损伤炸药反应速率及起爆的数值模拟

在PBX炸药冲击损伤和冲击起爆实验的基础上,采用拉格朗日分析方法对损伤炸药的化学反应速率方程进行整体标定,并对损伤炸药的冲击起爆过程进行了数值模拟. 结果表明,损伤炸药冲击波感度提高,得到了损伤炸药化学反应速率方程相关参数的变化规律.     

高压水射流破碎高围压岩石损伤场的数值模拟

利用ALE(arbitrary lagrange-euler)算法,考虑到一般情况下岩石处于高围压状态,建立了高压水射流冲击高围压岩石的数值模型.分析了高压水射流冲击下高围压岩石的损伤演化过程,指出岩石破碎过程呈阶跃式;通过对比无围压状态下岩石和高围压状态下岩石在高压水射流作用下破碎坑演化情况,指出处于高围压状态下的岩石损伤沿轴向的演化速率明显低于无围压状态下的岩石,沿径向的损伤演化受围压影响较小.通过分析4个典型单元在不同速度射流冲击下损伤演化情况,表明在提高射流速度可明显提高射流破岩效率,并在理论上对射流速度与射流破岩性能的关系进行了解释.     

石灰岩的SHPB试验研究

利用大直径（φ75 mm）分离式Hopkinson 压杆装置（SHPB）实验技术对石灰岩岩石试件进行了循环冲击实验,得到了石灰岩岩石冲击过程中的动态应力-应变曲线,定量研究了冲击过程中的能量耗散. 同时利用岩石损伤的超声波测试技术对应力波作用下的石灰岩损伤进行表征,并探究了不同冲击条件下石灰岩损伤和应力波波幅、石灰岩损伤和耗能值之间的关系. 在子弹长度相同条件下,石灰岩损伤和应力波波幅呈指数关系,且在累次冲击实验中得到印证. 石灰岩损伤与耗能值之间为简单的线性关系.      

炸药冲击损伤及损伤炸药冲击起爆实验研究

采用炸药爆炸冲击加载的方法,对PBX炸药进行冲击损伤实验,测试炸药冲击前后的密度变化,并利用扫描电镜(SEM)对炸药的剖面进行细观观察,同时对损伤炸药的冲击起爆过程进行了实验研究. 通过比较不同损伤程度PBX炸药的压力变化历史得到,炸药损伤越严重,波阵面成长越快,冲击感度越高.     

基于血液撞击损伤机理的高速螺旋血泵仿真分析

采用血液流变学及应力波理论,对高速螺旋血泵中血液撞击损伤机理进行研究,分析红细胞-固壁撞击破碎的过程和红细胞膜冲击破碎的条件;通过血液撞击损伤实验,对不同撞击速度下血液生理性能指标变化及红细胞微观形态进行观测分析,得出红细胞破碎的临界撞击速度;结合所设计的螺旋轴流血泵及螺旋混流血泵,应用多相悬浮体CFD 仿真技术,对血泵中的速度场进行仿真分析.研究结果表明当垂直撞击速度达到6 m/s 以上时,红细胞有可能发生破裂而导致溶血;所设计的螺旋混流血泵中血液由于红细胞撞击破碎而导致的溶血情况并不严重,其血液撞击损伤程度比螺旋轴流血泵的撞击损伤程度低.     

颗粒破碎过程的离散元精细化建模

为了模拟颗粒的破碎过程,反映颗粒破碎后碎片的真实形状,改进了多面体的接触识别算法,提出了一种基于离散元法的精细化弹簧-四面体单元破碎模型.将多面体颗粒用弹簧-四面体单元离散后,利用连接线性目录法建立可能接触颗粒对的邻居目录,采用改进的射线穿透法判断邻居目录中颗粒对是否真正接触.两种算法共用边界盒,讨论了接触识别算法中特殊的接触类型,并计算接触力.通过最大拉力准则判断弹簧断裂,最终获得多面体颗粒的破碎情况,并对六棱柱颗粒高速冲击刚性边界的破碎过程进行了数值模拟,研究了不同速度下颗粒高速冲击刚性边界的破碎程度.模拟结果表明,建立的弹簧-四面体单元破碎模型可以模拟多面体颗粒的破碎过程,连接线性目录法能够快速建立颗粒系统的邻居目录,改进的射线穿透法能有效地识别颗粒间各种复杂的接触情况.研究结果表明,颗粒破碎是从未破碎-快速发展-缓慢发展的过程,并且速度越大,初始破碎时刻越早,破碎发展速度越快,破碎程度也越严重.数值模拟结果与颗粒冲击破碎实验的结果趋势相符,计算模型反映了真实情况下颗粒的破碎趋势.改进了的多面体接触识别算法和提出的弹簧-四面体单元破碎模型可以有效地模拟颗粒的破碎过程,解决颗粒破碎后碎片的真实形状问题.     

岩石冲击损伤特性的声波测试研究

在配有软回收装置的平板碰撞实验台上进行两种典型岩石冲击损伤实验，并对回收样品进行超声波测试，得知岩石的动态损伤与冲击速度和超声波衰减系数有关，后者较好的反映了岩石的损伤程度。结果表明声波衰减系数可作为表征岩石损伤模型的主要参量。     

酸腐蚀作用对岩石的接触变形和损伤的影响

为了探索岩石受酸性环境腐蚀的非破坏性检测方法,用冲击球压法研究花岗岩、大理石在质量分数为6%的盐酸溶液中压入深度-冲击荷载关系、损伤半径-拉应力关系及接触损伤的规律.将未受酸液作用的试样进行球压试验后浸泡于酸液中进行损伤区扩展试验.对岩石压痕损伤区的形貌特点进行表征,阐明接触损伤对岩石材料的潜在危害.研究结果表明:在盐酸的持续作用下,花岗岩的表面弹性模量缓慢降低,大理石的表面弹性模量迅速降低,其中,90 d时花岗岩表面弹性模量下降52.7%;15 d时大理石表面弹性模量下降92.2%,未到90 d时,材料整体发生溶蚀;90 d时花岗岩的损伤区扩展31.9%,而大理石的损伤区在15 d时扩展了128.9%.     

低速冲击下钢筋混凝土深梁抗冲击性能及其损伤评估

为研究钢筋混凝土深梁在低速冲击下的抗冲击性能和损伤机理,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对不同冲击速度下深梁动力响应进行模拟.分析深梁的动态损伤过程及横截面的损伤分布,采用截面损伤因子对钢筋混凝土深梁的损伤程度进行定量评估;进一步分析边界条件、冲击位置对深梁抗冲击性能和损伤的影响.分析结果表明:建立的模型可以合理模拟低速冲击下深梁的动力响应;低速冲击下深梁先在局部范围内形成损伤,再向整体扩展,在回弹变形阶段冲击位置处局部损伤二次增大;冲击速度对深梁冲击位置附近的截面损伤程度影响显著;增强边界约束条件,能够提高低速冲击下深梁承载力,降低损伤程度;冲击位置对深梁的竖向变形和破坏位置有明显影响,但对损失程度影响轻微.     

超声法研究混凝土动态损伤实验

动态损伤的量化是混凝土破坏机制研究的难点.文章提出了结合SHPB实验技术,定量测量混凝土冲击损伤的超声方法,并用该法进行了动态损伤量化研究,对实验数据进行了拟合比较.研究证明该方法适用于应变率在10 ～40 s-1范围内的动态损伤研究.     

超声多普勒流量计实现分区流速测量的方法研究

为了扩展超声波多普勒测量方法的功能并提高超声多普勒流量计的测量精度,提出了可以实现流通区域内流体速度分布测量的分区流速测量方法。采用超声波交叉域法,对声束的发射与接收进行汇聚,使汉速信息集中在流场中十几毫米到数毫米的区域范围内;采用了发射、接收换能器,让声束的交叉域分布在描述流场特性的地方,实现了流场的分区流速测量。扩展了超声波多普勒方法的功能,若对分区流速进行积分处理就可获得流量,为提高超声多普     

基于非线性超声的混凝土高温损伤研究

在高温作用下,混凝土内部会发生物理和化学反应,引起材料的力学性能改变,影响混凝土的安全性能。文章对混凝土在不同高温受热温度和受热时间阶段下的力学性能进行测量试验,研究了混凝土高温损伤下超声波波速和非线性超声系数的演化规律,并讨论了非线性超声方法的适用范围。试验结果表明,当混凝土的高温损伤较小时,非线性超声检测对混凝土材料的高温损伤更加敏感,可以用来更为准确地评估混凝土结构在高温下较低损伤情况。     

受损混凝土梁段中非均匀刚度的损伤反演

利用波传播理论,建立损伤介质的一维波动方程及反问题分析理论.采用脉冲谱技术并结合正则化思想,针对几种典型损伤模型,在瞬态波场中对损伤进行了反演的数值模拟计算,比较了是否考虑损伤度不为负值的先验信息的反演结果,得出考虑先验信息会使反演结果得到显著改进.数值模拟得到了与真值较为吻合的损伤度及其分布的反演结果.     

冻融循环作用下泥岩的力学特性及损伤机理研究

为研究冻融循环作用下岩石的损伤特性及发展规律,以泥岩为例,对泥岩在不同次数冻融循环条件下进行了单轴压缩和超声波检测试验,并分析在不同冻融循环条件下泥岩的力学特性。结果表明:随着冻融循环次数的增加,试样的原生裂隙受到反复冻胀荷载的作用引起损伤,试样脆性减小、延性增大,单轴抗压强度、弹性模量以及纵波波速均减小;对各力学参数的劣化规律及损伤机理进行了研究,建立了呈指数型衰减的模型,结果表明单轴抗压强度、弹性模量和纵波波速的劣化随冻融循环次数的增加而增大,但增大速率却逐渐减小,趋于稳定;最后,基于波阻抗为损伤变量,建立泥岩的冻融损伤方程,结果表明泥岩的损伤随着冻融循环次数的增加而增大,但增大速率逐渐降低。     

单轴加卸荷过程中岩石声学特性及其与损伤因子关系

设计了岩石试块的单轴加卸荷实验.利用声发射观测动态检测损伤的扩展,通过超声波检测来定量评价岩石试块的损伤程度.结果表明:岩石在加载和卸载两种过程中都有新的损伤产生;其损伤扩展和演化过程可以通过声发射监测来动态观测,损伤演化的水平则可通过超声波的信号特征进行定量评价.     

微波照射后玄武岩损伤机理试验研究

为探究微波循环照射下玄武岩损伤机理,在不同微波照射参数下,对玄武岩试件进行微波循环照射和连续照射,通过超声波检测、巴西圆盘劈裂试验,以纵波波速、抗拉强度、损伤变量作为定量指标,衡量微波辐射对岩石损伤效应影响程度。结果表明:采用低功率微波照射时,因单次微波输入能过低不足以达到裂纹起裂能,使得循环照射的功效无法显现,此时不宜使用循环照射微波加载模式;采用高功率微波照射时,微波循环照射对岩石的损伤效应随着循环次数的增多而增强,且较之于连续照射,可实现用较少的能耗达到更好的损伤弱化效果;水是引起岩石损伤的重要因素,在循环照射间歇采用冲水冷却方式可增强岩石受损程度;可见高功率微波循环照射方式可提高破岩效果。     

基于波包分解的主动Lamb波结构损伤监测方法

主动Lamb波结构健康监测研究中,监测信号的质量易受到环境参数变化以及人为操作误差的影响。在分析Lamb波传播特性以及主动Lamb波结构损伤监测技术原理基础上,研究采用波包分解方法获取Lamb波损伤散射信号。通过相关运算,从损伤结构响应信号中分离出健康响应信号部分,实现损伤散射信号的获取。给出了方法的基本原理和实现过程。结合时间反转损伤成像监测方法,在真实环氧玻璃纤维复合材料板结构上进行了实验验证,并与传统损伤散射信号获取方法进行了对比。实验结果表明,该方法能够较好的消除环境参数变化等误差对监测信号带来的影响,具有较好的实用性。     

复合材料层合板损伤的延迟累加成像算法

由于复合材料结构的各向异性,导致难以准确获得导波的波速和传播时间。因此在使用传统的延迟累加成像算法对复合材料结构进行损伤识别过程中,会造成损伤定位精度的降低。考虑到复合材料的各向异性导致导波在各个方向的波速并不相同,提出了一种改进的延迟累加损伤成像算法。该方法通过利用激励器与成像点以及成像点与传感器之间的方向角,在成像过程中选取了不同的方向波速进行损伤识别。通过一复合材料层合板冲击损伤的监测实验,将所提算法与采用不同方向波速的传统延迟累加成像算法进行对比,对所提方法的有效性进行了验证。实验结果表明:相比于采用单一速度的延迟累加成像算法,该方法的损伤监测误差控制在4%以内。