西安石油大学：《机械设计基础》课程教学资源（各章练习）第18章 弹簧 18.3 考点及常见题型精解

小间距顶管过程中，由于管?管相互作用的影响，使得管周土压力分布与单管顶进土压力分布模式产生差异，从而造成小间距顶管荷载确定、结构计算及顶力估算与控制等设计施工难题。结合数值模拟反分析，基于太沙基土压力理论和极限平衡理论，假设了土体松动线和上部既有顶管的支挡作用线，进一步构建了小间距平行顶管管道拱顶垂直土压力的计算方法。基于构建的土压力计算方法，分析了土体抗剪强度、管径、管间距等对新建顶管拱顶土压力的影响，并与不考虑既有顶管影响的土柱理论和太沙基理论计算值进行了对比。计算结果表明：土体抗剪强度越大，新建顶管拱顶垂直土压力越大，而其侧面的土压力越小；抗剪强度较大时，新构建方法计算拱顶土压力小于太沙基理论计算结果，抗剪强度较小时，新构建方法计算拱顶土压力大于太沙基理论计算结果；顶管埋深增加时，新建顶管拱顶土压力增加，相较于土柱理论和太沙基理论，新构建方法计算的新建顶管拱顶土压力增量最小；随着管间距增加，新建顶管拱顶土压力越来越大

针对平整轧制过程不同用途带钢对表面微观形貌的特殊要求，在批量跟踪电火花毛化轧辊、磨削轧辊和冷轧后带钢表面微观形貌的基础上，建立工作辊与带钢都可考虑真实表面粗糙峰的带钢表面微观形貌轧制转印生成模型，采用工业实验验证了仿真模型的准确性，并据此模型分析轧制前带钢已经具有表面粗糙度分别大于、等于、小于轧辊表面粗糙度时，带钢表面微观形貌的轧制转印行为与遗传演变规律。提出了负转印和转印饱和的概念，定义了两种极限轧制转印状态的描述指标— —负转印最大和转印饱和，研究发现当带钢表面粗糙度小于或等于轧辊表面粗糙度时，存在负转印最大点和转印饱和点；当带钢表面粗糙度大于轧辊表面粗糙度时，负转印最大点和转印饱和点重合。在此基础上，采用负转印最大点与转印饱和点对应的临界板宽轧制力，描述带钢表面微观形貌的遗传及演变规律，并系统仿真分析带钢屈服强度、带钢轧前表面粗糙度、轧辊表面粗糙度等工艺条件参数对于负转印最大点与转印饱和点对应的临界单位板宽轧制力的影响规律，发现随着带钢屈服强度增大和轧辊表面粗糙度增加，该临界单位板宽轧制力均增大；随着带钢表面粗糙度增大，负转印最大点对应的临界单位板宽轧制力增大，但转印饱和点对应的临界单位板宽轧制力却减小

针对裂隙性储层水力压裂行为中出现的围岩维护、增透效率与地下水害防治等实际问题，本文对多场多相耦合作用下起裂压力控制机制，以及压裂性评价展开了深入研究。首先分析了射孔集中力对原始应力场的改造作用；其次，考虑压裂液在储层原生裂隙中的渗透作用；最后，基于断裂力学强度准则建立了水平井起裂压力计算模型。根据模型分析了储层裂隙场几何参数对起裂压力的控制作用，提出了裂隙场特征参数的概念。研究结果表明，水平井水力压裂是流固多相在射孔应力场、压裂液渗流场以及储层裂隙场耦合空间内相互作用过程，裂隙场特征参数对起裂压力的大小起着主导控制作用，其中最大控制因素为储层隙宽，且当储层隙宽在200～700 μm区间内时，水力压裂对改善其渗透性能才有实际意义，从而解决了裂隙性储层起裂压力的定量化与压裂性评判问题。经实例计算与对比发现，苏里格气田东区H8段的砂岩储层，起裂压力的理论值与实测值契合度较高，压裂后的产能也十分理想，从而验证了模型的正确性，可以为水平井压裂施工提供理论依据

岩石结构面的定量化描述对于理解结构面的力学性质至关重要,投影覆盖分形描述法是结构面定量化表征的主要方法之一.然而,投影覆盖法计算结构面分形维数时存在三角形单元划分的缺陷.从概率分析角度考虑,将随机数应用于三角形单元的划分中,提出了基于随机数估算结构面分维数的投影覆盖法.应用改进投影覆盖法计算了红砂岩结构面的分维数,获得了120个分维值,并将其作为一个分维数样本;然后分析了此样本的分布特征,并将样本均值作为结构面分维数的精准值.实例分析证明,采用改进投影覆盖法所获分维数样本是来自正太分布总体;投影覆盖法计算的分维数几乎是改进投影覆盖法所获结果的极限值;基于随机数进行三角形单元划分更符合实际结构面形貌特征,从而计算的分维数更精准

南华北盆地中牟区块页岩气是海陆过渡相页岩气的典型代表，以地质模型为基础，结合理论分析和数值模拟手段，研究了不同储层参数对水平井开采页岩气的采收率、日产气量以及累计产气量的影响规律，通过正交设计与多指标分析方法确定了影响页岩气产能的主控因素，考虑各主控因素与页岩气产能的关系，建立了水平井压裂条件下的累计产气量和页岩气采收率方程。针对目标压裂层段，对比分析了不同压裂参数条件下的页岩气产能变化，指出水平井段长度和动用程度是决定产能大小的主要参数。在一定的压裂级数条件下，裂缝长度的增加可以有效沟通裂缝，从而提高产能。以净现值大于0和收益率达到8%～12%作为经济评价指标，优选了3类海陆过渡相页岩气压裂参数

提出了一种联合多种边缘检测算子的无参考质量评价算法，同时考虑一阶和二阶边缘算子，避免了单一算子的局限性.该方法首先将彩色图像转换为灰度图像，然后计算灰度图像的梯度，相对梯度以及LOG特征.本文所使用的特征分为两部分，一部分提取相对梯度方向的标准差，另一部分利用条件熵来量化不同特征之间的相似性和相互关系，并且考虑到人眼特性进行多尺度计算，最后使用自适应增强（AdaBoost）神经网络进行训练和预测.在公共数据库LIVE和TID2008上进行实验，结果表明新方法对失真图像的预测评分与主观评分有较高的一致性，能很好地反映图像质量的视觉感知效果，仅使用10维特征，性能优于现有的主流无参考质量评价算法

在冷连轧无取向硅钢薄带过程中，为了实现锥形工作辊窜动自动控制边降，需要合理的确定功效系数与策略。这种系数的获得，不只需要研究本道次的轧辊弹性变形、薄带横向流动、机架间变形对窜辊效率的影响，更重要的是需研究上游机架窜辊对下游机架的影响。这就需要高效的仿真模型来完成以上计算。基于边降区域的金属横向流动理论，建立了将横向流动视为纯剪切增量的数值模型，避免了沿带宽方向建立刚度矩阵，从而提高了计算效率。同时考虑了薄带在机架间发生的轧后屈服流动，由于锥形工作辊窜动，打破了带钢断面的等比例遗传关系，使得轧后带钢在边部区域需要缩宽并减薄来补偿边部延伸率差。所建立的数值模型通过工业现场实验验证，相比于原有模型具有更高的精度。完成了两个机架连续计算，研究了上游机架窜辊对下游机架出口边降的影响。研究发现，第一机架的边降控制范围最宽，第二、三机架控制范围逐渐变窄。根据该规律设计了根据三点边降偏差的配合调控策略，相比单点策略在工业应用中取得了更好效果

订单接受与不相关并行机调度是订单接受与订单调度的联合决策, 广泛存在于面向定制的多品种混合生产环境中. 针对这一问题, 考虑了顺序与机器依赖的安装时间以及可加工机器限制, 并以最小化总成本为优化目标. 其中, 总成本由被接受订单的总拖期成本和被拒绝订单的总拒绝成本构成. 通过分析订单拒绝对目标的影响, 提出了列表拒绝方法和订单拒绝规则, 进而设计了协同进化遗传算法. 算法将染色体编码分解为订单列表和订单指派两个个体, 提出了基于列表拒绝方法的解码方案来进行订单拒绝决策. 由于两个个体相互独立, 且二者的进化约束不同, 因而引入协同进化策略, 并根据个体的编码特征, 分别采用单亲遗传算子和传统遗传算子进行遗传操作. 数据实验验证了算法的有效性和求解效率, 并对问题规模和订单拒绝成本对算法性能的影响进行了分析

研究了不同喷淋距离下连铸小方坯二冷喷嘴的水量分布，建立了凝固传热模型分析了82B钢连铸坯的热行为。该模型特别考虑了二冷区铸坯表面宽度方向的水流密度分布，并根据铸坯表面测温结果进行了模型校正。采用凝固传热模型研究了喷嘴喷淋距离对连铸二冷均匀性的影响。结果表明：喷嘴喷淋距离的增加有助于提高二冷水横向分布的均匀性，导致铸坯表面温度横向均匀性降低、纵向均匀性提高。这些效果有助于改善铸坯内部裂纹，但是会对角部裂纹产生不利影响。在二冷区前段喷嘴采用低喷淋距离，二冷区末段采用高喷淋距离，既可以提高铸坯角部温度，又能降低表面最大回温速率，有助于同时改善连铸坯角部和内部裂纹。在此基础上，提出了一种连铸小方坯二冷喷嘴布置方式，即二冷区每段喷嘴喷淋距离沿拉坯方向逐渐增加，该方法有助于提高连铸坯“纵?横”冷却均匀性