高速滑坡飞行气动特性的风洞试验研究

国内外已发生的许多大型高速滑坡在近程活动阶段均呈现飞行运动，高速滑体如同机翼一样，将产生机翼效应。这种空气动力学效应不仅使滑坡飞行得更远，而且使位能更多地转变成滑坡飞行的功能，使滑体获得更大的速度，将高速滑体制成相似的机翼模型，进行风洞试验，即可测定滑坡凌空飞行的空气动力学参数，从而计算大型高速滑坡凌空飞行的空气动力升力、飞行速度和飞行距离等。风洞试验结果表明：高速滑坡体的几何形与结构、飞行姿态对高速滑坡飞行气动特性有显著影响，而飞行速度对气动特性的影响甚小。     

云南头寨滑坡全程流体动力学机理分析

云南昭通头寨沟于1991年9月23日突然发生大型高速滑坡,总方量约1 800×104 m3的滑体高速下滑,在2～3 min的时间内冲入盘河.文中用流体动力学理论分析了头寨滑坡全程各个活动阶段的动力学机理,并得出了几点结论.启程阶段由于孔隙水压力及水汽垫层的共同作用,使作用在滑动面上的有效应力显著降低,从而导致滑带土抗剪强度减小;近程阶段高速飞行的滑坡体会产生机翼效应,使滑体势能更多地转化为动能,高速滑体可越过小山包且凌空飞行时间更长,飞行距离更远;远程阶段高速运动的碎屑体与周围空气之间产生复杂的空气动力学现象.产生的高速运动的垂直向上的气流和旋转向前的高速涡流的共同作用是碎屑流高速远程运动的根本原因.     

滑坡碎屑流颗粒分选效应的数值模拟

大量粗细不均匀的碎屑岩粒及孤大块石在滑坡碎屑流运动过程中的相互作用产生颗粒分选效应,影响了滑坡碎屑流的运移堆积特征及致灾效应。以模型试验的资料和数据为依据,运用三维颗粒离散元素法,建立滑坡碎屑流颗粒流数值模型,从滑体运动堆积过程中不同粒径组分的分布位置和动能两方面研究了滑坡碎屑流颗粒分选效应的形成过程,探讨了颗粒分选效应的形成机制。结果表明:滑坡碎屑流运动过程中,粗颗粒组分易获得较大速度并向滑体表层及前缘运移,细粒组分运动速度较慢,并向滑体底层及后部聚集,这种颗粒分选效应最终导致了滑体反粒序分布结构的形成。滑坡碎屑流颗粒分选效应是由振动筛分、小颗粒耗能较大率先停积、大颗粒碰撞分离等动力学机理共同作用的结果。     

基于连续介质力学离散元方法的洒勒山滑坡过程模拟

利用连续介质力学的离散元方法力学计算软件中的颗粒流离散元计算程序,结合野外踏勘与室内试验得到的数据,对洒勒山高速远程滑坡过程进行模拟,研究由蠕变导致的下部老滑坡复活并带动上部滑体滑动的滑坡整体运动过程.模拟后得到的滑坡物堆积形态与实际情况基本吻合,对上下部滑体及监测点的位移、速度、加速度进行分析,结果表明:上部滑体运动最大速度较大,可达35 m/s,下部滑体运动距离较远,长达800 m.滑动过程中在撞击面附近与下部滑体前段均存在颗粒抛射现象.下部滑体撞击后的滑动呈显著的流体特征.整个滑动过程可以分为5个阶段:下部启动,下部加速剧滑-上部启动,下部匀速滑移-上部剧滑,上部撞击减速-下部再加速,总体减速自稳阶段.上下部滑体碰撞导致的能量传递是洒勒山滑坡可以高速远程运动的重要原因之一.     

挟沙强横风环境下高速列车的冲蚀性能研究

为了研究风沙环境下高速列车的冲蚀效应,基于空气动力学理论,使用Navier-Stokes方程、标准κ-ε湍流模型对气流进行连续化假设,应用DPM模型对沙粒粒子进行离散化处理。数值模拟了不同风速、不同沙粒粒子直径、不同浓度下的高速列车冲蚀效应,采用欧拉-拉格朗日方法进行求解计算。研究结果表明：速度越大,反射后的粒子距离列车表面越远,偏航角越大,列车附近的粒子运动越无规则;当速度不变时,列车车头处的冲蚀率随着粒子直径的增大而增大;当粒子直径不变时,冲蚀率随着粒子浓度的增大而增大,随着速度的增大呈现先减小后增大的趋势,且最大冲蚀率是最小冲蚀率的2.8倍。     

基于QUAKE/W和SLOPE/W下甘家寨滑坡地震动力响应分析及稳定性评价

以鲁甸地震甘家寨滑坡为例,运用QUAKE/W模块分析地震作用下滑坡加速度、速度、位移的动力响应情况;将QUAKE/W结果导入SLOPE/W中,结合安全系数及永久位移,评价水平地震动与水平、竖向地震动共同作用下的滑坡稳定性。研究表明:滑坡监测点的加速度、速度、位移存在滞后性和放大效应;水平地震下滑坡安全系数降低并产生0.381 m的永久位移,滑坡失稳;相比水平地震动,水平、竖向地震动的共同作用使滑坡稳定性明显降低。     

基于运动捕捉系统的小型有动力无人机气动特性分析

通过运动捕捉系统获取飞行参数,最终通过公式推导的方式获得有动力小型无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)的空气动力学参数.首先,使用精确的电子秤测量无人机在不同推力功率下的推力值,得到无人机的推力曲线.其次,无人机在Vicon运动捕捉系统环境下进行飞行试验,得到飞行过程中无人机的位置及姿态信息,经过平滑和微分处理后,可得到无人机每一时刻的速度、加速度、角速度、角加速度.针对所推导的数据,使用MATLAB建模,生成有动力无人机的气动曲线.对所获气动曲线进行分析,结果表明,该方法可用于描述非定常空气动力学效应,为研究厘米级飞行中的空气动力学现象提供思路.     

甘肃洒勒山成速滑坡的基本特征及其形成的动力学机制

本文首先讨论了该滑坡的形态、结构和运动的基本特征,指出:(1)该滑坡可分为特点截然不同的两部分。上滑体,可称为滑动铲部分,滑动时此部分滑体主要沿较陡的滑面发生整体性的转动滑移,垂直位移分量较显著。下滑体,可称为碎屑流部分,滑动时此部分滑体基本上呈近水平的运动;(2)主滑面呈上陡下缓渐转水平的座椅状;(3)滑坡的发展具有“推落式”的特点,上滑体是主动部分,它的突然失稳和下滑是推动下滑体运动的主要动力,(4)此滑坡的产生是斜坡变形累进性发展的结果,滑坡后缘拉裂缝的发展经等速开裂、加速开裂和裂缝闭合等三个阶段,最终导致大滑动。文中根据后缘拉裂缝等速开裂的资料,导出了一个预测滑动发生时间的公式。还根据现场证据进一步分析了造成此类滑坡高速远滑的两个机制:滑动铲机制和碎屑流效应,并根据所提出的机制导出了一个预测此类滑坡最大滑速的公式。     

高速远程滑坡气垫效应的风洞模拟试验研究

将木质材料制成不同坡度、不同横断面形式的沟谷地形,通过大型风洞模拟试验,测定了地面效应影响下滑体凌空飞行时的空气动力学参数.风洞试验结果表明：沟谷地形对地面效应影响显著.地形圈闭效果越好,地面效应越明显,模型升力系数相对于平坦地形将成倍增加;模型离地高度越小,气垫效应越显著,但对平坦地形影响不明显;各沟谷地形下升阻比曲线变化基本相同,最大值均发生在飞行迎角8°左右.     

楔形滑体运动特征数值模拟及分析

文章将常见滑坡模型进行简化,把滑体的运动状态分为失稳启动后斜面运动阶段和水平运动阶段。通过FISH语言编写PFC3D颗粒流运行程序,模拟并分析了滑体从开始解体到运动停止堆积状态的整个运动过程。考察滑体在不同时刻的运动形态变化,记录了滑体内部颗粒接触数目与滑体能量随时间变化的规律。通过在相关特征部位设定监测点,获得滑体不同部位的总速度、纵向速度和纵向位置等运动特征参量。结果表明:滑体各部分运动状态受所处的初始位置影响很大;滑体颗粒不光有前后运动还有横向运动;滑体中不同能量变化差异较大。     

质量矩拦截弹滑模反演控制律设计

与传统的舵面控制相比,采用质量矩控制的飞行器在高速飞行下的气动阻力和气动加热都将大大降低,极大地增强了飞行器的机动性和敏捷性,为飞行器的控制效率和控制精度的提高提供了条件。以末段飞行中的质量矩拦截弹为控制对象,在建立其非线性耦合动力学系统数学模型的基础上,针对气动参数和结构总体参数的不确定因素的影响和执行机构在控制过程中存在的抖振现象,采用反演控制和参数提取时自适应律的积分处理算法,设计了快速终端滑模控制律。通过对控制器的稳定性分析和质量块移动指令执行情况的仿真,验证了此方法的有效性和可行性。     

高风速区钢箱梁桥施工过程抗风稳定性分析

 对大跨度钢箱连续梁桥施工过程最大悬臂状态进行非线性气动稳定性分析.提出基于风荷载非线性及结构几何非线性的气动稳定性分析理论.以某跨海大桥为工程背景,进行静风效应及风致抖振效应计算,明确钢箱梁最大悬臂状态位移响应均方根最大值,并以结构一期恒载作用下的位移为初始缺陷,静风力与抖振力作为荷载进行主梁最大悬臂状态非线性气动稳定性验算.结果表明,随着桥位处风速的增加,主梁悬臂端和跨中水平及竖向位移均呈现非线性增长趋势;结构的位移响应随着风攻角的正负变化而产生变化,风荷载的影响不容忽视.由于主梁刚度较大,在120 m·s^-1风速范围内并没有出现失稳临界状态,但悬臂端水平及竖向位移变化幅度较大,为了保证人员安全及合龙顺利进行,提出3 种抗风措施.     

基于条带状模型的航空器巡航阶段尾流风险区计算

为缩短巡航阶段尾流间隔与垂直间隔，提高空域利用率，首先建立尾流运动模型与尾流耗散模型，使用条带状模型计算后机遭遇前机尾流的气动力矩，以滚转力矩系数极限值作为衡量尾流风险的指标，计算不同机型、不同高度层以及不同起飞重量下的尾流危险区域，并对其影响范围进行分析。最后结合危险区与后机航道的重叠范围确定最小尾流安全间隔。结果表明：与近地阶段相比，巡航阶段尾流初始环量大，耗散速度快。高度层增高会使尾流下沉加快，尾流危险区与垂直间隔增大，水平间隔减小；飞机重量增大会使尾流危险区与垂直间隔变大，水平间隔减小；超重型机的危险区远大于重型机与一般重型机。中型机与不同重型机的水平间隔可缩减38%-57%，垂直间隔至少可缩减至100m。研究结果为制定巡航阶段尾流安全间隔标准具有实际参考价值。     

高速球轴承防滑最小轴向力研究

高速球轴承的滚动体受到较大的离心力和陀螺力矩作用,容易产生打滑和剧烈磨损.综合考虑径向载荷、轴向载荷、离心力和陀螺力矩的作用,建立了高速滚动轴承力学模型,并通过弹流润滑牵引力模型和防滑准则,得到了不同位置处滚珠的最大摩擦因数和防止滚珠打滑的最小轴向力.结果显示滚珠与滚道间的最大摩擦因数在一定范围内变化,且最小轴向力随着转速和径向载荷的增加而增加.     

板式橡胶支座的水平位移特性

为研究曲线梁桥板式橡胶支座在实际运营过程中的受力特性和水平位移发展规律。通过Abaqus建立矩形板式橡胶支座GJZ 500×600×130的有限元模型，对比模型与理论计算的剪切刚度说明了模型的正确性，基于此模型进一步对支座在单次和多次循环位移加载作用下来研究支座水平位移变化规律，然后考虑曲线梁桥板式橡胶支座实际受力情况进行加载，研究支座在变化的竖向压力荷载作用和考虑静动摩擦转变等情况下的位移变化特性，并分析了支座在长期重复荷载作用下的残余变形的发展规律。结果表明：通过此方法建立的支座有限元模型能够较好地模拟支座与上部结构之间的摩擦行为，精确的计算支座的剪切变形和滑动位移；动态的竖向压力作用对支座剪切变形阶段基本不受影响，但对滑动变形阶段有较大大的影响；支座由静摩擦转变为动摩擦时，其水平力和剪切变形会突然减小；支座的残余变形会随着加载次数的增加而累积增大，但增长幅度随着加载次数增长而减小。     

大跨度流线型箱梁悬索桥颤振稳定性气动优化

以主跨为1 660 m流线型箱梁悬索桥为工程依托,采用风洞试验和CFD数值模拟相结合的方法对影响大跨度悬索桥颤振稳定性的主要因素(主缆空间形式、主梁气动外形和中央稳定板高度)进行了研究,并对气动控制措施机理进行了探讨.结果表明:主缆布置形式对桥梁结构颤振临界风速的影响主要表现为主缆布置形式导致桥梁结构扭转频率的改变,从而影响桥梁结构颤振临界风速;适当增加主梁断面宽高比可有效提高桥梁结构颤振临界风速;设置合适高度的中央稳定板可有效提高带水平分离板的流线型箱梁断面颤振临界风速.中央稳定板附近产生的涡会引起主梁断面竖向气动力增加,导致主梁断面竖向运动参与程度提高,抑制了主梁断面扭转运动,从而提高了流线型箱梁断面颤振稳定性.     

不同时间尺度等离子体气动激励特性的测试诊断

为了揭示ns脉冲等离子体气动激励与流场附面层耦合作用机制,提高等离子体气动激励控制附面层的能力,对不同时间尺度的等离子体气动激励的放电特性和体积力等进行了测试诊断。实验结果表明:ms、μs、ns脉冲放电的放电电压相差不大,但ns脉冲的最大放电电流明显高于ms和μs脉冲,最高可达到4 A;激励电压越大,等离子体气动激励诱导体积力越大;ms、μs脉冲等离子体气动激励诱导体积力水平方向分量较大,ns脉冲水平方向体积力近似为零;ns脉冲垂直方向体积力不为零,与ms和μs脉冲相差较小。