王锐洛阳理工学院 洛阳理工学院成立压力测量误差修正技术课题研究组

“这么说吧,假如一个杯子里盛满水,水对杯底有压力。这个杯子也可以放满黄豆、瓜子,其对杯底也有压力。但这两种压力并不完全一致。”颗粒介质压力测量误差这个问题,不仅困惑着郭力,也困惑着他的同事。

“读博士期间要做很多实验,常常需要测量土的压力。做了好几次,总有数据误差。”郭力眉头微蹙,当时土压力的测量都是借助于流体压力的测量方式,而颗粒性固体介质具有离散特性,属于离散介质。因此,常规压力传感器对于颗粒介质压力测量会产生测量误差,而这一测量误差长久以来并未引起人们足够重视。”

近年来,洛阳理工学院一直致力于推行产学研融合。在这种大背景下,郭力和其他几个对颗粒介质压力测量具有浓厚兴趣又饱含困惑的同事一同决定,利用现有条件成立颗粒介质压力测量误差修正技术课题研究组,根据自身专业技术进行分工合作。

科研人的“一根筋”

在许多行业、工程实践以及科学研究中常常需要测量土压力;在农产品加工、运输以及存储过程中,也会对谷物等农产品进行压力测量。而此类介质均属于固体介质,具有颗粒性的特点。常规压力传感器只适用于均布压力的测量,而对于颗粒介质产生的压力,往往产生测量误差。这些小小的误差有时甚至会给工程建设造成不可估量的损失。

“许多专家学者和工程技术人员可能都知道这个误差确实存在,但大多对其都是含糊不清、模棱两可。”大家都想把问题搞清楚,却又都苦于找不到解决的好办法。

“学理工科的人都有一种不达目的誓不罢休的精神,遇到问题总想搞清楚、弄明白。理一理其中原理,探索一下未知的领域。”郭力带领科研团队也身体力行地践行着理工科人这一执著精神。

2014年,洛阳理工学院土木工程学院教师郭力牵头成立科研小组,依托该校“河南省隧道与地下工程院士工作站”以及河南省高校科技创新团队支持计划,对该项问题开展专门探索。

2016年8月,一项来自洛阳理工学院的科研项目“颗粒介质压力测量误差修正技术”正式通过河南省科学技术厅科学技术成果鉴定,弥补了国内在这一研究领域的技术缺陷。

用已知探索未知

“刚开始,我们也有些摸不着头脑,没人知道怎么去做、用什么方法、怎么弄明白这一问题,摸索了很长时间。”据郭力介绍,液体与气体产生的压力是均匀分布的,而颗粒性固体产生的压力却是不均匀分布。

根据所学专业知识及多年实验经验,课题组对颗粒介质压力产生的过程进行仔细分析,发现准确测量颗粒介质压力并不简单,其间牵涉到诸多因素,而且这些因素还具有随机性特点。寻找一个合适的解决方法和工具成了当务之急。

经过一段时间摸索实践,课题组决定借助随机有限元方法进行研究。该方法能够充分考虑各种因素的随机性,可操作性强。沿着这个思路或许能够走下去。

“计算分析需要很多专业软件”,郭力介绍,计算数据的分析与处理就成了一项任务艰巨的工程。

在洛阳理工学院土木工程学院设立有“河南省隧道与地下工程院士工作站”,该工作站与同在洛阳的总参工程兵科研三所长期开展合作与交流。课题组就通过利用科研院所的科研平台进行数据计算与分析,难题逐步得以解决。

接下来,搞清楚颗粒介质压力的测量误差规律,并有效控制这一测量误差,使颗粒介质压力的测量值更接近于真实值,成了课题研究中最主要的任务。

“解决好这个问题,可以提高颗粒介质压力测量结果的精确度,更加准确地获知颗粒介质作用于目标体的压力。工程问题要转化成科研问题,这就要用现有已知的知识去解决未知的东西,现有的知识就是解决问题的工具。而难点在于如何去解决,如何寻找到解决的路径,并一步步沿着这个路径走下去。”郭力说道。

技术应用“活起来”

“许多问题不是一朝一夕能解决的,需要慢慢探索,慢慢发现。小改进能解决大问题,做科研需要积累,切忌贪多、贪大、好大喜功。”

自2014年至今,两年的时间里,课题组一次次进行模拟计算、数据采集、数据处理与分析。这个过程很枯燥,也遇到了很多困难,但苦尽终于甘来。

2015年,课题组申请的实用新型专利正式获得授权,目前正在申请国家发明专利,已进入实质审查阶段。2016年8月,“颗粒介质压力测量误差修正技术”正式通过河南省科技厅的科学技术成果鉴定,标志着这一专利技术可以正式进行推广应用。

“该项目技术对于土木行业中砂石、土壤所产生的压力,即常说的“土压力”的监测;食品工业中白糖、食盐及调味料等物品在存储和运输过程中的压力测量和监控;农业中小麦、大米以及大豆谷物等存储和运输过程中的压力测量和监控;制药业药片和药丸加工生产需要进行的压力测量和监控;采矿业矿石、矿渣加工过程需要进行的压力测量和监控等,都能提供压力测量误差修正上的帮助。”郭力欣喜地介绍。

技术的生命在于能够用起来。面对复杂多变的工程问题,任何一个很小的疏忽都可能引起大的事故和灾难。该技术在科研上可以更准确地获取固体颗粒介质的压力,从而减少模型试验的失败与重复次数,使科研经费的效用最大化。在设计上有利于设计人员对工程条件的精准把握,优化设计,降低成本。该技术还使工程现场的压力监测更准确地反映监测项目的数据变化,从而有效控制事故的发生。

“小问题也是问题,解决好了也不容易,解决好了也可能会使大的问题得到最佳解决。”

目前,该项目成果已在太原晋祠隧道建设中支护压力监测和洛阳市某建筑基坑项目中土压力监测方面得到实际应用。“采用该技术进行监测,信息反馈更准确,减少了误报,增加了施工安全性,保证了工程进度,还提升了企业在行业内的美誉度。”业主和施工单位一致好评。