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重磅!河南交院一重大科研成果被认定为“国际领先”

发布时间:2022-08-07 16:41:40 来源:乐动体育官方 作者:乐动app下载

  3月2日上午,光明日报、中国新闻社、河南广播电视台、大河报、郑州电视台等十余家国内主流媒体记者团走进河南交院工程技术集团,进行参观采访。

  吸引记者们前来参观采访的是公司这项重大科研成果——超大力值多功能力学试验机。2月26日,“超大力值多功能力学试验系统关键技术研究与装备研发”科技成果评价会在公司召开,经专家评审,认定项目技术复杂、研制难度大、创新性强,整体达到国际先进水平,其中单作动器超大力值大位移精准加载控制技术达到国际领先水平。

  2月26日,“超大力值多功能力学试验系统关键技术研究与装备研发”科技成果评价会会议现场。

  来到交院技术集团,记者们参观了公司玄武岩纤维科技展厅、桥梁下部结构足尺缺陷综合试验基地、全耐候钢结构足尺实验场,近距离观摩了力学试验机。看到这些交通领域的高科技、大设备,记者们充满了好奇,问题不断。通过参观了解,记者们对交通领域试验检测的工作有了更深的了解,后续记者们将撰写新闻报道,以飨读者。(点击文末可查看相关深度报道)

  绿色高性能材料应用技术交通运输行业研发中心主任邵景干向记者们介绍交院技术集团

  十余家主流媒体记者参观公司玄武岩纤维科技展厅、桥梁下部结构足尺缺陷综合试验基地、全耐候钢结构足尺实验场,近距离观摩力学试验机

  超大力值多功能试验系统是由大型桥梁支座压剪试验机、结构抗压试验机和弯曲试验机集成一体的力学试验系统。

  超大力值多功能力学试验系统有两大特征。一是力值大,该系统校准试验力值达到60MN(相当于6000吨力值),额定试验力值为65MN,最大力值达72MN,大于60MN的力值为超大力值,因此本系统为超大力值试验系统。二是多功能,该系统的功能除一般的压剪试验机具有的竖向承载力(压缩)、摩擦系数(双剪)、转动性能(转角)检测功能外,还有动剪试验机具有的水平承载能力(单剪)以及柱式构件抗压性能、梁式构件弯曲性能、节点试验等功能,同时还可以用于建筑结构力学验证试验,因而本系统为多功能试验系统。

  经科学技术部西南信息中心查新中心查新,该系统采用的单缸大直径作动器为目前国内外最大的试验机用作动器。因而称为多功能,通过调研和查新,国内外也没有发现功能如此之多试验机的文献记录。

  压剪试验机是检测产品或构件竖向力学性能和承受恒定竖向力时发生剪切变形的水平力学性能和转角性能的试验机。压剪试验机不同于普通的力学试验机,它是在多种受力情况下检测构件性能的功能试验机。比如我们常见的万能试验机,都是轴心受压或受拉,而支座在受压的同时,还受到水平力的作用以及在垂直面内的转动,因此支座的大部分性能都不能在普通的材料力学试验机上进行,必须采用专门的用于支座检测的压剪试验机方能检测。

  压剪试验机有双剪试验机和单剪试验机两种。早期的压剪试验机因受到资金和技术限制多为双剪试验机,该试验机在进行支座剪试试验时,需用两个规格相同的支座同时进行检测,且只能检测支座单一方向的剪切试验(我们知道,支座的变形实际上是双向的)。而单剪试验机可以在对支座施加竖向力的同时,让支座在水平方向进行往复试验,因此单剪试验机主要用于减隔震支座和消能器的性能试验。由于单剪改变了主机架的受力情况,也使得单剪试验机要比双剪试验机复杂的多,造价也要高许多。

  桥梁支座是连接桥梁上部结构和下部结构的关键传力构件,其质量的好坏直接影响着桥梁的运营安全与运营寿命。随着交通运输事业的快速发展,大跨径桥梁越来越多,桥梁支座的承受荷载也越来越大。目前我国用于支座检测的压剪试验机多为20MN(相当于2000吨力值)以下的设备,20MN以上的压剪试验机却寥寥无几, 50MN以上的压剪试验机更是屈指可数,且这些试验机的作动器均为多液压缸结构。根据规范要求,20MN的试验机仅能检测设计承载力在12MN以下的盆式支座或球型支座,而现在的大型桥梁支座的设计承载力多在35MN~40MN之间,试验力达60MN~72MN之间,不能进行足尺试验,通常采用缩尺等效法进行检验,但这种非直接试验会给桥梁安全带来不确定性。因此研发超大力值压剪试验机意义重大。

  本项目于2019年由河南省交通运输厅立项,汇聚多专业技术力量组成研发团队,投入一千多万元研发经费进行研发。项目组行程1万多公里,足迹遍布北京、上海、吉林、河北、山东、河南、陕西、湖北、江苏、广东等地,调研了20多家生产企业、研究院所、高等院校、检测机构,就加载方式拟定了单作动器、双作动器、4作动器、5作动器等4种比对方案,举办了20多次论证会和研讨会,最终确定采用大液压缸径单作动器加载方案。

  研发团队对结构优化、建模分析、加工工艺、液压系统、控制系统、设备安装等都进行了充分的分析和研究,并提出了许多新的设计理念和发明创造,形成了一系列的研究成果:研制出了超大力值试验系统;发表SCI/EI收录等核心论文10余篇;申请专利50余项,形成了压剪机专利族。本项目经第三方科技成果评价机构评价为整体达到国际先进水平,其中单作动器超大力值大位移精准加载控制技术达到国际领先水平。

  (1)研发了单作动器力值最大(65MN)、缸径最大(D:1750mm)、空间最大(竖向空间1300mm,活塞行程1200mm)、功能最多(拉、压、单剪、双剪、转动、弯曲等)的试验机。经国内外查新,未发现以上内容的文献记录。

  (2)创新开发了多维柔性复变受力状态下主机多向反力框架的刚度及模态分析技术,探明了主体结构变形规律,优化了拓朴结构,通过采取精准变形补偿措施,解决了剪切试验状态下结构受力不均匀的难题,保障了高精度运行的稳定性,提高了设备的安全性和耐久性。

  (3)在制造工艺方面,一是首次在大直径活塞杆上采用了激光熔覆技术。激光熔覆技术是一种利用高能激光和冶金粉末材料对各类零件进行合金强化处理的新兴技术,它替代传统的电镀工艺,采用合成的不锈钢粉末,通过激光熔覆工艺,在活塞杆基体材料上熔覆一层不锈钢复合层,从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀等性能,在经过外圆磨削和抛光,活塞杆的表面粗糙度Ra0.4,公差精度f8级。液压缸活塞杆表面不锈钢粉末熔覆层有效厚度为0.5mm,硬度大于HRC53,耐腐蚀性能大于中性盐雾试验2000小时,比传统电镀的耐用性和可靠性有了很大提高。二是首次将铸造技术应用于超大力值试验机的底座、横梁、压板等关键大型受力件,以代替传统的焊接件或钢筋混凝土结构,达到构件尺寸小、节省钢材料、废钢利用、绿色低碳环保。

  (4)开发了大型特制螺纹立柱紧固锁紧装置,应用微接触理论,结合超声波的弹性波特性,从理论及有限元分析两方面研究获得了超声波在螺纹连接件中传播时透射波的能量与螺柱轴向力的变化规律,形成的技术研发成果,可实现对装备连接结构中紧固锁紧下底座与上横梁的大型特制螺柱与螺母的连接状态监测。

  (1)实体设备:研发成功了超大力值试验机一套,系统额定压力为28MPa,工作试验力可达65MN,当工作压力为25MPa时,工作试验力为60 MN,系统最大压力31Mpa时,工作性能力可达72MN。

  2月26日下午,“超大力值多功能力学试验系统关键技术研究与装备研发”科技成果评价会在河南交院工程技术集团有限公司召开。由中国工程院院士、浙江大学教授杨华勇任组长,长征十一号运载火箭总设计师、清华大学首席科学家、研究员彭昆雅,河南省交通运输厅二级巡视员、教授级高级工程师李强为副组长的专家团队,对河南交院工程技术集团有限公司立项建设的科技成果进行了评价。

  该项目在四个方面取得了突破,一是研制了超大力值压、拉、双剪、单剪、转动力矩、拟静力、60MN及20MN单双剪等多功能于一体的试验装备;二是揭示了主体结构变形规律,建立了多维柔性复变受力状态下主机多向反力框架的刚度及模态分析模型;三是发明了超大力值、大位移精准加载控制技术,突破了单作动器超大力值、大位移加载技术瓶颈,克服了多作动器协同控制难题;四是发明了大型专用螺纹多立柱紧固锁紧装置,研发了基于超声波的螺纹预应力检测技术,实现了紧固锁紧连接状态监测。

  专家团队认定:该项目技术复杂、研制难度大、创新性强,整体达到国际先进水平,其中单作动器超大力值大位移精准加载控制技术达到国际领先水平。

  (1)对于动态压剪试验,受到电气负荷的限制影响,动态试验频率有待提高,在后续条件许可的情况下,研发提高动态剪切试验频率,扩展试验机的检测范围。

  (2)继续进行超大力值传感器的研发工作,克服量值传递的关键技术难题,力争研制出100MN以上标准器或测力传感器。

  (3)对设备结构进一步优化,采用自行研制的100MN以上传感器,研发出更高可靠性、更高精度、更大力值、世界领先的100MN以上的试验机,成为国之重器。

  (4)继续深化研究,加强推广应用,加快项目成果转化效率和规模;申报河南省科学技术进步一等奖或河南省技术发明一等奖。

  (1)将研究成果应用于新产品的制造,目前已开始研发力值在70MN以上的单作动器试验机,并在为100MN试验机单作动器进行技术储备。

  (2)通过该项目成果转化,3年内将形成10000kN~100000kN减隔震装置检测设备产业化示范基地,实现产值3亿元,利税3000万元,并为我国检测行业提供30多套检测设备,3年内新增检测费1.5亿元,满足国内减隔震支座10%以上市场需求,为我国大型桥梁支座及减隔震技术发展提供强有力的支撑。

  (3)通过河南交院工程技术集团有限公司对社会进行检测服务,年产值1000万元以上。

  (4)利用河南交通职业技术学院及河南交院工程技术集团有限公司科研平台多的优势,利用该设备进行科研工作,同时为省内外高校、科研机构提供大力值检测服务。

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