析。仿真结果表明,该管道机器人可自动适应148～152 mm管径;可通过的最小转弯半径为304 mm;可实现在管道内部主动避障,同时具有良好的动力特性。     

跃移雪颗粒运动特性的数值模拟研究

运用拉格朗日方法,根据雪颗粒的运动机理,对单个跃移颗粒运行轨迹进行了数值计算.同时,结合颗粒的受力特征,对影响其运动的一些参数,如粒子直径、摩擦速度和颗粒密度等进行了分析.结果表明,随着雪颗粒直径或雪粒密度的增大,粒子竖向受力与重力之比减小,粒子的跃移高度则随之增大;而当粒子起跳速度不同时,水平方向受力与重力之比的变化规律也表现不同,进而影响其水平方向的跃移长度.基于经验公式,建立了雪面侵蚀质量通量与跃移粒子数目之间的关系,计算了雪颗粒质量传输率,并与经典文献的计算方法进行了比较.结果显示,随着雪颗粒直径和摩擦速度的增大,粒子质量传输率随之增大;随着阈值摩擦速度增大,粒子质量传输率随之减小.所得计算结果与Iversen经验公式吻合较好.     

潜游式管道机器人动力学分析

分析了管道机器人在充满液体的管道中运行时的受力状况,在此基础上建立了基于欧拉参数(四元数)的潜游式管道机器人六自由度空间运动的动力学模型。对于在特定的三维弯管道内沿规划路径游动的机器人,通过流体力学仿真软件Fluent计算出机器人的流场阻力并代入该动力学模型,在Mathematica环境下可计算出机器人的受力.利用该模型进行的动力学仿真得到了机器人在确定形状的弯曲管道中游动时所需的驱动力.欧拉参数(四元数)的引入有效地避免了奇异性.     

管道机器人弯管运动转体原因分析

为避免管道机器人弯管内运行时发生转体现象而影响管内任务的执行,对机器人转体的原因进行了深入研究.以建立的管道机器人弯管运行的位姿模型为基础,对机器人的受力状况进行了分析,建立了机器人过弯时的转体力矩模型.通过对转体力矩的分析,揭示了管道机器人弯管运行时发生转体的根本原因,并指出了管道机器人弯管运行的最佳姿态角.理论计算表明:当机器人以最佳姿态角运行时,机器人转体力矩几乎为0,不发生转体;当机器人以其他姿态角运行时,将出现一个不为0的转体力矩,该力矩使机器人向平衡姿态角方向转体,直至机器人姿态稳定为止.在实际应用时,使机器人在平衡姿态角运行为最佳.仿真结果与理论计算基本一致,该研究为人弯管内的姿态稳定运行提供了一定的理论依据.     

履带式移动机器人的转向特性

为了描述履带式移动机器人的转向特性,考虑机器人履带的横向阻力为线性分布、履带与地面的接触压力为线性分布的情形,分别建立低速和高速转向时机器人的转向阻力矩模型,以表征机器人转向时所受的地面阻力矩。基于直线运动总功率与转向运动总功率之比来表明机器人转向的难易程度,分析机器人在大半径和小半径转向运动时的灵活性。采用转向功率校核电动机的额定承载能力,分析机器人的结构参数、转向半径与转向功率的关系。研究结果表明:机器人的转向半径越大,转向越灵活,外侧履带驱动轮转向功率越小;机器人滑移角越大,转向功率校核系数越大,外侧履带驱动轮功率越大;为机器人的结构参数优化和电动机的选择提供依据。     

泥水盾构环流系统管道输送特性

为研究泥水盾构环流系统管道输送特性,根据实际施工情况确定操作参数(管道入口流速vi、石碴粒径d、石碴体积分数φ、浆液黏度μ和密度ρ)的选取范围,采用流体力学软件与离散元软件耦合方法建立管道内石碴运动模型,通过仿真研究5个操作参数对环流系统管道压力损失Δp和石碴群输送速度vs的影响规律。研究结果表明:vi对环流系统管道输送速度影响最大;增大vi与φ给环流系统带来较大的压力损失;增大vi和ρ能够有效提升管道内石碴输送速度;当浆液密度从ρ=1.0 g/cm~3增大至1.2,1.4和1.6 g/cm~3时,Δp增幅分别为7.0%,17.0%和26.0%,石碴群输送速度vs增幅分别为18.0%,30.0%和39.5%,vs增幅大于Δp增幅;Δp随v_i和φ的增大而增大,且vi对Δp的影响程度大于φ对Δp的影响程度;仿真模型中石碴运动轨迹与实际工程具有一致性。     

管道喷涂机器人喷枪运动速度优化

为提高机器人喷涂时涂层厚度均匀性,首先根据机器人喷涂时涂层形状呈椭圆形的实际情况,选择双β分布喷枪模型对涂层厚度分布进行描述,在此基础上分析喷枪运动过程中涂层厚度累积机理。通过喷枪匀速运动条件下的圆形管道喷涂实验,研究管道内壁涂层厚度与涂料涂着效率变化规律之间的关系,提出机器人喷涂作业时喷枪运动速度优化方法,即保持喷枪运动速度与涂料涂着效率之间比值恒定。实验结果表明,该速度优化方法可有效提高涂层厚度均匀性。     

非化学计量比贮氢合金及其电极特性

对贮氢合金MlNi3.55+xCo0.75Al0.3Mn0.4(0≤x≤0.6)的结构、组织、电化学性能和P-C-T特性进行了研究.结果表明,除了x=0.6的合金外,随着x的增大合金的点阵常数a值减小、c值增大,c/a值和单胞体积也随之增大,而x=0.6时合金体积反而减小.同时随着x的增大,合金中Ni并没有出现明显偏析,而是促进了B侧其它合金元素尤其是Mn和Al的偏析.x的增大,放电容量降低,充放电循环稳定性只略有下降,但活化性能却明显改善,P-C-T曲线平台压升高.     

混凝土浇筑过程中方钢管柱的力学性能

钢管混凝土在内部混凝土浇筑过程中空钢管的受力特性和安全性非常重要。该文建立了分析混凝土浇筑过程中方钢管柱受力性能的有限元模型,并采用实测的混凝土静水压力、钢管管壁应变等指标的对比分析验证了该模型的合理性。基于有限元模型,分析了不同混凝土浇筑高度和钢管宽厚比时由于混凝土浇筑引起的管壁变形及应力。研究结果表明:空钢管内设置横向内隔板可有效地减小管壁应力及变形;当方钢管宽厚比较大时,混凝土浇筑过程中对管壁产生的应力和变形数值都较显著。该文建模方法可进一步用以模拟钢管混凝土结构在施工阶段的力学性能分析。     

悬跨段海洋管道非线性自由振动分析

根据有限变形理论,大变形管道的运动可视为在静平衡位置附近的小振幅运动,在已知铺设中管道静平衡位置的基础上,利用样条函数配点法研究了管道面内和面外的非线性自由振动;发现管道自由振动频率随张力增大而减小,随水深增加而增大。     

水下枪械弹道特性研究

由于工作环境的特殊性，水下轻武器与常规武器的内外弹道特性具有显著差异，该文在分析水下枪械的内、外弹道特性的基础上，建立了适宜水下枪械内弹道方程组，分析了水中弹丸运动受力情况，建立了杆形弹丸水中运动速度衰减规律方程。实验表明，该分析方法可行，为水下轻武器的工程化设计奠定了坚实的理论基础和技术支撑。     

埋地管道静载试验水平边界约束影响的数值分析

基于模型试验结果,通过有限元数值模拟软件研究静载作用下模型尺寸对埋地管道力学性能与形变性能的影响.数值分析结果表明:模型箱水平边界在距管壁20D以内变化时,随着模型尺寸逐渐增大,土体极限承载力不断增加,并且相同荷载水平下加载板沉降与管道径向变形比也随之变大,而管周土压力、管周径向和环向应力均随之减小,边界对管道的约束作用逐渐减弱;模型尺寸不同时,管道径向变形比在加载过程中的变化规律差异明显;地表静载作用下,管道以环向受压为主,并且由于管顶产生土拱效应,管周土压力中管侧处最大,管顶处次之,管底处最小;当模型箱外壁水平向扩展超出20D时,管道上方土体承载力、管道受力和形变规律基本一致.表明为减少或消除水平边界效应,模型箱外壁水平向扩展边界选20D为宜.     

喷瓷管道热喷瓷层应力状态分析

计算分析了喷瓷管道热喷瓷层的应力状态。计算结果表明 ,由于瓷层与金属基体热膨胀系数存在差异 ,瓷层处于压应力状态 ,金属基体处于拉应力状态 ;瓷层所处几何位置不同 ,其中的应力也存在差异。管道内瓷层的受力状态好于管道外瓷层。随着管道半径的增大 ,径向应力绝对值减小 ,瓷层所受的压应力也减小。由于管道内瓷层的半径小于外瓷层的半径 ,因而内瓷层所受的压应力大于外瓷层的压应力     

SLK涡流选粉机重力分级区内颗粒的运动特性

 选粉机内颗粒的重力分级对后续离心分级有重要影响。为研究颗粒在选粉机重力分级区内的运动特性,在对颗粒进行受力分析的基础上,分别建立y向和x 向颗粒运动方程,通过理论分析探索了颗粒在y 向和x 向的运动特性。运用计算流体力学理论,考察重力分级区内气流速度在y 向和x 向的变化规律,研究不同粒径颗粒的运动轨迹。结果表明,重力分级区内气流速度在y向上递增,颗粒在y 向做速度不断增大的变加速运动;气流速度在x 向上由返料锥近壁端向远壁端递减,颗粒在x 向做速度不断减小的变减速运动。研究结果可为选粉机的设计提供理论参考和数据基础。     

清管器测径板与U型管道中弯头撞击分析

测径清管器经过U型管道时,若测径清管器设计不合理或者清管器运动速度过大,清管器测径板易与弯头相撞,导致测径板变形,从而误以为管道上存在变形。为解决该技术难题,结合一种具体测径清管器,通过分析该测径清管器经过U型管道弯头时的运动特性和测径清管器及弯头的几何特性。得出结论:当测径清管器的运动速度超过一个极限速度时,清管器经过弯头时所受离心力大于清管器支撑板的屈服极限,引起前支撑板屈服,此时测径板可能与弯管内壁外弧侧相撞,同时还得到影响此极限速度值大小的多种因素。另外,发现测径板、支撑板、弯头曲率半径满足一定的几何特性关系时,清管器测径板将与弯管内壁内弧侧撞击。利用得到的这些分析结论,可指导并修正清管器设计,控制测径清管器的运行速度,从而避免测径清管器经过U型管道的弯头时发生撞击。     

新型管道机器人运动学和力学特性分析

目的研究新型步进式管道机器人运动学和力学性能,揭示管道机器人的运动规律,验证其运动状态和工作特性.方法采用理论建模和基于ADAMS软件仿真分析的方法,获得管道机器人相关机构的运动规律曲线以及机器人在管道内步进运动时活塞驱动力变化规律曲线.结果机器人能够适应管道直径范围为750~1 021.5 mm,步距为103 mm,速度和加速度曲线平滑,运行稳定,无震颤现象;当承受负载4 000 N时,伸缩夹紧机构驱动力变化范围为1 407.6~18 113.7 N,步进单元驱动力范围为1 978.46~7 645.38 N,驱动力曲线平滑,无力冲击,可驱动性能良好.结论该新型管道机器人的运动性能满足功能要求,具有适应管径范围大、速度快、运动平稳和驱动性能好等优点.     

非化学计量比贮氢合金及其电极特性

对贮氢合金MlNi3.55 xCp0.75Al0.3Mn0.4(0≤x≤0．6)的结构、组织、电化学性能和P—C—T特性进行了研究。结果表明，除了x=0．6的合金外，随着x的增大合金的点阵常数α值减小、c值增大，c／α值和单胞体积也随之增大，而x=0．6时合金体积反而减小。同时随着x的增大，合金中Ni并没有出现明显偏析，而是促进了B侧其它合金元素尤其是Mn和Al的偏析。x的增大，放电容量降低，充放电循环稳定性只略有下降，但活化性能却明显改善，P—C—T曲线平台压升高。     

冷弯薄壁型钢-OSB双向板组合楼盖试验研究

为了研究冷弯薄壁型钢与定向结构刨花板(oriented strand board, OSB)板连接而成的双向板组合楼盖的抗弯承载力性能,设计制作一个3.7 m×3.7 m的足尺组合楼盖试件,在四边简支条件下对其进行单调静力堆载试验,并建立了冷弯薄壁型钢-OSB板组合楼盖的非线性有限元分析模型。在此基础上,通过改变OSB板梁腹板高度、冷弯薄壁型钢板厚度与螺钉间距来分析各参数对组合楼盖受力性能的影响。试验结果表明：OSB板与冷弯薄壁型钢能够很好地协同工作,变形符合平截面假定。试件x与y两个方向上的组合承重梁荷载-挠度(P-Δ)曲线变化情况基本一致;随着梁腹板高度、钢板厚度的增加,组合楼盖的抗弯承载力明显增加;梁底冷弯薄壁型钢与OSB腹板的端部构造可以有效减小钢木接触截面的滑移变形。可见该组合楼盖双向受力性能良好,增加梁腹板高度,增大钢板厚度与适当减小螺钉间距均能提高楼盖的承载能力。     

不同应力路径下砂岩的宏细观力学响应特性

为了研究应力路径对砂岩的宏观、细观力学响应的影响,基于颗粒离散元方法构建了空心圆柱试样并开展了6组不同应力路径的试验,分别研究了砂岩试样在不同应力路径下的宏观应力-应变响应,以及细观法向与切向接触力的分布规律。研究结果表明：当试样内围压相同时,随着外围压的增加,试样破坏时的体积应变也随之增加,即试样的膨胀现象愈加明显;当试样的外围压相同时,随着试样内围压的增加,试样破坏时的体积应变随之先增长后减小。在中主应力系数不为0时,中主应力系数越大,试样的径向应变与环向应变之和的绝对值越大。在内围压相等的情况下,随着外围压的增加,试样的法向接触力增加。当外围压相等,内围压增大时,试样的法向接触力减小。