摘要:国家重点研发计划作为五大国家科技计划之一,对于经济社会高质量发展具有重要的支撑引领作用。国家重点研发计划“国家质量基础的共性技术研究与应用"重点专项(简称NQI专项)自2016年启动实施,围绕计量、标准、检验检测、认证认可等要素进行系统攻关。该文以“十三五"期间NQI专项计量领域31项典型科技项目为研究对象,分析项目立项总体情况,并对项目产出的计量特色类成果、科研实物类成果和知识产权类成果进行统计学分析,选取解读部分项目实施成效突出的典型案例。同时,面向"十五五"重点专项布局,提出了NQI专项未来发展的思考与建议,为NQI专项的持续演进提供参考。
摘要:随着海洋开采向深海区域的进行,海洋工程用钢的低温断裂性能越来越受到人们的关注。文章以EH47海洋工程用钢为例,研究其不同温度下断裂韧性的变化规律,分析其低温断裂韧性与断口微观参数之间的关系。结果表明:随着温度的降低断裂韧性逐渐降低,在韧-脆转变区间内断裂韧性波动较大,平均断裂韧性由 742μm 降低到87μm 。通过断口观察发现,在韧-脆转变温度区间内,断口微观参数塑性裂纹扩展距离 dfib 以及解理起裂距离 yf 均随着温度的降低逐渐降低。通过数据拟合,明确断裂韧性与断口微观参数之间的数学关系,相关性系数 r2?0.89 。该研究为海洋工程用钢实际服役环境下断裂性能的评估和使用提供一定的数据和理论支撑。
摘要:目前常用的自动化实时在线准确测量钻井液流变性的方法是直管式测量,但往往泵送设备抽取钻井液时产生的脉动流导致压差和流量测量的数据误差较大,最后解算得到的流变性参数精度不高。针对该问题,该文提出一种脉动影响下直管式钻井液流变性测量的校正模型,通过对隔膜泵产生脉动流的调研以及理论分析,得出隔膜泵出口流体流量、压力与隔膜泵工作频率的变化规律,得到其出口流速表达式,为后续仿真提供入口初始参数。然后对实际实验装置的测量管进行3D建模和仿真,根据大量仿真实验结果,得到流体脉动影响下直管式流体流变性测量的校正模型。最后根据实际搭建的实验平台进行实验对比,得到不同流速、粘度、温度情况下以旋转粘度计为标准对比,得到模型校正后计算出的流变性参数,其中表观粘度(AV)的平均相对偏差为 2.69% 、塑性粘度(PV)的平均相对偏差为 2.362% 、动切力(YP)平均相对偏差为 3.056% ,脉动流导致的压差和流量测量的数据误差得到有效减小。
摘要:超声全聚焦技术已广泛应用于航空金属增材制造后内部缺陷的检测。由于增材金属对超声的高衰减特性,不同深度缺陷全聚焦回波信号的能量均匀性差,从而导致缺陷漏判风险加剧。该研究基于超声在增材金属内部的衰减特性,融合声束指向性补偿因子与声衰减补偿因子构建综合幅值补偿方法。以含不同深度、直径为 2mm 圆柱孔人工缺陷的TC4钛合金试块为检测对象,通过直接幅度比较法标定试块介质衰减系数,并引入综合幅值补偿方法进行全聚焦成像。实验结果显示,采用综合幅值补偿方法后,同尺寸缺陷在不同深度的幅值能量分布均匀性相较于其他方法提高 50% 。最后通过含自然缺陷增材制造试块的检测验证,证实该方法可有效提升对增材金属构件内部缺陷检测的可靠性。
摘要:随着全球石油和天然气行业的快速发展和需求增长,出砂问题对设备和管道的影响显著,导致生产效率下降和安全风险增加。为准确预测出砂量,降低油气开采风险和成本,提出一种基于灰狼优化算法(GWO)和人工神经网络(ANN)结合的出砂量预测模型。针对传统模型误差较大的问题,提出的GWO-ANN出砂量预测模型通过灰狼优化算法优化神经网络的权重和偏差,可提高模型的预测精度和鲁棒性。在实验设计部分,通过振动传感器采集气-砂两相流的出砂信号,并利用希尔伯特-黄变换(HHT)分析出砂信号的频带特征,用有限冲激响应(FIR)滤波器对噪声进行滤除。使用主成分分析(PCA)方法减少信号特征的复杂度,将主要特征输人GWO-ANN模型进行训练和预测。实验结果显示,GWO-ANN模型在测试集上最大相对误差较小,表明GWO-ANN模型能够有效地监测出砂量,具有较高的准确性和可靠性。
摘要:为探究埋地纯氢管道在多因素影响下的气体泄漏扩散规律及预测技术,该文采用多维度数值分析及SSA-GA-BP神经网络,重点分析泄漏孔径、位置、埋深及土壤渗透特性对氢气扩散的影响。结果显示,氢气扩散速度与泄漏孔径正相关,与管道埋深和土壤阻力系数负相关;泄漏点位置显著影响扩散行为,扩散速率表现为上方 右上方 > 水平方向 > 下方, 45° 右上方泄漏时垂直向上速率明显大于水平方向。不同土壤下扩散速率为纯砂土 > 纯壤土 > 纯黏土,小孔径与黏土组合会导致高压积聚和氢气缓释。基于SSA-GA-BP神经网络的扩散浓度预测误差低于 1.2% 。研究表明:土壤渗透特性对埋地纯氢管道泄漏扩散的影响最显著,低渗透性土壤可降低泄漏孔径和理深的影响;浅理深 + 黏土 + 小孔径是高地表浓度风险工况。该神经网络模型精度优异,可为工程氢气泄漏浓度和达到爆炸下限时间预测提供理论指导。
摘要:滑动轴承是内燃机的主要摩擦副之一,其钢表面复合材料的摩擦性能较差会缩短滑动轴承的使用寿命。而纤维材质作为一种高强度、轻质量、耐磨性的材料,具有较高的硬度和良好的抗磨损性能,能够抵抗因长期滑动接触而产生的磨损。故提出纤维材质对内燃机滑动轴承钢表面复合材料摩擦性能的影响研究。设置剑麻纤维、聚酯纤维、碳纤维与超高分子量聚乙烯作为试验材料,制备纯超高分子量聚乙烯UHMWPE、剑麻纤维/超高分子量聚乙烯复合材料(SF/UHMWPE)、聚酯纤维/超高分子量聚乙烯复合材料(PETF/UHMWPE)与碳纤维/超高分子量聚乙烯复合材料(CF/UHMWPE),通过往复摩擦试验机、SEM、激光扫描共聚焦显微镜与邵氏硬度计获取摩擦性能相关数据。分析试验结果可知:相较于纯UHMWPE来看,三种纤维复合材料的邵氏硬度增大,摩擦系数降低,磨损程度减轻,平均磨损深度减小。其中,碳纤维的加入对复合材料摩擦性能的增强效果更加显著,摩擦系数在相同条件下降低了0.09,磨损深度增加最小。
摘要:环境雌激素(EEs)在畜禽和水产养殖业中存在被非法滥用的现象,对环境和生物样品中EEs 的定量检测是实现其应用监管的基础。由于环境和生物样品中EEs的残留量常为痕量或超痕量,并且共存组分复杂,因此以富集目标化合物和净化基质为目标的样品前处理方法就显得尤为重要。基于苯并噻吩(BT)的极性共轭芳环可能对 EEs产生良好的吸引作用,以其作为聚合单体与对二氯苄(DCX)合成超交联聚合物BT-DCX,建立该聚合物作为吸附剂的固相萃取(SPE)、高效液相色谱(HPLC)分离和紫外(UV)检测的EEs测定方法。BT-DCX对甲醇溶液中三种EEs(17β-E2、EE2和DES)的饱和吸附容量分别为 5.34mg/g.2.17mg/g 和 3.11mg/g ;在最佳萃取条件下,对 50mL 0.08mg/L17β -E2、EE2和DES的萃取回收率分别为 87.6%.96.2% 和 92.2% 。10次重复使用,EEs回收率没有明显变化,表现出良好的重复使用性能。建立的SPE-HPLC-UV分析方法的线性范围为 2.0?1000.0μg/L ,检出限在0.4~0.7μg/L 之间,日内和日间相对标准偏差在 6.1% 以下。方法成功用于湖水、鱼肉、鸡粪等复杂基体样品中EEs的检测,样品加标回收率在 74%-114% 之间。方法灵敏、稳定,样品测定结果令人满意。
摘要:光解速率( J 值)是基于观测模型(OBM)开展臭氧光化学过程模拟的关键输人,其计算方法在不同天气情况的适用性直接影响 J 值和臭氧模拟结果。针对太阳天顶角法、Hybrid法和TUV法在不同天气情况下性能差异缺乏系统评估的问题,该文基于北方某监测点具有代表性的连续多天实测数据,评估三种 J 值模拟计算方法在不同天气情况下的适用性,并在F0AM框架下对不同方法驱动的臭氧模拟结果进行对比分析。 J 值模拟计算结果表明:雨天情况下,相比其他两种方法TUV法的 J 值模拟精度可提高约 70% ,而在晴天条件下太阳天顶角法与TUV法模拟效果接近,二者皆可使用。臭氧模拟结果显示,在降雨且风场稳定(静风)条件下,TUV方法表现最优,其拟合指数(IOA)提升超过 60% ,晴天和多云情况下,推荐优先使用太阳天顶角方法;若存在污染输入,采用OBM进行臭氧模拟时,不能只考虑臭氧光解速率计算方法,还需要综合考虑实际的风速、风向等问题。研究表明,不同天气状况下光解速率计算方法对 J 值和臭氧模拟确实存在方法适用性问题,因此,进行 J 值和臭氧模拟时应针对不同天气状况应选择适合的光解速率计算方法。
摘要:正在研制的 14.5m 光学红外望远镜的驱动系统采用永磁同步电机(permanent magnet synchronousmachine,PMSM),其传感器会发生反馈信号延时的情况。为了解决上述问题,该文提出一种预测PI(proportion integral)控制器延时补偿的方法,补偿传感器在读数、传输时的延迟。预测PI控制器通过当前和历史的观察数据来估算未来的控制命令,从而改善反馈信号出现延时望远镜驱动系统的性能。该方法与已建成的Subaru望远镜方位轴控制系统进行对比实验,在 3ms 延时情况下,该方法相较于Subaru方位轴控制系统,稳态时间减少 2.844s ,且稳态误差为0;在5ms 延时情况下,该方法稳态时间为 0.049s ,而Subaru方位轴控制系统不再稳定。在不同延时情况下验证了提出的方法具有更优越的控制性能,能够在超低速下保证电机稳定运行。
摘要:超超临界电站锅炉、大型石化装置、燃气轮机等重大装备服役过程中,材料蠕变、疲劳等时效积累型损伤的测量评估是其安全性评价与寿命预测的关键。现有采用取样后实验室金相观察的手段,存在破坏结构完整性、送检周期长等突出问题。原子力显微镜是可以实现材料微纳尺度三维形貌成像的测量技术,但以往仪器主要为实验室台式仪器。文章提出研制可在工业现场实现材料组织结构原位微纳成像的原子力显微镜,分析原子力音叉探针检测机理和探针特性,设计适用于现场原位检测的整机结构,并开展实际成像能力的验证。在标准样品和管道样件上的测试结果表明,单次测量最大范围 100μm×100μm 、图像分辨率 0.1nm 、缺陷分辨力 10nm 。该研究对于快速精准检测重大装备服役产生的微损伤缺陷,积累损伤演化的多尺度时变特征数据,保障装备稳定运行和指导材料改进具有重要价值。
摘要:长期稳定、准确地监测温度变化,是深空探测等航天计划有效实施的关键之一。针对利用电阻热噪声信号方法进行温度测量的过程中,干扰噪声影响测量精度的问题,提出一种使用数字相关器消除干扰噪声的方法,即互相关方法。通过设计两路完全对称的信号处理通道,使得两通道的输出端信号为同一输入信号与各自通道产生的干扰信号的叠加;利用信号采集卡同步采集输出信号并将其转换为数字信号;通过数字相关器程序实现两信号的互相关计算,从而有效降低主要干扰噪声的影响。室温下实验结果表明:与高精度热电偶测温结果相比,该互相关测试方法的相对误差为 0.51% ;与常规热噪声测温方法相比,该互相关法的测温精度提高至少1倍。
摘要:针对现有永磁同步电机霍尔位置传感器和转子表面磁感应强度的状态检测方法单一,响应速度不高及企业评估标准不完善的问题。为此,开发一套基于LabVIEW平台的磁场性能测试设备,基于功能模块化设计理念,引入高精度伺服电机控制、数据采集和数据处理三大模块,采用小波包变换与等角度阶次分析法作为核心算法对磁场信号进行分析。实验结果表明,传感器外圈磁感应强度波动主要在16阶,转子磁感应强度波动主要在4阶,其他阶次波动不明显,各项性能指标符合标准。引入测量系统分析,结果表明:所有指标的量具 % GRR数值均低于 30% ,证明系统具备良好的可靠性和重复性。
摘要:粘度作为流体内部特性的关键物理量,在石油、化工、机械及核电等领域具有重要的技术应用价值。尤其在核电领域,核反应堆的冷却剂通常是水或其他液体,其粘度会受到温度和压力的影响。粘度计用于实时监测冷却剂的粘度,确保其在有效范围内,从而保持反应堆的有效冷却。该文基于振动测粘法开发一种四自由度扭转振动粘度测量系统,并对其结构优化和参数控制进行研究。通过机械阻抗法从理论上分析系统动态响应与液体粘度的关系,建立一套完善的理论模型,得到四自由度系统参数方程的解析解。该模型不仅可为粘度测量技术提供新的方法,而且在在线监测设备的设计与实际应用中展现出广泛的应用前景。
摘要:机组间的尾流干扰使下游机组在远低于设计工况的风速下运行。针对风电机组提效的目标,该文提出一种基于偏航尾流模型的机组控制方法以实现准确高效的尾流调控,从而提高整场输出功率。该方法考虑偏航调整过程中风电机组尾流偏转对各机位功率特性的影响,求解不同风况下多台机组能效最优时的偏航角度,并利用河北某陆上风电场SCADA数据进行验证。结果表明:该偏航协同控制方法可有效提高机组的输出功率。与目标机组特定风向上的调控前SCADA数据进行对比,调控后的机组理论能效提升 23.3% 。该偏航调控方法选用准确度较高的三维偏航尾流模型,并通过求解目标函数的方法计算出最佳偏航角度,可为风电机组快速准确偏航调控提供重要参考。
摘要:航空发动机涡轮叶片(aero-engine turbine blades,ATB)表面缺陷直接关系发动机运行安全、服役寿命。传统人工检测方法存在准确性不稳定、效率低、劳动强度大等问题。该文提出一种结合 SH(switchable atrous convolution+ high-level screning-feature fusionpyramid networks)与YOLOv8的ATB表面缺陷检测识别方法。在骨干网络中引人SAConv以增强多尺度特征提取能力;在颈部网络中嵌入HS-FPN以提升特征融合与缺陷表征能力。基于自建涡轮叶片内窥图像数据集开展实验,结果显示改进后 SH+YOLOv8 模型在F1-score、 mAP@0.5 上分别达到0.93、0.948,其中 mAP@0.5 相较原始YOLOv8提升 0.64% ,能满足工程应用精度需求。研究表明该方法在复杂工况下具备良好适应性、鲁棒性,对航空发动机关键部件智能检测具有参考价值。
摘要:接地网作为电气设备的泄流通道,其正常运行对于保障电力网络的安全至关重要。由于接地网常年埋于地下,容易受到土壤腐蚀及各种杂散电流或短路电流的侵蚀,导致腐蚀或断点等缺陷,给电力系统及人身安全带来巨大隐患。该文提出一种基于瞬变电磁成像技术的接地网腐蚀缺陷检测方法,通过对激励线圈发射脉冲电流,并检测接地网感应信号,进而反演接地网内部的视电阻率。结合扫描成像结果,可以快速诊断接地网中可能存在的断点故障。基于COMSOLMultiphysics计算的正演接地网瞬变响应信号,对比无缺陷和有缺陷的视电阻率成像结果,证明所提方法的有效性和可行性。
摘要:为解决磁控溅射镀膜电源常使用的传统双环PI控制存在抗扰能力差、响应速度慢等问题,文中提出一种基于扩张状态观测器的模糊PI-超螺旋滑模混合控制算法。针对不同工艺要求,外环设计为可切换的模糊 PI控制器,实现输出电压、电流、功率控制。为抑制输入电容较小时带来的交错并联 Buck电路输入电压扰动问题,内环设计为基于扩张状态观测器的超螺旋滑模控制,实现对扰动部分的抑制。数字仿真及样机实验结果表明,相较于传统双环PI控制,文中所提出的控制方法在仿真中响应速度提高 23.1% ,对于输入电压扰动抑制能力提高 74.6% ,在样机实验中响应速度提高 49.0% ,输入电压扰动抑制能力提高 50.0% ,说明该方法具有更优的响应速度与抗扰能力。关键词:磁控溅射镀膜电源;扩张状态观测器;模糊PI控制;超螺旋滑模控制
摘要:空冷电池热管理系统(BTMS)因其成本低廉和高稳定性,广泛应用于经济型电动汽车。然而,这些系统存在温升大、电池组内温差大和能耗高等缺点,需要进行优化。该文首先通过内阻测试实验和温升实验测试某18650动力电池的热特性,并基于实验数据建立发热模型。然后,通过计算流体力学仿真对J型电池包的空冷BTMS进行优化。优化后的系统采用基于两个阀门开关时间和频率的动态控制策略,以增强散热性能并改善电池组的热管理。研究结果表明,优化后的BTMS和切换控制策略散热性能改善显著。在最大放电倍率下,动态切换控制策略使BTMS的最高温度下降3.42K,最高温差下降6.44K,风机功耗减少 15.23W 。该系统可为在不同放电倍率下电动汽车的有效热管理提供一定的参考。
摘要:为攻克电机系统故障特征提取困难及小样本数据难以满足模型训练需求的难题,研究一种高效精准的电机故障诊断方法。提出融合参数优化对称点模式(SDP)与语义分割模型U-net的诊断方案,先利用SDP分析电机三相振动信号,将故障特征转化为SDP图像,经对称性反色操作增强特征信号,再对生成图像进行数据泛化扩充,输入U-net网络上下采样处理,最后通过多层感知机完成故障分类。在 0HP,1HP 和 2HP 三种负载工况下,对正常电机、断条电机、单相断路电机和转子错位电机进行测试,改进后的U-net模型故障诊断准确率超 98% 。实验表明,该方法有效解决电机故障诊断中的特征提取与小样本难题,在多种故障场景中展现出优异性能与可靠的诊断能力。
摘要:准确的光伏发电功率预测能够有效帮助电力调度部门做好电力系统的调度计划。针对单一预测模型适应性差、精度不足等问题,该文提出一种高斯混合聚类(GMM)和ICEEMDAN-IBWO-BiLSTM结合的短期光伏功率预测模型。首先,通过皮尔逊相关性分析筛选输入特征,并利用GMM对历史光伏功率数据进行划分,选出待测日的相似日;其次,利用改进的自适应噪声完备集合经验模态分解(ICEEMDAN)对光伏功率的历史数据进行分解,并用排列熵对模态分量进行重构;然后,利用IBWO-BiLSTM模型对重构后的子序列进行预测,并将子序列预测结果叠加得到光伏功率预测值;最后,以某光伏电站的真实数据为例对模型进行验证。结果表明:在晴天、多云和阴雨天气下,相比其他对比模型,所提模型的RMSE平均降低了 56.30% 、 45.40% 和 37.95% ,MAE平均降低了 57.52% 、 45.62% 和 31.99% R2 平均提高了 1.55% 4.72% 和 5.64% ,AIC平均降低了 36.39% 、 21.42% 和 22.89% ,验证了该模型的有效性与优越性。