新型数字激光动光弹性实验技术在爆炸力学中的应用

 用泵浦激光器和高速数码相机(Fastcam SA5)分别取代传统的多火花式点光源和多幅式胶片相机,将高速数码相机和激光光源组成的高速摄影系统与动光弹性实验方法相结合,建立了新型数字激光动光弹性实验系统。应用该系统进行了爆炸载荷下的动光弹性实验研究,实验显示,与传统动光弹性实验系统相比,新型数字激光动光弹性实验系统具有记录时间长、采集频率高、实验结果可靠、操作方便、便于实现自动化分析处理等特点。研究结果表明,这一新型数字激光动光弹性实验技术是研究爆炸力学的有效工具。     

数字动光弹性实验技术的研究与应用

采用激光和数字高速相机,建立了数字动光弹性实验系统。自行浇筑了环氧树脂光弹性平面模型材料,进行了简支梁三点冲击动光弹性实验。实验结果表明,数字动光弹性实验技术研究动态应力波的传播问题是可行的;落锤冲击动光弹性实验表明简支梁在受到冲击载荷作用时,在简支梁的支点处首先产生应力集中,随后在下部两支点的中间位置处出现较大的拉应力,这是三点冲击试验中裂纹起裂通常发生在两支点的中垂线上,并沿下边缘从下至上扩展的原因;随着动态应力波在模型内部的进一步平衡,简支梁模型内部的应力逐渐向"上压下拉"的静力平衡状态发生转变。     

爆炸加载下含裂纹试件的动光弹研究

本文对爆炸加载下含裂纹环氧树脂板试件进行了动光弹实验研究,给出了有关的实验照片,并对爆炸过程、应力波传播规律及其对裂纹的影响进行了讨论.     

泡沫陶瓷对瓦斯爆炸火焰传播的影响

为了有效抑制煤矿瓦斯爆炸的冲击波,设计加工了断面为200 mm×200 mm的方形爆炸实验管道,实验研究无障碍物条件下瓦斯爆炸火焰传播规律和泡沫陶瓷对瓦斯爆炸火焰传播的影响,并采用高速摄影系统对火焰的传播过程进行了拍摄.实验结果表明,管道内瓦斯爆炸火焰的传播速度和结构不稳定;泡沫陶瓷可以抑制火焰的传播,起到淬熄火焰的作用.研究结果对于防治煤矿瓦斯爆炸具有重要的使用价值和理论意义.     

小尺度管道中CH4-O2爆炸火焰传播规律实验研究

为研究小尺度管道中CH₄-O₂爆炸火焰传播规律,设计并建立了小尺度管道实验系统,由小尺度管道、配气系统、点火系统、爆炸压力数据采集系统、高速摄影系统以及数据处理系统等组成. 利用小尺度管道实验系统,研究了不同初始压力、不同初始浓度条件下CH₄-O₂混合气体爆炸火焰传播的规律. 爆炸火焰传播速度由高速摄影系统采集的图像利用Matlab程序进行处理并计算得到. 结果表明:同一初始浓度条件下,随着初始压力的增加,爆炸火焰在管道中传播的最大速度随之增大;管道中爆炸火焰最大速度与初始压力的倒数近似呈线性关系;对于不同初始浓度下的混合气体,都存在使混合气体形成加速火焰的最低初始压力;以化学当量浓度（CH₄+2O₂）为界限,当初始浓度越接近化学当量浓度时,混合气体形成加速火焰所需的最低初始压力越小.      

在MODEL-75图象处理系统上实现光弹图象的数据采集及处理(Ⅰ)

本文介绍了MODEL-75数字图象处理器的基本功能以及数字图象处理技术在光测弹性力学中的应用。阐述了用M75进行光弹图象采集和处理的有关方法。     

爆炸应力波与径向裂纹相互作用的动光弹研究

用动光弹和高速摄影方法观察了爆炸应力波与爆炸产生的静止的径向裂纹相互作用以及自由边界来的反射波与扩展中的裂纹相互作用的动态过程。根据实验数据分析了入射P波与裂纹相互作用的机理以及径向裂纹的初始方向对裂纹重新扩展的影响。获得了裂纹重新扩展的滞后作用时间。     

光测力学教材中的几个问题

本文对光测力学教材中关于零级条纹的判别，等倾线与各向同性点，三维光弹性实验中的次主应力等问题进行了讨论。     

激光对生物体的力学作用

本文比较了光力大小,分析了激光捕获生物粒子的物理机理,报导了用了不同模式的Ｈｅ－Ｎｅ和Ａｒ＋激光,在４０位显微物镜下,操纵生物样品的实验结果,为激光光镊的力学特性及其应用研究提供了实验依据。     

数值方法在光测力学中的位置

本文列举了数据数值计算方法在光测实验应力分析中的各种应用,介绍了近年来国内实验——数值混合法研究工作的进展。同时,对实验力学与计算力学手段结合应用的趋势及其优越性做了评述,并就混合法的精度、灵敏度、可靠性、适用性等问题及今后研究的方向提出了看法。     

超高速数字图像相关实验系统及其在爆炸研究中的应用

 基于数字图像相关方法和超高速摄像技术,建立了超高速数字图像相关实验系统,并应用该系统和UV平板打印制斑技术,通过在聚碳酸酯（PC）平板试件上进行爆破模型实验,分析了爆破应变场的演化过程和衰减规律。结果表明,爆炸产生应力波的表现形式以压缩波为主、剪切波为辅;随着应力波在试件平面内的传播,应力波频率由高频向低频衰减,应力波能量逐渐耗散。采用ABAQUS有限元分析软件对爆破模型实验的动态过程进行模拟,数值模拟的变形演化规律与模型实验结果基本吻合,验证了超高速数字图像相关实验系统对爆炸问题的研究具有良好的适用性。     

节理频度对类岩石介质裂纹扩展行为的影响

为研究节理频度对类岩石介质受冲击荷载作用时动态裂纹扩展行为的影响,借助新型数字激光动态焦散线实验系统进行了试验研究.结果表明:随着节理频度的增大,竖向裂纹起裂时的动态应力强度因子减小,但大于水平节理翼侧裂纹起裂时的应力强度因子;裂纹扩展至节理区域时,动态应力强度因子有一个交替震荡的过程,此过程持续时间随节理频度增大而延长;竖向裂纹从加载到起裂时间并不明显改变,但从起裂到试件贯通破坏的时间近似线性增长;竖向裂纹起裂后的速度随节理频度增大有所减小,但大于裂纹扩展通过节理区域后的速度.可见不同节理频度类岩石介质的裂纹扩展行为存在差异,为冲击荷载下岩石断裂破坏提供理论参考.     

断裂控制爆破裂纹扩展的高速摄影试验研究

本文通过对不同材质爆破高速摄影试验的观察和分析,揭示了在不同爆破方法下裂纹发展的基本规律以及裂纹长度和扩展速度.试验还发现在不同的爆破方法下其裂纹发展有明显的差异.     

组合式铝蜂窝低速冲击响应特性实验研究

以组合式铝蜂窝为研究对象,通过改进SHPB系统,利用激光光通量位移计和PVDF压电薄膜测试技术,得到了铝蜂窝结构大应变低速压缩应力应变曲线;结合高速摄影分析了组合式铝蜂窝结构在低速撞击条件下的变形响应方式和吸能特性过程.结果表明,组合式蜂窝结构动态吸能可分为蜂窝嵌入过程和结构共同压溃两个阶段,对于厚度相同的两级组合式铝蜂窝结构这两个阶段的转换变形应变约为0.5,嵌入阶段所吸收的能量占总吸能比约为25%;组合蜂窝结构的吸能效率曲线存在两个相当的峰值,约为40%.与准静态结果对比,动态加载条件下,组合式蜂窝结构吸能效果更好.      

缓冲层介质对切缝药包爆破断裂力学行为影响的研究

为了研究炸药至炮孔壁之间的缓冲层介质对切缝药包爆破断裂力学行为的影响,采用新型数字激光动态焦散线测试系统,开展多组爆破光测实验。借助LS-DYNA数值模拟软件,对比分析炮孔内部压力场的分布规律。研究结果表明:切缝药包能够利用切缝管有效控制爆炸应力场的分布,使能量沿切缝方向集中释放,定向爆破效果显著。与空气相比,水提高了切缝药包对炮孔壁的冲击破坏能力,爆生主裂纹的断裂力学参数增大,表现为更长的扩展距离、更高的运动速度和动态应力强度因子。爆炸冲击波能和爆生气体脉动能是水中主要的能量存在形式,模拟结果显示水比空气具有更好的传压能力,缓冲层内形成更高的压力峰值。     

冲击荷载下Ⅰ型裂纹与圆孔缺陷相互作用

采用数字激光动态焦散线和超动态应变测试系统,对含圆孔缺陷的有机玻璃板三点弯曲梁进行冲击断裂实验,开展Ⅰ型扩展裂纹与不同直径圆孔缺陷相互作用实验研究。结果表明：冲击载荷下预制裂缝尖端焦散斑不断增大,圆孔缺陷左、右边缘应变片测点表现出竖直受压、水平受拉的应力状态。裂纹起裂后沿直线扩展,主要表现为Ⅰ型断裂。初始裂纹扩展速度和动态应力强度因子大小相似,变化趋势相近,应变片测点水平和竖直方向均表现出拉应力状态。初始裂纹与圆孔缺陷贯通时止裂,贯通瞬间应变片测点的水平和竖直拉应力均达最大值。随着圆孔缺陷直径增大,次生裂纹起裂速度和起裂韧度均变大,起裂难度增高。研究结果为揭示动荷载下含缺陷岩石断裂机理提供借鉴。     

用于高速摄影的触发信号源

触发信号源采用半导体激光器,扇形光幕和原向反射器构成,可为高速摄影系统提供启动信号,成对使用可进行运动物体速度的测量.文中对微珠玻璃原向反射器的工作原理进行了理论分析,提出了剩余发散角的概念,并对商品微珠玻璃原向反射器的反射率和剩余发散角进行了测试,为设计触发信号源的光学结构提供了依据.同时给出了利用狭缝相机拍摄到的56式7.62mm枪弹运动姿态.实验结果表明触发信号源无框架装置有效作用区大,抗干扰能力强,不受环境照明条件的影响,具有非接触、可全天候工作、性能稳定可靠、使用灵活方便等特点.     

基于两轴共振模式的风电叶片疲劳加载监控系统设计

为了缩短风电叶片疲劳测试周期,提出了一种基于电驱动的两轴共振疲劳加载方法。给出了两加载源速度和相位的检测方法,并以此制定了同步控制策略。整个控制系统采用主从式两级网络构架模式,采用高速脉冲计数传感器测量2个加载源的速度和相位,采用激光测距仪测量叶片振幅,并采用Labview软件开发了上位机监控界面。试验结果表明,该监控系统能很好地测量加载源的转速、相位和叶片振幅等特征参数。     

高速摄影技术在《爆破工程》实验中的应用

通过自制简易高速摄影拍摄及防护系统并将其应用于爆破工程实验教学中,进行了防弹玻璃爆炸裂纹发展过程、炸药爆轰过程、导爆管爆轰过程以及岩体层间软弱夹层运动过程的高速摄影拍摄,再现了整个爆破过程。使得爆破实验中的高速现象易于观测和记录,便于学生对炸药爆轰理论、爆破破岩理论等爆破理论的理解与记忆,增加了学生学习的兴趣,提高了学生自主学习能力,取得了良好的教学效果。