成果与项目的背景及主要用途：统计资料表明，80-90%焊接结构断裂事故 是由疲劳失效引起的，由于焊接接头的焊趾处的应力集中和残余拉伸应力作用， 焊接接头疲劳强度大幅度地低于基本金属的疲劳强度。虽然结构按疲劳规范设 计，仍然发生一些整体结构的过早疲劳失效，造成巨大的经济损失，甚至是人 身伤亡事故。由于焊接接头焊趾是疲劳裂纹引发部位，如果对该部位实施适当 的处理，使残余拉伸应力转变为压缩应力和减少应力集中，这将有利于延缓疲 劳裂纹的产生，具有巨大的社会效益和经济效益。本项目是在国家自然科学基 金的支持下完成的，从超声波冲击、相变应力应用、等离子喷涂等三方面提出 了三种改善焊接结构疲劳性能的新技术，研制发明了相应的装置、焊接材料和 喷涂技术。这些方法可以方便地应用到桥梁、采油平台、船舶、飞机、机车车 辆、压力容器及管道等工况、野外施工和高空现场作业的场合，其应用前景是 十分乐观。 技术原理与工艺流程简介：天津大学科技成果选编 1）超声冲击方法改善焊接结构疲劳性能的基本工作原理为：通过超声波发 生器将电网上的工频交流电转换成超声频的交流电，用以激励声学系统的换能器。 换能器将电能转换成同样频率的机械振动，在机架所提供的一定压力作用下，将 该超声频的机械振动传递给工件上的焊缝，使以焊趾为中心的一定区域内焊接接 头表面产生足够厚度的塑性变形层，从而达到改善接头几何外形，降低应力集中 程度、调节其应力场沿厚度方向的分布状况，最终达到改善焊接接头疲劳强度的 目的。 2）相变应力应用改善焊接结构疲劳性能的基本工作原理：利用开发的相变 应力焊接材料使焊缝金属冷却中产生的相变应力，抵消焊接残余拉伸应力并获得 压缩应力，最终达到改善焊接接头疲劳强度的目的。 3）等离子喷涂改善焊接结构疲劳性能的基本工作原理：利用等离子在焊趾 部位喷上结合性能良好的涂层材料来改善接头的应力集中状态，最终达到改善焊 接接头疲劳强度的目的。 技术水平及专利与获奖情况：整体研究达国际先进水平；已获国家发明专利 3 项，在申请国家发明专利 5 项；2004 年度天津市自然科学一等奖，2002 年获 教育部发明二等奖。 应用前景分析及效益预测：接头焊趾及焊跟部位是焊接结构承受疲劳载荷的 薄弱环节，改善焊趾和焊根部位的疲劳性能将提高整个结构的疲劳性能。使用超 声波冲击、相变应力及等离子喷涂等这些新技术可以大幅度地改善焊接结构的疲 劳寿命，显著降低焊接结构破坏事故的发生几率, 进而节约焊接结构的用钢量和 资金，增加焊接结构的安全裕度，防止因焊接结构发生意外疲劳破坏事故给国家 和人民财产的经济损失，因此具有广阔的应用前景及产生巨大社会效益和经济效 益的可能。 应用领域：可以应用到桥梁、采油平台、船舶、飞机、机车车辆、压力容器 及管道、水轮机、火箭发动机、汽车制造等诸多领域。 

本专利公开了一种伺服系统性能试验台，包括模拟惯量载荷加载装置、模拟切削力矩载荷加载装置、转矩传感器和转速传感器，其中模拟惯量载荷加载装置采用多级惯量盘结构，实现模拟惯量载荷分级可调。而模拟切削力矩载荷加载装置采用磁粉制动器，实现模拟切削力矩载荷的连续可调。本专利技术可以同时施加可调机床惯量和切削力矩两种模拟载荷，从而进行模拟机床运行，初步调试伺服系统控制参数，为伺服系统在安装到机床后取得良好的动态性能打下基础。具有测试结果可信度高、结构刚性好和运行稳定可靠的优点。

该旋转式多功能明渠试验系统主要由水箱段、固定明渠段和旋转明渠段构成。水箱段分为两层三箱，下层为储水箱，试验中水流的流量通过水箱中的挡板调节；固定明渠段由梯形截面的明渠出水槽和弧形截面回水渠道组成，并在回水渠道出口安装一个三角量水堰，用于测定水流流量；旋转明渠段由两端支架支撑，固定在旋转轴上，含有四个对称的明渠水槽，水槽之间由弧形水槽固定翼连接，通过调节支架上的升降阀，能够调整明渠的底坡类型。明渠水槽上能够设置多种水工建筑物模型，通过转动旋转明渠段，能够完成不同的明渠试验。利用旋转、组合的方法使得多种明渠试验装置集于一体，每旋转一次旋转明渠段，水箱段、固定明渠段和旋转明渠段都能构成一个整体，形成一种明渠试验装置，完成至少一种明渠试验。装置中回水槽的特殊设计，能够使试验用水循环利用，达到节约试验用水目的

成果描述：本发明公开了一种施工及运营期隧道渗流场模型试验系统及其试验方法，包括渗流模型箱的箱体和数据采集装置，箱体的顶部设有压力表，侧壁底部设有溢流孔，侧壁顶端和底端分别设有模型箱上进水孔和模型箱下进水孔；相对的两侧壁上开有隧道孔；固定钢筋笼的两端固定于隧道孔孔缘内壁上，其外包裹隔土层；法兰盘的外圈螺栓固定于隧道孔孔缘外壁上，内、外钢筋笼分别均通过法兰盘固定于隧道两隧道孔之间；法兰盘的内孔设有盖板；在内外钢筋笼之间螺纹连接施工期隔土板；在内钢筋笼内螺纹固定掌子面挡水板；且二者位于同一垂向截面上。该系统可方便、准确、真实地测试渗流场作用下隧道施工、运营期的渗流场情况。市场前景分析：轨道交通基础设施建设领域。与同类成果相比的优势分析：技术先进，性价比较高。

本发明公开了一种施工及运营期隧道渗流场模型试验系统及其试验方法，包括渗流模型箱的箱体和数据采集装置，箱体的顶部设有压力表，侧壁底部设有溢流孔，侧壁顶端和底端分别设有模型箱上进水孔和模型箱下进水孔；相对的两侧壁上开有隧道孔；固定钢筋笼的两端固定于隧道孔孔缘内壁上，其外包裹隔土层；法兰盘的外圈螺栓固定于隧道孔孔缘外壁上，内、外钢筋笼分别均通过法兰盘固定于隧道两隧道孔之间；法兰盘的内孔设有盖板；在内外钢筋笼之间螺纹连接施工期隔土板；在内钢筋笼内螺纹固定掌子面挡水板；且二者位于同一垂向截面上。该系统可方便、准确、真实地测试渗流场作用下隧道施工、运营期的渗流场情况。

全场景试验将智能变电站二次系统作为检验对象，试验时保持二次系统接线的完整性，采用分散注入的方法在合并器的输入端注入数字化模拟量信号，检验范围包括了合并器、交换机以及试验范围内的线路保护、母线保护、变压器保护、各种安控装置、测控装置、智能控制柜、计量装置、监控系统等相关设备和系统。 本项目研制的全场景试验系统支持对继电保护装置、测控装置、安控装置、故障录波装置等二次设备的单装置试验、复杂保护的配合试验、智能站网络性能测试、保护装置的整组试验、智能站与调度系统的联合试验以及智能变电站间的联合试验。该项试验技术可以有效克服现有试验方法的缺陷，有助于提高试验质量和试验效率。 《智能变电站全场景试验系统》也可用于实验室，完成对大规模二次系统的联合试验。 智能变电站全场景实验系统是基于电网仿真、无线同步与传输和分散注入的一种智能变电站整体性能试验技术，试验系统包括笔记本电脑、变电站仿真平台、无线控制主机、采集器模拟器和开关模拟器。

全场景试验将智能变电站二次系统作为检验对象，试验时保持二次系统接线的完整性，采用分散注入的方法在合并器的输入端注入数字化模拟量信号，检验范围包括了合并器、交换机以及试验范围内的线路保护、母线保护、变压器保护、各种安控装置、测控装置、智能控制柜、计量装置、监控系统等相关设备和系统。

航空飞行器（飞机、导弹、卫星、飞船等）在飞行时将会遭遇冰雹、雨滴、尘埃等粒子的高速撞击。这些粒子严重威胁近地飞行器的安全,尤其是载人飞行器的安全。航空飞行器和这些粒子发生强烈的高速撞击后，将对飞行器产生严重的损伤，对飞行器防护和姿态控制都是严峻的考验。冰雹撞击试验系统是为研究航空与航天飞行器材料抗冰雹撞击性能而开发的环境可靠性试验装置。冰雹撞击试验系统由发射控制系统、上弹系统、空气炮系统、试验靶架系统、气体增压系统、速度测量系统、高速摄影系统、安全护墙等系统组成。该试验系统可用于航空飞行器材料在冰雹类粒子高速撞击环境下的损伤测试、损伤评价、寿命预测及相关技术的分析研究，也可用于地面高速移动物体和小粒子间的撞击破坏评价和试验。如汽车、火车、相关生产环境下人员安全防护等。该系统已用于对新一代飞机和预警机冰雹环境试验，取得突出成绩。应用前景广阔。

本项目现处于产业化阶段。 我们研究并设计了一种新的能量互馈试验平台，试验平台通过能流循环，可大大提高能量利用率，无需损失满功率的能量即可完成大功率的试验，如对机车逆变器系统的满功率试验或者牵引电机的电机特性试验，具有结构简单，控制灵活，调试方便，系统易稳定，能量利用率高，互为被试件，能更有效地对不同控制策略的特性进行比较等优点。 目前，国内外常见的交流传动系统试验平台主要有以下两种： 1）能量消耗型 “能量消耗型”交流传动试验台由变压器向四象限变流器提供单相交流电，四象限变流器输出直流电给逆变器供电，逆变器输出三相交流电供给交流牵引电机。牵引电机输出轴上对接一个直流发电机，其输出端接电阻性负载。这种试验台设备比较简单，调节控制对象比较少，可方便调节直流发电机转矩，实现起来也不是很复杂。但是由直流发电机发出的电能完全被电阻消耗掉，若长期进行大功率试验，电能浪费惊人。另外，如果用于测试电机运行特性，该系统不能模拟机车启动和高速运行试验。 2）能量反馈型 该种试验台的结构如图所示。异步牵引电机输出轴上对接一个“直流发电机－直流电动机－交流同步发电机”构成的能量反馈系统，电能通过变压器返回电网。这种方式将部分能量反馈回电网，大大节约了电能，但使用设备多，在建设试验平台时一次性投资大。另外由于控制对象多，控制方法复杂，难度大，容易出现超调，造成系统振荡。由于试验电机驱动的是直流发电机，转速受到换向器限制，在试验对象为牵引电机时难以试验其高转速区段。 “能量反馈型”交流传动试验台 本项目确定的交流传动互馈试验系统（以下简称“互馈试验台”）的方案如图所示。能量互馈型试验系统（测试电机）图中该试验台由两套“变流机组－电机”联轴背靠背组成，当变流机组I－异步牵引电机Ⅰ工作于电动状态，变流机组Ⅱ－异步牵引电机Ⅱ工作于发电状态时，能量流向如图中实线所示；当变流机组I－异步牵引电机Ⅰ工作于发电状态，变流机组Ⅱ－异步牵引电机Ⅱ工作于电动状态时，能量流向如图中虚线所示。能量互馈型试验系统（测试逆变器）所示试验台主要用于进行逆变器的满功率试验，但是原理和测试电机图完全相同。实际上，测试电机图中的电机也可以作为逆变器的负载，即将逆变器作为测试对象，实现测试逆变器的功能。由于能量通过直流侧在变流器Ⅰ-负载-变流器Ⅱ之间循环流动，即实现能量的互馈，从电网吸收的功率只是变流器以及负载所损耗的能量。在试验过程中，试验平台的损耗大约只占运行功率的20%～30%。因此，四象限整流器的容量可以大大降低，实现用小功率的电源完成大功率变流器或者电机满载试验。  能量互馈型试验系统（测试电机） 能量互馈型试验系统（测试逆变器） 交流传动互馈试验系统具有如下特点： 1）由于采用了能量互馈的方式，能量在两个变流机组内部流动，因此整个系统的能量消耗仅仅是变流器及其负载的损耗，能量利用率得到大大提高。 2）由于1)中所述原因，且能量交换在直流侧进行，因此采用这种方式可以利用小功率等级的供电电源来试验大功率等级的传动机组，而不需要对电源进行扩容改造。 3）由于系统中没有直流电机，因此系统试验的高速度只与被试交流电机的参数有关，而不受直流电机换向器的影响，可以满足机车牵引电机高转速的要求。 4）两套完全相同的变流器－负载组功能和角色可以互换，可以互为被试件，一次安装可以完成两套装置的测试，提高了测试试验的工作效率。 5）采用高性能控制方式对两套变流机组进行联合调节，能模拟实际负载的各种动静态特征和机车的调节特性以及变流器的功率试验，并对各种控制方法进行对比试验。 应用范围： 牵引变流器、牵引电机和牵引控制系统是轨道交通交流传动的三大核心技术，大功率交流传动试验系统可以对以上三大核心技术开展很好的研究，因而具有非常重要的现实意义。 该系统可以满足生产部门和研究开发部门对变流器、电机等部件的各种试验和控制方案的研究。该系统可以完成如下试验： 1）按照机车牵引特性进行不同级位的牵引运行试验； 2）按照机车制动特性要求进行再生制动试验； 3）按照机车恒转矩启动的要求进行机车启动加速试验； 4）逆变器容量足够大时，能完成牵引电机的各种特性试验和有关参数测定； 5）电机容量许可时，能完成逆变器装置的考核运行试验。

成果简介： 全场景试验将智能变电站二次系统作为检验对象，试验时保持二次系统接线的完整性，采用分散注入的方法在合并器的输入端注入数字化模拟量信号，检验范围包括了合并器、交换机以及试验范围内的线路保护、母线保护、变压器保护、各种安控装置、测控装置、智能控制柜、计量装置、监控系统等相关设备和系统。 本项目研制的全场景试验系统支持对继电保护装置、测控装置、安控装置、故障录波装置等二次设备的单装置试验、复杂保护的配合试验、智能站网络性能测试、保护装置的整组试验、智能站与调度系统的联合试验以及智能变电站间的联合试验。该项试验技术可以有效克服现有试验方法的缺陷，有助于提高试验质量和试验效率。 《智能变电站全场景试验系统》也可用于实验室，完成对大规模二次系统的联合试验。 智能变电站全场景实验系统是基于电网仿真、无线同步与传输和分散注入的一种智能变电站整体性能试验技术，试验系统包括笔记本电脑、变电站仿真平台、无线控制主机、采集器模拟器和开关模拟器。