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新型電力系統(tǒng)仿真分析、測試驗證。 一、項目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、成果簡介 隨著“雙碳目標”國家能源戰(zhàn)略的確定和新型電力系統(tǒng)概念的提出，我國能源轉(zhuǎn)型力度持續(xù)加大，逐步形成了大量新能源接入電力系統(tǒng)的局面。由于風能、太陽能等新能源與常規(guī)能源稟性差別很大，其并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有顯著不確定性、波動性和機械慣量缺失等特點。此外，高比例電力電子裝備、新一代直流輸電、多能互補的綜合能源、各類大規(guī)模儲能電站、各種通信及自動化新技術(shù)裝置等因素使得新型電力系統(tǒng)組成要素愈加復雜，動態(tài)特性蘊含諸多未知，造成系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計、裝備制造、系統(tǒng)集成和運行控制等都面臨史無前例的挑戰(zhàn)。目前，電力科研院所、規(guī)劃設(shè)計單位、裝備制造廠家、教育培訓機構(gòu)等對新型電力系統(tǒng)開展仿真分析、測試驗證的需求很大、很迫切。同時看到，新型電力系統(tǒng)的這些新型場景對仿真技術(shù)要求苛刻，門檻很高。 1）新型電力系統(tǒng)需要精細化動態(tài)模擬。人們對新型電力系統(tǒng)動態(tài)行為的認識還不夠深入，無論是基礎(chǔ)理論層面還是工程技術(shù)層面還處于廣泛討論、觀點碰撞或局部示范試驗階段。然而，電力設(shè)施的新技術(shù)路線試錯成本極高，不太可能對所有備選方案和技術(shù)選項都逐一示范。因此，開展大量深入的仿真研究是推進新型電力系統(tǒng)實施的必要手段。對于新型電力系統(tǒng)，需要深入開展仿真研究的領(lǐng)域包括：①新型電網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究；②新能源接入電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)； ③ 新能源電網(wǎng)保護與自動化技術(shù)； ④源網(wǎng)荷儲協(xié)同控制與優(yōu)化調(diào)度；⑤新型配電網(wǎng)的電能質(zhì)量分析與控制；⑥人工智能等新技術(shù)對新型電力系統(tǒng)的支撐。 2）新能源基地并網(wǎng)需要做穩(wěn)定性評估。大規(guī)模陸上及海上風電集中接入局部電網(wǎng)有可能引發(fā)次/超同步振蕩、寬頻諧波諧振等電網(wǎng)安全穩(wěn)定性問題，需要對這些問題進行機理及應(yīng)對策略分析。所以需要對包含多類型新能源裝備的局部電網(wǎng)做精細化動模仿真測試。然而，百千臺級風光機組電磁暫態(tài)詳細建模與仿真是一個卡脖子難題。 3）軟、硬件在環(huán)仿真是必要的。新能源及儲能電站的電力電子變流器控制及保護策略是廠家核心機密，對外不公開。由于控保策略對裝置外特性及其接入系統(tǒng)的響應(yīng)特性有重要影響，故需要分析內(nèi)部核心控保策略。需要將新能源及儲能控制器實物或黑盒模型接入測試平臺開展動模仿真，以對其多時間尺度動態(tài)響應(yīng)特性進行精細化分析。軟、硬件在環(huán)試驗對仿真平臺提出了更高要求。 4）超大規(guī)模儲能電站的仿真難度大。①單個儲能機組的設(shè)備形態(tài)發(fā)生改變，從兩/三電平變流器向模塊化多電平變流器（MMC）的復雜結(jié)構(gòu)演變，甚至采用儲能跟變流器集成，故需要對這種復雜新形態(tài)做精細化測試驗證。②超大規(guī)模、超大機組的儲能電站包含較多并聯(lián)儲能單元或者儲能機組，吉瓦時級儲能電站，需上百臺機組并聯(lián)。另外，儲能變流器的控制策略正從電流源型向電壓源型轉(zhuǎn)變，控制策略趨于復雜化，故需要大量的儲能變流器的控制裝置接入測試平臺，才能對實現(xiàn)對儲能單機以及多機之間協(xié)調(diào)控制性能測試，進而實現(xiàn)超大規(guī)模、超大機組的儲能電站的精細化仿真。 5）現(xiàn)代直流輸電控制與保護測試提出更高要求。超/特高壓直流輸電系統(tǒng)應(yīng)用于新能源基地外送的控制保護策略及其硬件在環(huán)試驗對實時仿真平臺硬件資源要求苛刻，既要對直流輸電系統(tǒng)建模，又要對新能源基地建模，應(yīng)用場景的復雜性對仿真平臺要求更高。 1 技術(shù)分析（創(chuàng)新性、先進性、獨占性） 1.1 國產(chǎn)化實時仿真技術(shù)現(xiàn)狀 實時仿真是指仿真模型執(zhí)行進度與系統(tǒng)時鐘完全同步的一類仿真，具備這種特性的仿真裝置稱為實時仿真器。新型電力系統(tǒng)的認知、試驗、生產(chǎn)、培訓需求快速增長，形成了實時仿真領(lǐng)域巨大潛在市場。但目前RTDS、RT-LAB等進口設(shè)備依舊壟斷市場，對于大規(guī)模新能源場站、縣域規(guī)模萬節(jié)點級電力系統(tǒng)、多端特高壓直流輸電等應(yīng)用場景電磁暫態(tài)仿真，所需的仿真資源巨大，平臺造價極高。且關(guān)鍵核心技術(shù)處于卡脖子狀態(tài)，平臺應(yīng)用的靈活性和開放性受到很大限制。只有開發(fā)和推廣國產(chǎn)化實時仿真技術(shù)才能為順利推進新型電力系統(tǒng)建設(shè)過程中的研究和生產(chǎn)提供自主可控的工具和手段。 1.2 UREP與進口設(shè)備的對比試驗  為了實現(xiàn)電力實時仿真器的國產(chǎn)化替代，徹底解決電力實時仿真領(lǐng)域的技術(shù)“卡脖子”問題，國產(chǎn)實時仿真器UREP需要與國際主流技術(shù)進行對比，力求達到甚至超過目前世界最先進的技術(shù)。對標對象為行業(yè)公認的電力系統(tǒng)實時仿真儀（RTDS）和行業(yè)廣泛使用的RTLAB，以上兩款設(shè)備均為加拿大生產(chǎn)。對比試驗方案如圖1-1所示。制定標準（典型）測試算例，分別在UREP、RTDS和RTLAB環(huán)境下搭建測試算例的仿真模型，在完全相同的測試條件和試驗內(nèi)容下得到各種仿真器的仿真結(jié)果，比較仿真結(jié)果的一致性。同時比對仿真規(guī)模、建模效率和編譯時間等關(guān)鍵指標。             圖1-1  國產(chǎn)UREP與進口設(shè)備對標方案 1.2.1電氣網(wǎng)絡(luò)仿真對比    圖1-2表示了一個多支路網(wǎng)絡(luò)，基于圖1-1中三種仿真器搭建該模型，通過不斷增加支路數(shù)擴大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，直到仿真器過載，得到仿真器的算力極限。         圖1-2  多支路電氣網(wǎng)絡(luò) 在50us仿真步長下，對于圖1-2案例RTLAB最大仿真規(guī)模為78個 三相節(jié)點，UREP也為78個 三相節(jié)點，二者相同。在編譯速度方面，RTLAB編譯時間為3分52秒，UREP編譯時間為1分12秒，UREP是RTLAB的3.22倍。      圖1-3  基于RTDS的仿真模型  當基于RTDS建模時，如圖2-5，每塊PB5最多允許24個節(jié)點；當基于NovaCor建模時，在超大步長150us下可以達到100節(jié)點，在50us步長下仿真規(guī)模未知。 2.2.2 雙饋風機仿真對比   雙饋風機含有電機、傳動鏈、電力電子變流器和控制系統(tǒng)，是具有代表性的新能源元件。在在50us仿真步長下，對于如圖1-4案例，RTLAB最大仿真規(guī)模為6臺，UREP也為6臺，二者相同。在編譯速度方面，RTLAB編譯時間為7分0秒，UREP編譯時間為2分12秒，UREP是RTLAB的3.18倍。                圖1-4  雙饋風機測試案例 2.2.3 直流輸電仿真對比   直流輸電是最復雜的電力電子裝備，有換流閥、閥控制器、極控制器、站控制器等一次和二次系統(tǒng)，是實時仿真領(lǐng)域的難點，也是檢驗仿真器能力的試金石。圖1-5是雙端單極直流輸電系統(tǒng)測試用例，每端包含2個六脈波橋，控制保護包括了閥控、極控和主控模型，封裝于藍色模塊內(nèi)。   圖1-5 雙端單極直流輸電系統(tǒng)測試用例 將圖1-5所示算例分別在RTLAB和UREP中建模運行，在單核可用資源下，若仿真對象為電氣主系統(tǒng)和控制保護組成的整個系統(tǒng)，則RTLAB過載，UREP也過載。若仿真對象僅為電氣主系統(tǒng)（即雙側(cè)電源、交直流濾波器和4個6脈波橋），則RTLAB和UREP均不過載。在編譯速度方面，RTLAB編譯時間為3分40秒，UREP編譯時間為1分11秒，UREP是RTLAB的3.10倍。 2.2.4 同步發(fā)電機組仿真對比    同步發(fā)電機目前仍是電力系統(tǒng)主力電源，是電力系統(tǒng)的主要仿真對象。同步發(fā)電機組模型包括同步發(fā)電機、調(diào)速器、勵磁調(diào)節(jié)器及升壓變。搭建多臺同步電機并列運行算例，如圖1-6所示。   圖1-6  同步電機并列運行算例 在50us仿真步長下，對于圖1-6案例RTLAB最大仿真規(guī)模為11臺，UREP為13臺。在編譯速度方面，RTLAB編譯時間為3分51秒，UREP編譯時間為1分16秒，UREP是RTLAB的3.04倍。 2.2.5 最小步長對比 基于CPU的最小仿真步長能夠體現(xiàn)仿真計算時間的抖動問題，抖動越小，允許的仿真步長就越小。因此，通過比較最小仿真步長，也可以反映仿真器的計算性能。仿真對象采用單臺雙饋風機，模型包括風力機、繞線異步電機、機側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器、主動系統(tǒng)、所接入的配電網(wǎng)等元素，如圖1-7所示。             圖1-7  測試最小步長算例 經(jīng)測試，RTLAB最小仿真步長為24us，UREP最小仿真步長為20us。可見，UREP具有更小的仿真抖動。 2.2.6 仿真精度對比 為了驗證國產(chǎn)UREP的仿真精度，采取和RTDS交叉對比驗證方法說明UREP的仿真精度。電力系統(tǒng)仿真包括電磁暫態(tài)和機電暫態(tài)，因此，從電磁暫態(tài)和機電暫態(tài)兩個方面進行對比，同時考慮各種應(yīng)用場景，以覆蓋各種情形。電磁暫態(tài)檢測案例的電網(wǎng)拓撲如圖1-8所示。 圖1-8 電磁暫態(tài)檢測使用案例 無窮大電源電壓等級為110kV，頻率為50Hz，系統(tǒng)內(nèi)阻抗為；L1、L3線路阻抗為，L2、L4線路阻抗為， T1、T2兩變壓器的額定容量均為，短路電壓，空載損耗，空載電流，短路損耗，變比，高低壓繞組均為Y形聯(lián)結(jié)；假設(shè)系統(tǒng)A1、B1、A、B處供電負荷為(5+j1)MVA，C1和C處供電負荷為1+j0.1MVA。UREP建模如圖1-9所示。   圖1-9 電磁暫態(tài)檢測案例的UREP仿真模型 基于RTDS建立電磁暫態(tài)案例的仿真模型如圖1-10所示，其電壓過零點短路控制如圖1-10所示。   圖1-10  RTDS仿真模型   圖1-11  RTDS電壓過零點短路控制結(jié)構(gòu) 對上述模型，分別使用UREP和RTDS進行實時仿真，仿真時間為0.2s，短路故障發(fā)生在0.06s-0.16s之間，仿真步長為100微秒，橫軸表示在0.2s時間內(nèi)仿真采樣點數(shù)，縱軸表示母線電壓、電流，單位分別為V、A。在母線A點處發(fā)生三相短路，短路前后及短路期間的三相電壓波形如圖16-7。為了顯示細微之處，將圖1-12局部放大后，如圖1-13。   圖1-12  A點發(fā)生三相短路時三相電壓波形   圖1-13  A點處發(fā)生三相短路時三相電壓波形局部放大 點劃線為RTDS仿真結(jié)果，虛線為UREP仿真結(jié)果。可以看出，兩種仿真結(jié)果高度重合，表現(xiàn)出電磁暫態(tài)仿真結(jié)果的高度一致。電磁暫態(tài)過程除了表現(xiàn)在電壓動態(tài)還表現(xiàn)在電流動態(tài)，短路前后及短路期間的三相短路電流波形如圖1-14。   圖1-14 A點處發(fā)生三相短路時三相電流波形 圖1-15  A點處發(fā)生三相短路時三相電流波形局部放大圖 1.3  對標結(jié)論 （1）在內(nèi)核資源完全等同條件下，國產(chǎn)UREP和RTLAB的仿真算力基本相同，即內(nèi)核授權(quán)數(shù)相同條件下，具有相同的仿真規(guī)模。 （2）國產(chǎn)UREP的建模效率和編譯速度遠遠高于RTLAB。小規(guī)模場景下，UREP是RTLAB的3倍左右，大規(guī)模場景下UREP是RTLAB的45倍左右。 （3）在仿真對象完全相同的條件下，國產(chǎn)UREP和RTDS的電磁暫態(tài)仿真結(jié)果完全相同，二者交叉對比沒有差別。

系統(tǒng)可實現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，完成注塑模具的并行設(shè)計。通過智能化提示，進行參數(shù)化繪圖，自動生成三維模型，并由三維模型直接或通過標準的IGES格式轉(zhuǎn)換進入不同系統(tǒng)的CAM模塊，實現(xiàn)設(shè)計與制造信息共享，達到CAD/CAM一體化。提高模具設(shè)計質(zhì)量，縮短設(shè)計制造周期。

本研究針對復雜鑄件整體制造難、制模周期長、資源消耗大等難題，構(gòu)建無模鑄造復合成形原理及機制，發(fā)明復雜砂型/芯數(shù)字化柔性擠壓近成形、切削凈成形方法，研發(fā)出砂型擠壓/切削復合成形工藝，省去木模、金屬模制造過程。 一、項目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、成果簡介 鑄造是我國裝備制造的基礎(chǔ)工藝，無論是農(nóng)業(yè)機械、機床、汽車、船舶，還是航空航天以及國防軍工等領(lǐng)域的發(fā)展都離不開鑄件。我國現(xiàn)已成為世界鑄件生產(chǎn)大國，2020年我國各類鑄件總產(chǎn)量達到5195萬噸，較2019年同比增長6.6%，約占世界總產(chǎn)量45%，位居世界第一位。 鑄造主要有砂型鑄造、金屬型鑄造和特種鑄造等，砂型鑄造由于其原材料來源廣泛、成本低、鑄型制造簡便以及應(yīng)用合金種類多等優(yōu)點，世界上80%的鑄件都是采用砂型鑄造。對于砂型鑄造工藝來說，模樣、芯盒等模具的設(shè)計制造是非常復雜并且耗時的過程，該過程首先需要根據(jù)鑄造方案進行模具的設(shè)計，然后通過翻模制作砂型和砂芯，之后再將制作好的砂型和砂芯經(jīng)過組芯、合箱以及澆鑄從而完成金屬毛坯的制造。而高性能復雜整體金屬結(jié)構(gòu)件又是航空航天、國防軍工、軌道交通等領(lǐng)域高端裝備的核心組成部分。因此構(gòu)件的短流程、高精密、高性能制造是實現(xiàn)我國高端裝備自主研發(fā)及制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 傳統(tǒng)的金屬成形如模具鑄造、模壓鍛造等需要木模、金屬模的成形工藝，存在工序多、流程長、形性精確控制難等世界性難題，無法滿足多品種、小批量、短流程、高精度的迫切要求，亟需研發(fā)新型精密成形基礎(chǔ)前沿機制與方法。本項目將構(gòu)建數(shù)字化精密成形理論體系，涵蓋數(shù)字化無模鑄造復合成形和數(shù)字化多材質(zhì)復合鑄型等兩方面，突破了復雜整體構(gòu)件高效率、高性能、高精度無模成形技術(shù)，變革了采用模具造型的傳統(tǒng)砂型鑄造和模壓鍛造生產(chǎn)模式，推動傳統(tǒng)金屬成形模式的創(chuàng)新發(fā)展。 復雜砂型/芯曲面柔性擠壓近成形、切削凈成形的數(shù)字化無模鑄造復合成形技術(shù)與裝備 本研究針對復雜鑄件整體制造難、制模周期長、資源消耗大等難題，構(gòu)建無模鑄造復合成形原理及機制，發(fā)明復雜砂型/芯數(shù)字化柔性擠壓近成形、切削凈成形方法，研發(fā)出砂型擠壓/切削復合成形工藝，省去木模、金屬模制造過程。揭示了擠壓工藝對砂型透氣性、砂型強度等性能的影響規(guī)律，發(fā)明了梯度緊實的柔性擠壓成形方法，實現(xiàn)了砂型/芯梯度緊實柔性擠壓近成形。 復雜鑄件形性精確調(diào)控的數(shù)字化多材質(zhì)復合成形技術(shù)與裝備 本研究針對傳統(tǒng)單一鑄型對結(jié)構(gòu)復雜、壁厚差異大、鑄件形性調(diào)控難、尺寸精度差等難題，提出了多材質(zhì)復合鑄型技術(shù)及與鑄件相匹配的多材質(zhì)復合鑄型及其坎合組裝方法，通過建立多材質(zhì)復合鑄型與高性能鑄件一體化精確鑄造成形的計算分析模型，構(gòu)建了多材質(zhì)復合鑄型的調(diào)控原理與方法。揭示了多材質(zhì)復合鑄型對鑄件溫度場、微觀組織及力學性能的影響規(guī)律，研制出石英砂、寶珠砂、鉻鐵礦砂等構(gòu)成的形性可控鑄型材料配方，實現(xiàn)了鑄型透氣性、固化強度、切削性能的協(xié)同調(diào)控。研究了傳統(tǒng)鑄型與復合鑄型的凝固溫度曲線，對比了不同工藝所制鑄件的強度，掌握了各鑄型單元的熱力學參數(shù)及型砂種類對鑄件性能的影響規(guī)律，揭示了金屬液與不同鑄型間的熱力耦合作用機理。 三、創(chuàng)新點及主要技術(shù)指標 1.復雜砂型/芯曲面柔性擠壓近成形、切削凈成形的數(shù)字化無模鑄造復合成形技術(shù)與裝備 本研究揭示了砂粒移位、橋連斷裂、空穴彌合的砂型/芯切削機理，建立了非均質(zhì)離散體砂型切削模型，發(fā)明了一種切削排砂一體化的無模鑄型數(shù)字化快速制造方法，實現(xiàn)了高精高效制造，鑄件制造周期縮短50%以上，成本降低30%以上。 2.復雜鑄件形性精確調(diào)控的數(shù)字化多材質(zhì)復合成形技術(shù)與裝備 本研究實現(xiàn)了對鑄件充型凝固過程的精確調(diào)控，提高了復雜鑄件內(nèi)在質(zhì)量與外在精度，實現(xiàn)了鑄件性能主動精確調(diào)控，使鑄件廢品率從5%～10%降至2%～4%，減重10%～20%。 四、知識產(chǎn)權(quán)及獲獎（成果基礎(chǔ)） 知識產(chǎn)權(quán)情況： 成果獲授權(quán)發(fā)明專利46件，其中美日等國際發(fā)明專利18件；軟件著作權(quán)12件；起草制定國家、行業(yè)等標準規(guī)范14項；出版專著《無模鑄造》（機械工業(yè)出版社，2017）。成果入選并被列為國家工信部《機械基礎(chǔ)件、基礎(chǔ)制造工藝、基礎(chǔ)材料產(chǎn)業(yè)“十二五”規(guī)劃》（工信部規(guī)[2011]509號）中“50項推廣應(yīng)用的先進綠色制造工藝”的首項技術(shù)。 獲獎情況： 2020年國家科學技術(shù)進步獎二等獎； 2018年中國機械工業(yè)科學技術(shù)獎特等獎； 2017年國家技術(shù)發(fā)明二等獎； 2016年中國機械工業(yè)科學技術(shù)獎特等獎； 2016年中國專利金獎； 2014年國家科學技術(shù)進步獎一等獎； 2012年北京市科學技術(shù)獎一等獎； 2011年國家科學技術(shù)進步獎二等獎。 五、成果圖片

系統(tǒng)可實現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，完成注塑模具的并行設(shè)計。通過智能化提示，進行參數(shù)化繪圖，自動生成三維模型，并由三維模型直接或通過標準的 IGES 格式轉(zhuǎn)換進入不同系統(tǒng)的 CAM 模塊，實現(xiàn)設(shè)計與制造信息共享，達到 CAD/CAM 一體化。提高模具設(shè)計質(zhì)量，縮短設(shè)計制造周期。

XM-131D女性骨盆帶韌帶、血管、神經(jīng)、盆底及器官模型 ? XM-131D女性骨盆帶韌帶、血管、神經(jīng)、盆底及器官模型可拆分為6部件：女性骨盆帶第五腰椎、韌帶、血管、神經(jīng)、盆底肌群、及子宮部分直腸等6部件；其中子宮、膀胱、直腸又可以剖開成2部分，顯示肛門外括約肌、尿道外括約肌、會陰淺橫肌、會陰深橫肌、球海綿體肌、坐骨海綿體肌、會陰中心腱、肛提肌各個部位均可拆卸，直腸、連帶輸卵管與卵巢的子宮及陰道作正中矢狀切可分成2部件，骨盆模型的右半部能顯示髂總動脈、髂內(nèi)外動脈及髂總靜脈、髂外靜脈分布及解剖結(jié)構(gòu)，顯示右骶叢、右坐骨神經(jīng)與右陰部神經(jīng)，顯示骨與韌帶及左右兩側(cè)髖骨、恥骨聯(lián)合、骶骨、尾骨、帶椎間盤的第五腰椎。模型通過第五腰椎、骶骨與尾骨的正中矢狀切骨盆可分成左右兩部分，并能顯示錐管中的馬尾成分，第五腰椎體的左半部分可以拆卸，模型的右半部分可顯示骨盆韌帶及腹股溝韌帶、骶結(jié)節(jié)韌帶、骶棘韌帶、骶髂前韌帶、骶腰韌帶、前縱韌帶、骶髂骨間韌帶、骶髂后韌帶，以及閉孔膜等結(jié)構(gòu)。 尺寸：自然大，27×19×22cm 材質(zhì)：PVC材料

XM-130B男性骨盆帶韌帶、血管、神經(jīng)、盆底及器官模型 ? XM-130B男性骨盆帶韌帶、血管、神經(jīng)、盆底及器官模型可拆分為7部件，顯示了男性骨盆的骨骼、韌帶、血管、神經(jīng)以及盆底肌肉和外部性器官的彼此連接，通過一個正中切面展示了整個骨盆，右邊的外部肛門括約肌、坐骨海綿體肌、會陰淺橫肌和深橫肌，以及球海綿體肌均可拆除， 直腸、膀胱、前列腺和陰莖也可在正中一拆為二，陰莖部分的皮膚和筋膜已部分去除，因此可見血管和神經(jīng)，陰囊和精索區(qū)域的部分皮膚也已去除，因此睪丸和附睪是可見的。在左側(cè)，精索以不同層進行顯示，在右側(cè)，睪提肌以及精索內(nèi)筋膜已經(jīng)暴露。右半部分骨盆顯示了常見的外部和內(nèi)部髂動脈及外部髂靜脈，顯示了彼此之間的位置關(guān)系。仙骨神經(jīng)叢、坐骨神經(jīng)叢、陰部神經(jīng)叢、陰莖背神經(jīng)叢、陰囊前神經(jīng)、會陰神經(jīng)、肛門神經(jīng)以及輸精管均有顯示。模型還展示了以下骨骼及韌帶：雙側(cè)髖骨、恥骨聯(lián)合、骶骨、尾骨以及第五腰椎和椎間盤。正中切面通過第五腰椎、骶骨以及尾骨，因此骨盆可以被拆分成兩半，這意味著馬尾(脊尾)在椎管內(nèi)可見。第五腰椎的左半部分可以被拆除。以下韌帶也可見：腹股溝韌帶、骶結(jié)節(jié)韌帶、骶棘韌帶、髂骶前韌帶、髂腰韌帶、前縱韌帶、棘上韌帶、骶髂骨間韌帶、骶髂骨后韌帶、骶尾外側(cè)韌帶、骶尾后淺韌帶、閉鎖膜以及腔隙韌帶。 尺寸：自然大，17×18×30cm 材質(zhì)：PVC材料

XM-131D女性骨盆帶韌帶、血管、神經(jīng)、盆底及器官模型 ? XM-131D女性骨盆帶韌帶、血管、神經(jīng)、盆底及器官模型可拆分為6部件：女性骨盆帶第五腰椎、韌帶、血管、神經(jīng)、盆底肌群、及子宮部分直腸等6部件；其中子宮、膀胱、直腸又可以剖開成2部分，顯示肛門外括約肌、尿道外括約肌、會陰淺橫肌、會陰深橫肌、球海綿體肌、坐骨海綿體肌、會陰中心腱、肛提肌各個部位均可拆卸，直腸、連帶輸卵管與卵巢的子宮及陰道作正中矢狀切可分成2部件，骨盆模型的右半部能顯示髂總動脈、髂內(nèi)外動脈及髂總靜脈、髂外靜脈分布及解剖結(jié)構(gòu)，顯示右骶叢、右坐骨神經(jīng)與右陰部神經(jīng)，顯示骨與韌帶及左右兩側(cè)髖骨、恥骨聯(lián)合、骶骨、尾骨、帶椎間盤的第五腰椎。模型通過第五腰椎、骶骨與尾骨的正中矢狀切骨盆可分成左右兩部分，并能顯示錐管中的馬尾成分，第五腰椎體的左半部分可以拆卸，模型的右半部分可顯示骨盆韌帶及腹股溝韌帶、骶結(jié)節(jié)韌帶、骶棘韌帶、骶髂前韌帶、骶腰韌帶、前縱韌帶、骶髂骨間韌帶、骶髂后韌帶，以及閉孔膜等結(jié)構(gòu)。 尺寸：自然大，27×19×22cm 材質(zhì)：PVC材料

本發(fā)明提供一種薄膜非連續(xù)卷繞輸送模切裝置，包括：放料輥，用于對成卷柔性薄膜的放卷；收料輥，用于對成卷柔性薄膜的收卷；輸送對輥，設(shè)在所述放料輥和收料輥之間，用于完成薄膜進給；摩擦對輥和設(shè)在放料輥上的滑差軸，用于協(xié)作保持薄膜在進給過程中的張力穩(wěn)定；模切機，用于完成薄膜裁切；工業(yè)相機，用于對薄膜的模切切痕成像；工業(yè)計算機，用于對模切切痕成像進行圖像處理，處理得到的誤差作為薄膜輸送進給步長的精度補償。本發(fā)明通過視覺裝置識別薄膜上的模切切痕，圖像處理所得薄膜進給誤差，補償下一步薄膜進給步長，有效保證薄膜非連續(xù)卷繞進給工況下，模切機薄膜進給精度和裁切切口均勻性。

鎂合金是目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，它具有低密度、高比強度、良好的 導電、導熱和鑄造性能等優(yōu)點，因此在汽車、儀表以及航空航天等領(lǐng)域有著較 為廣闊的應(yīng)用前景，被稱為21世紀的綠色環(huán)保結(jié)構(gòu)材料。然而，鎂及大部分鎂 合金都屬于密排六方結(jié)構(gòu)金屬，常溫下塑性變形能力較差。因此，近幾十年，板、 帶、棒等變形鎂合金產(chǎn)品主要是由普通半連續(xù)鑄造鎂合金方坯或板坯經(jīng)熱加工變 形得到。因此，采用塑性變形方法生產(chǎn)大型鎂合金環(huán)件在技術(shù)上受到一定的制約。 離心鑄造是將液態(tài)金屬澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型里，在離心力作用下充型并凝固 成鑄件的鑄造方法。離心鑄造已經(jīng)在無縫鋼管、鋁合金輪毅的生產(chǎn)中有較為成 功的應(yīng)用。本成果提供一種新型的離心鑄造生產(chǎn)鎂合金大型環(huán)件的方法，可制 備直徑范圍為1-5米、組織致密、性能優(yōu)良的大型鎂合金環(huán)件，解決了現(xiàn)有鎂 合金大型環(huán)件制備工藝的不足，制備出組織致密、抗拉強度好的鎂合金大型環(huán)件, 對鎂合金的應(yīng)用和鎂合金離心鑄造工藝的發(fā)展具有重要意義，具有良好的開發(fā)前 景并具備較好的預(yù)期產(chǎn)業(yè)化效益。 本發(fā)明可根據(jù)目標產(chǎn)品，選用合適型號的離心機、熔煉爐、設(shè)計制備相應(yīng) 模具以開展相應(yīng)生產(chǎn)，無需高額投資。

1 研究背景 1.1 高壓力、大直徑和高可靠性的非金屬壓力管道需求迫切 管道作為五大運輸方式之一，是輸送石油、天然氣、飲用水等重要能源和資源的主要手段，對國民經(jīng)濟的發(fā)展和穩(wěn)定至關(guān)重要，被稱為國民經(jīng)濟的“生命線”。我國壓力管道發(fā)展迅猛，應(yīng)用規(guī)模不斷增大，在石油、天然氣和飲用水輸送等重大工程建設(shè)中發(fā)揮了不可替代的作用。在油氣領(lǐng)域，國內(nèi)油氣管道已形成縱橫東西、貫通南北、連接海外的管道輸送網(wǎng)絡(luò)。目前我國的原油管道1.9×104km，成品油管道2×104km，天然氣干線管道4.8×104km，油氣管道的總長度穩(wěn)居全球前五名。以西氣東輸三線為例，其西起新疆霍爾果斯，東至福建省福州市，全長5220km，設(shè)計年輸量3×1010m3。此外，油田集輸管網(wǎng)和城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)的管道長度已達到數(shù)十萬公里，且仍在不斷增長，成為油氣管道重要組成部分。在水資源輸送領(lǐng)域，為解決我國的水資源時空分布不均問題，我國已經(jīng)實施了多項跨流域、跨地區(qū)的長距離管道輸水工程，如南水北調(diào)工程、廣東省的“東深引水工程”和“西江引水工程”、天津的“引灤入津工程”和山東的“引黃濟青工程”。以南水北調(diào)中線工程為例，年均輸送生活、工業(yè)用水6.4×1010m3，農(nóng)業(yè)用水3×1010m3，供水范圍內(nèi)總面積15.5萬平方千米，惠及沿線6000萬人口。 以聚乙烯及其增強復合管為代表的非金壓力屬管道具有耐腐蝕、抗震、柔性好、壽命長等優(yōu)勢，在越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域替代金屬管道，成為世界各國競先研發(fā)的未來管道發(fā)展方向。全球非金屬管道的年均增速約5.9%，我國聚乙烯管道年平均增速更是達15%。 隨著聚乙烯及其增強復合管的不斷發(fā)展，其在燃氣和輸水等領(lǐng)域應(yīng)用不斷擴展。在燃氣領(lǐng)域，在燃氣領(lǐng)域，美國、英國、丹麥等的城市燃氣管道中聚乙烯管應(yīng)用比例均接近100%，而我國新鋪設(shè)的中低壓城市燃氣管90%以上采用聚乙烯管材。在輸水領(lǐng)域，我國城市建筑排水管道85%采用塑料管，城市排水管道的塑料管使用量達到50%，城市供水管道（DN400mm以下）80%采用塑料管，村鎮(zhèn)供水管道90%采用塑料管，逐漸占據(jù)主導地位。目前，多數(shù)國家已經(jīng)在燃氣和給水領(lǐng)域選擇聚乙烯管逐漸替代金屬管道，實現(xiàn)以塑代鋼。 近年來，非金屬壓力管道逐漸在更高壓力、更大直徑和更高安全性要求的油氣集輸、核電冷卻水輸送等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。如在油田的油氣集輸及開采領(lǐng)域，用于油氣田注水的非金屬壓力管道（直徑50-75mm），工作壓力已經(jīng)達到32MPa；用于油田站內(nèi)給水的非金屬壓力管道（直徑315mm），工作壓力已經(jīng)達到2MPa；用于油田集輸管的非金屬壓力管道（直徑50-75mm），工作壓力已經(jīng)達到4MPa，平均工作溫度高達60℃。在核電站冷卻水輸送領(lǐng)域，美國的Callaway核電站率先鋪設(shè)聚乙烯管道的外圍冷卻水系統(tǒng)，我國新建的AP1000核電站（浙江三門核電、山東海陽核電）外圍冷卻水輸送均采用聚乙烯管道（直徑752mm，徑厚比DR9）。由于聚乙烯管道具有耐海水及微生物腐蝕、抗震等優(yōu)勢，許多現(xiàn)有核電站冷卻水管道系統(tǒng)也逐漸更換為聚乙烯管道，如2017年大亞灣核電站成功將其核安全相關(guān)的反沖洗系統(tǒng)管道更換為200mm，DR9的聚乙烯管道。 1.2 管道系統(tǒng)安全性的要求日益迫切 隨著聚乙烯管道系統(tǒng)在燃氣、供水等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，其安全問題受到越來越多的關(guān)注。根據(jù)中國城市規(guī)劃協(xié)會地下管線專業(yè)委員會的統(tǒng)計報告，2009年至2013年中國城市管線典型事故共計75起，而其中導致人員死傷的27起。南京“7.28”管道泄漏爆炸事故共造成22人死亡，120人住院治療，爆燃點周邊部分建筑物受損，直接經(jīng)濟損失4784萬元。臺灣“8.1”燃氣泄漏爆炸事故中多條街道陸續(xù)發(fā)生可燃氣體外泄，并引發(fā)多次大爆炸，造成32人死亡，321人受傷，經(jīng)濟損失高達1.4億元。類似的管道泄漏導致爆燃的事故給全社會帶來了重大的公共環(huán)境和人身安全的威脅。 隨著聚乙烯管道系統(tǒng)在燃氣、供水等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，全社會對管道系統(tǒng)安全性的要求也日益迫切。 1.3 焊接過程的溫度控制是提升管道系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵 當我們追溯這些事故的源頭，會發(fā)現(xiàn)有53%的聚乙烯管道系統(tǒng)故障發(fā)生在管道的接頭處——即管材與管材焊接的部位（來自塑料管道數(shù)據(jù)庫委員會PPDC）。接頭作為管道系統(tǒng)中質(zhì)量最薄弱的環(huán)節(jié)，其焊接質(zhì)量影響到整個管道系統(tǒng)的安全運行。 電熔焊接是目前聚乙烯管道最常用的連接方式之一。它通過預(yù)埋在電熔套筒內(nèi)部的電阻絲加熱電熔套筒的內(nèi)表面及管材的外表面，使二者吸收熱量并熔融，而后固定、冷卻。 在電熔焊接過程中，溫度是最重要的參數(shù)，也是造成接頭失效最本質(zhì)的原因。不合理的焊接工藝導致的焊接過程的溫度控制不當，引發(fā)冷焊和過焊等缺陷。內(nèi)部溫度過高會使得金屬絲周圍的聚乙烯材料因溫度過高而裂解，從而導致接頭強度不足，產(chǎn)生過焊現(xiàn)象；內(nèi)部溫度不足則會導致熔合區(qū)深度和界面強度不足，產(chǎn)生冷焊現(xiàn)象。冷焊缺陷很難從外觀上或通過常規(guī)液壓試驗分辨，但其可能導致焊接接頭在服役過程中沿熔合面發(fā)生貫穿裂紋擴展失效，具有很大的安全隱患。 1.4 應(yīng)用過程的安全狀態(tài)監(jiān)測是保障管道系統(tǒng)安全運行的關(guān)鍵 接頭是管道系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。美國塑料管研究所（PPI）技術(shù)總監(jiān)Sarah Patterson在2016年美國機械工程師協(xié)會（ASME）壓力容器與管道（PVP）50周年會的大會報告上指出，非金屬管道的無損檢測與安全監(jiān)測研究是今后塑料管道技術(shù)發(fā)展應(yīng)用的重要課題。 在接頭安全監(jiān)測方面，管道的服役過程安全監(jiān)測研究主要有以下四種：（1）基于應(yīng)變的監(jiān)測技術(shù)：主要采用應(yīng)變片等傳感器測量管道應(yīng)變。該方法技術(shù)成熟，但測點多、電路復雜，且僅能獲得材料表層局部的應(yīng)變信息。（2）連續(xù)碳纖維復合材料自監(jiān)測技術(shù)：如內(nèi)嵌連續(xù)碳纖維的復合材料，可以實時提供結(jié)構(gòu)應(yīng)變信息。采用連續(xù)碳纖維自監(jiān)測的應(yīng)變靈敏度系數(shù)小于傳統(tǒng)應(yīng)變片，且應(yīng)變檢測范圍很小。（3）基于埋入傳感器的監(jiān)測技術(shù)：如利用嵌入式光纖光柵的管道應(yīng)變場監(jiān)測。光纖檢測集成度高、精度高，已經(jīng)在管道、橋梁等結(jié)構(gòu)的智能監(jiān)測中得到廣泛應(yīng)用。（4）基于導電填充材料的監(jiān)測技術(shù)：在不導電的聚乙烯或其他非金屬基體樹脂中摻入少量導電纖維或顆粒，從而在材料中建立導電傳感網(wǎng)絡(luò)，當材料產(chǎn)生變形或局部損傷時，導電網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)地產(chǎn)生導通節(jié)點數(shù)變化或局部斷開，通過測量材料宏觀電阻變化可以獲得材料應(yīng)變或局部損傷等信息。 基于導電填充材料的智能監(jiān)測技術(shù)一直是混凝土結(jié)構(gòu)與生物傳感器領(lǐng)域的前沿與熱點。其關(guān)鍵問題是如何通過合理的傳感器設(shè)計，在不影響監(jiān)測對象本身工作特性的同時，有效地提取監(jiān)測對象的服役狀態(tài)和結(jié)構(gòu)損傷信息。開展結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測技術(shù)研究，智能監(jiān)測感知壓力容器與管道結(jié)構(gòu)失效特征參量，實現(xiàn)損傷失效的預(yù)警和運行的自主優(yōu)化，是未來壓力容器行業(yè)重要的研究方向。 2 智慧管件系統(tǒng)解決方案 非金屬管道的智慧管件系統(tǒng)包含管件焊接過程的溫度場智能調(diào)控和管件使用過程的損傷自監(jiān)測兩個功能，如圖1所示。 2.1 焊接過程溫度場調(diào)控 電熔焊接過程從本質(zhì)上是電阻絲通電生熱、聚乙烯材料相變?nèi)酆系倪^程，熔區(qū)溫度在時間和空間上的變化很大程度上體現(xiàn)出焊接過程的發(fā)展。如圖2所示，智能焊機的“智能”正是來源于我們所提出的熔區(qū)復合溫度場理論模型。該模型能夠根據(jù)采集到的實際電壓電流數(shù)據(jù)，小成本、高精度地實時推演焊接過程的發(fā)展。不同于傳統(tǒng)焊機對被控對象內(nèi)部情況的“一無所知”，智能焊機首次采用基于熔區(qū)溫度場的方式在線監(jiān)測焊接過程，使得參數(shù)的調(diào)節(jié)和設(shè)計有堅實的理論依據(jù)。 在溫度場模型的基礎(chǔ)上，本作品能實現(xiàn)對焊接過程的質(zhì)量控制。在焊接接頭性能與加工條件的研究上，團隊通過熱重分析和凝膠滲透色譜分析研究PE100在不同溫度焊接后的熱降解行為，得出典型工業(yè)級PE100材料的允許焊接最高溫度在270℃的結(jié)論。同時，通過超聲檢測和梯度試驗的方法證實了管材熔區(qū)深度與焊接界面強度的關(guān)聯(lián)。 基于上述理論研究和多次實踐，對聚乙烯最高溫度和熔區(qū)拓展深度進行控制是應(yīng)對過焊和冷焊缺陷的重要方式。智能焊機對質(zhì)量進行控制的思路即通過實時溫度場計算聚乙烯最高溫度和熔區(qū)邊界，讓最高溫度在不超過270℃，熔區(qū)深度控制在2～3mm。為使焊接效率最高，通過由調(diào)整次數(shù)、焊接時長、最高溫度等指標組成的代價函數(shù)對不同調(diào)整策略進行評價，從而獲得最優(yōu)的電壓調(diào)整策略。通過這種溫度主動控制的方式，管道焊接缺陷產(chǎn)生的概率下降超80%。 1.1 服役過程安全狀態(tài)自監(jiān)測 為了實現(xiàn)管道系統(tǒng)服役過程的安全狀態(tài)自監(jiān)測，采用短切碳纖維（SCF）增強聚乙烯復合材料（PE-SCF）制備電熔管件。由于碳纖維SCF具有良好的導電性，隨著纖維含量的不斷增加，填充在聚合物基體內(nèi)部的短碳纖維能夠形成良好的導電網(wǎng)絡(luò)，如圖3所示。PE-SCF復合材料內(nèi)部SCF導電網(wǎng)絡(luò)的破壞與重組賦予了該材料壓阻效應(yīng)，能夠用于監(jiān)測PE-SCF復合材料承受的載荷。圖4為循環(huán)拉伸載荷下PE-SCF的應(yīng)變和電阻響應(yīng)與時間的關(guān)系。可以看出，PE-SCF復合材料的監(jiān)測電阻能夠及時反映材料承受的應(yīng)變。隨著應(yīng)變增加，材料的電阻值增加；應(yīng)變降低，材料的電阻值也降低；并且監(jiān)測電阻對應(yīng)變變化的響應(yīng)具有很好的穩(wěn)定性。PE-SCF復合材料在拉伸力作用下發(fā)生變形，部分短碳纖維導電網(wǎng)絡(luò)斷開，導致材料的電阻率增加。隨著應(yīng)變的降低，短碳纖維之間的接觸恢復到初始狀態(tài)，電阻值也隨之恢復。結(jié)果表明PE-SCF應(yīng)變與電阻變化之間存在確定的關(guān)聯(lián)機制，初步論證采用PE-SCF復合材料制備具有自監(jiān)測功能的電熔接頭具有可行性。 圖5顯示了爆破試驗過程中所監(jiān)測到的PE-SCF電熔接頭的電阻和壓力變化曲線。結(jié)果表明，隨著內(nèi)部壓力的升高，兩個電極之間的電阻會不斷增加，電阻變化率曲線的斜率也迅速增加。這是因為在加壓初始階段，電阻變化主要由基體的彈性變形引起，在這種情況下，材料內(nèi)部的導電網(wǎng)絡(luò)仍然完整，因此電阻不會產(chǎn)生很大變化。當壓力繼續(xù)增加時，材料內(nèi)部形成微裂紋，導致局部導電網(wǎng)絡(luò)的破壞，電阻變化率顯著增加。初步實驗表明，利用電阻變化率監(jiān)測PE-SCF電熔接頭的內(nèi)壓載荷及結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)具有可行性。 圖6顯示了峰值內(nèi)壓為5MPa時的循環(huán)加載實驗期間，電熔接頭上監(jiān)測到的電阻變化曲線。可見電熔接頭表面電極之間的電阻變化趨勢與接頭內(nèi)部的壓力變化趨勢一致，且每個周期的峰值電阻十分穩(wěn)定。基于電阻測量的內(nèi)壓監(jiān)測靈敏度系數(shù)約為29.56%/MPa。實驗結(jié)果表明，載荷和監(jiān)測到的電阻信號存在較為穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)關(guān)系，因而用電阻變化監(jiān)測電熔接頭內(nèi)部壓力的變化是可行的。 上述測試結(jié)果表明，采用PE-SCF復合材料制備電熔管件，利用PE-SCF材料的壓阻效應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)基于電阻測量的管道系統(tǒng)在服役過程中的內(nèi)壓及安全狀態(tài)實時監(jiān)測，提升了管道系統(tǒng)的服役安全性。