Numerical Investigation of Ultrasonic Guided Wave Dynamics in Piezoelectric Composite Plates for Establishing Structural Self-Sensing

This article presents a numerical investigation of guided wave generation, propagation, interaction with damage, and reception in piezoelectric composite plates for the purpose of establishing structural self-awareness.This approach employs piezoelectric composite materials as both load bearing structure and sensing elements.Finite element modal analysis of a plate cell with Bloch-Floquet boundary condition(BFBC) is performed to understand the wave propagation characteristics in piezoelectric composite plates. A comparative study is carried out between a standard composite plate and a piezoelectric composite plate to highlight the influence of piezoelectricity on guided wave dispersion relations. Subsequently, a transient dynamic coupled-field finite element model is constructed to simulate the procedure of guided wave generation, propagation, interaction with damage, and reception in a piezoelectric composite plate. Active sensing array is designed to capture the structural response containing the damage information. Three engineering scenarios, including a pristine case, a one-damage-location case and a two-damage-location case, are considered to demonstrate the ultrasonic sensing capability of the piezoelectric composite system. Finally, time-reversal method is utilized to locate and image the damage zones. This research shows that piezoelectric composite material possesses great potential to establish structural self-awareness, if it serves both as the load bearing and structural sensing components.     

基于索面布置的扇形索面斜拉桥桥塔稳定性分析

以单承重体系扇形索面刚性拉杆斜拉桥为研究对象,根据结构受力特点,基于能量原理推导出带有刚性拉杆斜拉桥考虑拉杆扭转变形时桥塔侧向弹性稳定系数的解析计算公式;通过某扇形索面刚性拉杆铁路斜拉桥的算例,讨论桥塔拉杆锚固点采用等差间距布置的斜拉杆桥塔锚固点间距与桥塔侧向弹性稳定性的关系,分析斜拉杆的布置对桥塔稳定的影响,结论表明:计入刚性拉杆扭转变形后,桥塔侧向弹性稳定系数有所提高。计入拉杆"非保向力"作用后,桥塔稳定性系数较大,能够充分发挥拉杆的扭转和拉杆拉力的虚拟弹簧效应。给出了拉杆锚固点布置建议取值:桥塔拉杆锚固点间距等差d选取范围为[0 m,0.4 m],顶端第一根拉杆与第二个拉杆的间距d1的选取范围为[0.5 m,1.1 m]。     

深埋老黄土隧道支护限阻器力学特性及其应用研究

为深入探究基于限阻器的隧道让压支护,即限阻支护的受力特征,基于室内试验结果,采用数值计算和数据拟合的方法,系统阐明了限阻器的力学性能和本构关系,提出限阻支护的数值模拟方法;并结合工程应用,分析不同参数下限阻支护的变形和受力特征。结果表明：限阻器的力学性能与竖板的高度和厚度相关,引入预制弯弧可使限阻器性能可控;限阻器采用应变软化/硬化实体单元和弹性正交异性膜单元模拟;限阻器较小的恒阻值降低了限阻支护的轴力但同时也增大了弯矩,有利于小偏心受压破坏防治但增加了大偏心受压破坏风险;限阻器的合理压缩量为7～12 cm,建议在工程应用中对限阻器做降高、增厚和弯弧优化,可进一步增效降本。     

缓倾砂岩夹泥岩隧道岩爆段初期支护变形特征及控制技术研究——以蒙华铁路段家坪隧道为例

针对蒙华铁路段家坪隧道岩爆段初期支护在较小变形下发生破坏现象,通过室内试验、超前地质预报、地应力测试等技术手段,分别揭示洞周围岩强度、掌子面前方地质情况和初始地应力状态,同时对初期支护变形破坏特征进行归纳总结并分析成因,得出： 围岩特性、地质构造特征、工法是影响初期支护变形破坏的重要因素,局部水平向高地应力是主因。采取增强支护参数、增设缓冲层、锚杆+加筋底板、加装阻尼器等技术措施控制初期支护变形破坏。研究结果表明： 1）以水平构造应力为主的高初始地应力条件下,若隧道洞身围岩竖向节理发育,开挖宜首选二台阶法。2）拱部及仰拱初期支护混凝土破坏类型为剪压破坏,格栅钢架主筋破坏类型为偏心受压屈曲。3）以水平构造应力为主的高初始地应力状态下,宜根据围岩特性、支护原理及现场实际选择相应的技术措施。     

深海潜水器无刷直流电机驱动器电磁兼容设计

深海潜水器无刷直流电机驱动器,直接驱动推进器、液压源和海水泵等设备,其电磁兼容设计直接关系到自身工作可靠性和对其他设备的影响。本文针对该驱动器,分析驱动器带动电机工作时的干扰源、耦合路径和敏感设备,对控制器辅助电源和线路进行电磁兼容设计,然后对驱动器整体进行电磁兼容设计,最终使得驱动器具有较高的可靠性。     

特大跨斜拉桥横向抗震设计方案研究

针对大跨度斜拉桥在高烈度横向地震作用下的抗震分析,就现今工程中常用到的添加挡块、金属阻尼器、黏滞阻尼器这3种减震设计方法,以某特大跨铁路斜拉桥为工程背景,基于MIDAS Civil建立了三维有限元动力弹性模型,分析了桥梁结构的动力特性;通过采用3种参数化后的方案与梁墩横向自由边界条件下的对比分析,研究了满足横向极限位移控制条件下,3种设计方案的结构地震响应特点;另外针对黏滞阻尼器和金属阻尼器减震方案,对2种阻尼器组合和布设方案进行了局部优化。研究结果表明：增设挡块减震方案要比采用阻尼器减震方案的墩塔底部内力大,采用黏滞阻尼器设计方案的减震效果最好;经过综合比较后,推荐采用组合1方案（过渡墩和辅助墩的左右侧分别设置金属阻尼器、液体黏滞阻尼器）用于铁路大跨斜拉桥。     

大断面连拱隧道侧导洞扩挖影响分析

依托深圳嶂背大断面连拱隧道扩挖工程,基于勘探资料和施工情况,建立三维有限差分数值模型,分析侧导洞扩挖对围岩支护力学行为的影响,并开展现场实测验证。结果表明：侧导洞扩挖使得拱顶沉降增加40%～50%,水平收敛增大2%～15%,但仍低于规范容许值;扩挖显著影响夹岩的力学响应,但扩挖后的夹岩塑性率仍小于20%,且夹岩塑性区并未贯通;扩挖导致初期支护的变形及应力升高25%～30%,应重点关注衬砌压应力变化;经安全评估,中导洞受力状态最差,侧导洞扩挖将一定程度影响待开挖夹岩和初支的稳定性,但不会严重威胁隧道安全,扩挖工程是安全可行的。     

基于ASAE深度学习预测海洋气象对船舶航速的影响

为了有效地预测海洋气象对船舶航速的影响, 在稀疏自编码(SAE) 网络模型的基础上提出交替稀疏自编码(ASAE) 网络模型; 构建了海洋气象对船舶航速影响的预测框架, 利用关联规则方法对航行数据进行特征选择, 挖掘了船速影响因素及其隐含关系; 整合了中国远洋海运集团有限公司提供的船舶航行数据以及美国国家海洋和大气管理局提供的气象数据, 用训练样本对ASAE网络模型进行训练, 用测试样本对ASAE网络模型进行验证, 并与支持向量回归(SVR) 模型、反向传播神经网络(BPNN) 模型、深度信念网络(DBN) 模型及SAE网络模型的预测结果进行了对比。研究结果表明: ASAE网络模型的训练时间和海洋气象对船舶航速影响预测值的均方根误差分别为8.2s和0.287 3kn, 与SVR模型、BPNN模型、DBN模型及SAE网络模型相比, 训练时间分别缩短了1 683.1、66.9、2.0、1.5s, 预测准确度分别提高了0.045 5、0.296 9、0.153 4、0.178 6kn; ASAE网络模型的预测结果更符合实际海况, 可动态掌握海洋气象对船舶航速的影响; 通过预测的航速影响值来推算实际航速可为气象导航优化船舶运输过程起到辅助作用, 在进行航线规划、航速推荐等航行优化策略时能准确考虑海洋气象所产生的复杂影响, 从而改善船舶运营能效指标, 实现节能、低碳、绿色航行的宗旨。      

武汉洪山广场地下人行通道施工技术

针对洪山广场地下水人行通道工程埋深浅，路面活载作用频繁的特点，对明挖法，顶管法，盾构法和浅埋暗挖法等施工方法进行了比选，根据工程特点及施工中的主要矛盾，确定采用浅埋暗挖法施工，并介绍具体施工方法。     

相位多谱勒技术在粒子测量应用中的若干问题

简单介绍了相位多谱勒技术（ＰＤＡ）的测试原理，并结合仪器原理，从动力工程相关实验的要求出发，着重分析了粒径测量中粒子球形度问题、２π周期模糊性问题以及透明粒子时可能发生的轨迹效应，狭缝效应等。另外，还介绍了目前采用的几种处理方法。