岩石球砾与平板碰撞法向恢复系数

落石法向恢复系数是运动轨迹分析的关键参数。为研究碰撞速率和材料参数对落石法向恢复系数的影响,基于球板碰撞模型,在考虑材料弹塑性基础上建立岩石球砾法向恢复系数理论模型,并利用ABAQUS模拟球板碰撞过程,监测岩石球砾碰撞前后速率的变化。研究结果表明:数值模拟结果与理论计算结果吻合较好,最大差值在5%以内。随着碰撞速率的增大,岩石球砾法向恢复系数逐渐降低,且下降速率逐渐减小;球砾法向恢复系数随着弹性模量的增加而减小,随着弹性极限的增加而增大,且均呈线性关系;泊松比对球砾法向恢复系数影响较小。     

金属微粒与电极碰撞恢复系数的理论和实验研究

金属微粒是降低气体绝缘金属封闭输电线路(GIL,gas insulated transmission lines)绝缘强度的关键因素之一,研究金属微粒与电极的碰撞恢复系数可为微粒陷阱等金属微粒抑制措施提供理论基础。基于弹塑性变形理论,给出了法向恢复系数和切向恢复系数计算公式,并通过碰撞恢复系数测量平台研究了微粒材质特性、微粒直径以及碰撞速度对碰撞恢复系数的影响规律,实验测量结果验证了理论计算公式的可靠性。理论计算和实验测量表明:按金属材质铝、铜、钢的顺序,法向碰撞恢复系数逐渐减小,切向碰撞恢复系数逐渐增大;法向碰撞恢复系数和切向碰撞恢复系数均与微粒直径呈负相关;同一斜碰撞角度下,法向碰撞恢复系数随碰撞速度的增加而减小,切向碰撞恢复系数随碰撞速度的增加先减小后增加,并且不同斜碰撞角度下的法向碰撞恢复系数或切向碰撞恢复系数变化规律类似。文中关于碰撞恢复系数的计算方法可为微粒陷阱等工程设计提供理论支撑。     

典型松散体边坡滚石运动距离的运动学分析

绕避距离是山区公路选线需要确定的重要指标之一.采用运动学的分析方法,在考虑碰撞过程中滚石自转影响的情况下推导出典型松散体边坡滚石运动距离的计算公式,利用Rocfall软件构建现场试验模型,并将软件模拟、公式计算、现场试验测量的结果作对比,验证了推导的公式可行性,对于滚石绕避距离的确定具有一定的指导意义.对滚石运动距离的典型影响因素进行分析,为进一步研究滚石的运动奠定了基础.     

旋转圆板冲击现象的实验研究

在研究法向冲击速度对圆板碰撞恢复系数影响的基础上,应用高速摄像系统对伴有旋转速度圆板的冲击行为进行了实验研究,分析了不同法向冲击速度下旋转角速度对碰撞恢复系数的影响.通过确定变形量系数与旋转角速度的相关性,应用数值解析方法得出了不同法向冲击速度及旋转角速度下的碰撞恢复系数,得到了旋转角速度与碰撞恢复系数的相互关系.结果表明,数值计算结果与实验结果具有良好的一致性.     

基于颗粒跃移运动的推移质输沙率研究

采用高速摄像技术,对跃移颗粒撞击床面颗粒的过程进行了观测.通过求解跃移颗粒与床面颗粒的撞击模型,确定了速度恢复系数.纵向速度恢复系数主要由撞击面角度决定;垂向速度恢复系数主要由入射角度决定.通过求解跃移运动方程,建立了考虑颗粒碰撞影响的平均跃移高度、跃移速度计算式.基于平均颗粒浓度与有效水流强度之间的关系,推导出均匀推移质输沙率公式.经与水槽试验数据、天然河流实测数据的比较,本文公式具有良好的适用性和准确性,可以用于输沙率的预测.     

积水在上倾输油管中运动状态研究

应用试验和数值模拟两种方法对积水在管道中的分布以及表观油速、管道倾角对积水运动的影响进行研究。在内径为0.1 m的环道上进行试验,用高速摄像的方法对积水在5°～30°上倾管道中的运动状况进行分析,在管道入口增加微小波动,对试验工况下积水的运动状况进行数值模拟。结果表明:表观油速对积水运动的影响较大,管道中剩余积水量随着表观油速的增大而减小,当表观油速达到临界值时积水能被完全清除;管道倾角对积水运动的影响较小,在4种试验倾角下清除积水所需的临界油速均相同;数值模拟结果与试验结果吻合较好,由于多相流模型的局限性,不能精确地模拟水滴的聚结与破碎。     

圆板非弹性冲击过程的碰撞恢复系数

应用数值解析方法分析圆板形材料塑性加载和弹性卸载过程的法向接触压力和法向变形量的关系,推导了冲击前后圆板法向冲击速度的理论计算方法.针对圆板形材料卸载过程中材料轮廓的假设引入了变形量系数的概念,探讨了卸载过程中的材料轮廓与加载过程材料轮廓间的关系.应用高速摄像系统观测了圆板对平面冲击过程的冲击速度和反弹速度,确定了对不同冲击速度下圆板冲击速度对碰撞恢复系数的影响规律.对变形量系数予以修正.实验结果表明,所得到的碰撞恢复系数理论计算结果与实验结果十分吻合.     

水稻钵盘投种过程中籽粒运动随落种高度变化的高速摄像验证分析

为了研究播种装置投种机理、判别稻种投种过程中单个籽粒和多个籽粒运动速度与落种垂直高度之间的关系,通过Matlab仿真获得了稻种单个籽粒和多个籽粒的落种垂直高度与运动速度的变化规律,同时,在与仿真条件相同的情况下,利用高速摄像技术对仿真结果进行了验证对比分析,得出,投种过程中稻种的运动规律受稻种落种垂直高度影响,且呈线性递增的趋势的结论。     

连铸结晶器内气泡运动行为及影响因素

为了研究连铸结晶内气泡的运动行为及影响因素,采用了改进的数学模型对气泡在钢液内的运动行为进行了模拟.数学模型考虑气泡的弹开、聚合以及破碎行为,分析了不同拉速和浸入深度对气泡分布范围、含气率以及气泡平均直径的影响.研究结果表明:初始直径较小的氩气泡在水口内的运动过程中会发生碰撞聚合,生成大气泡.相同拉速下,气泡的分布范围和含气率随着水口浸入深度的增加而增大,气泡平均直径随浸入深度的增大而减小.相同浸入深度下,气泡的分布范围和含气率随着拉速的增加而增大,气泡平均直径随拉速的增大而减小.拉速对气泡直径的影响大于浸入深度的影响.     

稳态风场下的沙粒运动规律

风沙运动是风沙地貌以及土壤侵蚀的主要原因,跃移运动是风沙运动的主要形式,跃移沙粒占整个运动沙粒的75%左右,这一运动不仅是沙量传输的主要运动形式,也是造成沙质地表风蚀和风沙灾害的根本原因.通过数值模拟的方式研究了当风沙运动达到稳定状态时的风沙流运动特征,详细讨论了稳态情况下沙粒的跃移运动规律,以期对防沙治沙工作能起到一定的指引.研究结果表明:在不同的初始风速条件下,当风沙运动达到稳定状态时在高度小于10倍的沙粒直径处的风速基本相同,这是由于地表风场被运动沙粒强烈修正,有效粗糙度随着摩阻风速的增加而增加;同时在给定的风场风速下,跃移轨迹和碰撞速度并不是无限增大的,而是存在最大的跃移轨迹和最大的碰撞速度,并且最大碰撞速度以及最大跃移轨迹的高度和长度与摩阻速度成线性关系.     

小球与均质定轴杆的非完全弹性碰撞

讨论了小球与定轴转动细杆碰撞过程中所遵从的物理规律,给出了非完全弹性碰撞的一般公式,分析了碰撞位置和恢复系数对小球和细杆的运动状态的影响,计算了系统的动能损失率,并讨论了其随撞击位置和恢复系数的变化关系。     

三维含摩擦多刚体碰撞问题的数值计算方法

由于碰撞过程中切向冲量的方向会发生变化, 一般情况下三维含摩擦的多刚体碰撞问题需要通过数值计算的方法来确定碰撞结束时最终冲量. 以法向冲量作为独立变量建立碰撞过程中的动力学方程, 以Poisson给出的恢复系数的定义作为碰撞结束的终止条件, 建立了处理一般多刚体系统含摩擦碰撞问题的数值计算方法. 通过数值计算和定性分析展示了碰撞过程中切向运动随法向冲量演化的各种运动模式.     

风速及碰撞恢复系数对风沙流输沙率沿流向变化规律的影响

利用数值方法模拟研究了双流体模型中风速和碰撞恢复系数对风沙运动的影响。结果表明：在相同风速下,沙粒粒径越大其输沙率饱和值越大,饱和距离越长;在相同粒径下,风速越大其输沙率饱和值越大,饱和距离越大。当碰撞恢复系数不同时,输沙率沿流向的变化趋势相同,碰撞恢复系数越大,输沙率饱和距离越短;碰撞恢复系数相同时,粒径越大,风沙流输沙率饱和距离越长。     

风速及碰撞系数对风沙流输沙率沿流向变化规律的影响

利用数值方法模拟研究了双流体模型中风速和碰撞恢复系数对风沙运动的影响。结果表明:在相同风速下,沙粒粒径越大,其输沙率饱和值越大,饱和距离越长;在相同粒径下,风速越大其输沙率饱和值越大,饱和距离越大。当碰撞恢复系数不同时,输沙率沿流向的变化趋势相同,碰撞恢复系数越大,输沙率饱和距离越短;碰撞恢复系数相同时,粒径越大,风沙流输沙率饱和距离越长。     

基于接触理论的弹体偏航机理

为了从本质上揭示弹体偏航作用机理,在已有弹塑性接触模型的基础上,运用接触理论和撞击理论,推导了接触刚度和恢复系数,建立了弹体与异形体弹塑性碰撞的宏观本构关系。进一步导出了弹体与异形体碰撞的攻角和角速度表达式,计算分析了弹头与异形体曲率半径比、弹体命中速度及入射角等因素对弹体攻角和角速度的影响规律。结果表明,异形体曲率半径越大,弹体攻角和角速度越大;弹体攻角随速度增大而减小,而角速度随速度增大而增大。     

基于滚石运动参数的防护网数值模拟

被动柔性防护网是目前有效治理滚石灾害的一种防护装置,它的设计选型、现场布置位置和系统的布设高度取决于滚石在坡面上的运动轨迹以及相关的动力学参数,基于Hertz接触力学,运动学以及土体的线弹性本构模型对滚石各个运动阶段进行了公式化推导,并利用现有的滚石模拟软件进行了验证,数值模拟显示两缓一陡,两陡一缓坡面能减少碰撞抛射次数并有效降低滚石能量。被碎石、角砾、土壤和植被覆盖的坡面材料能有效增加滚石能量的损耗。利用ANSYS/LS-DYNA,对R7/3/300网片进行数值验证,结果显示能有效拦截了滚石,说明选取网片适宜。基于能量与运动学理论推导了滚石各阶段公式,基于滚石运动参数的防护网数值模拟设计更为经济与安全,实际应用价值较高。     

基于Hertz理论的滚石冲击力的修正计算研究

以Hertz弹性碰撞理论而所取得的滚石冲击力远远超过实际情况,无法应用于工程实践中。针对此,本文以Hertz接触力学和Thornton弹塑性假设为基础,考虑了构造物材料特性、冲击物的相对尺寸、结构变位等因素,建立了滚石对构造物的冲击力修正方程,最终以二郎山1#滑坡防治工程中滚石对锚索抗滑桩的冲击为例进行对比分析。结果表明：二郎山1#滑坡治理工程中,滚石冲击力计算结果显示,修正系数介于0.06-0.11之间,计算结果与实际估计较为一致;修正系数随冲击速度的增加而先急剧后平稳降低;落石冲击力随构造物强度、滚石速度的增大而增大。     

矩形脉冲激励下自复位墙的摇摆响应

为了提高自复位墙在强震作用下的抗震性能,对其在矩形脉冲激励下的动力摇摆响应进行了研究.在假定墙体刚性和墙体-地基无滑移的基础上,建立了自复位墙的摇摆动力分析方程.引入小倾角假定对动力方程进行适当简化,并考虑墙体在摇摆过程中与基础碰撞的能量损失,通过理论推导得到了自复位墙摇摆响应的解析解.针对一个自复位墙算例,采用该方法进行动力摇摆分析,并与增量数值求解的结果进行对比验证.此外,基于动力方程中的恢复系数,给出了自复位墙等效黏滞阻尼的计算公式,研究了不同墙底基础碰撞界面材料特性对自复位墙摇摆响应的影响.结果表明:解析解能够反映墙体在矩形脉冲激励下的动力摇摆响应;自复位墙的等效黏滞阻尼随着恢复系数的增加而降低,二者基本成线性关系;墙体在摇摆过程中等效黏滞阻尼随着周期的增加而增大.     

不同转速率下球磨机内钢球的碰撞研究

以最外层钢球为例进行理论计算,并采用有效内直径为5.35 m的球磨机进行离散元法(DEM)模拟,研究转速率对球磨机内钢球运动状态及内部碰撞情况的影响。研究结果表明:当钢球作抛落运动时,脱离角、落回角、钢球下落高度、在落回点的动能及冲击矿石的能量和研磨矿石的能量均与转速率有关;增大转速率,作抛落运动的钢球数明显增多,磨机内发生高能量碰撞的次数及平均碰撞能量均增大,有利于破碎硬度及粒度较大的矿石;但随着转速率增大,钢球-钢球、钢球-衬板之间碰撞能量占比增大,而钢球-矿石之间碰撞能量占比减小,从而降低磨机的能量利用率,增大磨矿过程的钢耗,减小衬板寿命。     

基于Hertz弹性理论和Thornton弹塑性假设的滚石冲击力的修正计算

以Hertz弹性碰撞理论所取得的滚石冲击力远远超过实际情况,无法应用于工程实践中。因此,以Hertz接触力学和Thornton弹塑性假设为基础,考虑构造物材料特性、冲击物的相对尺寸、结构变位等因素,建立了滚石对构造物的冲击力修正方程,最终以二郎山1#滑坡防治工程中滚石对锚索抗滑桩的冲击为例进行对比分析。结果表明:二郎山1#滑坡治理工程中,滚石冲击力计算结果显示,修正系数介于0.06~0.11之间,计算结果与实际估计较为一致;修正系数随冲击速度的增加而先急剧后平稳降低;落石冲击力随构造物强度、滚石速度的增大而增大。