节理岩体爆破数值模拟研究

为了研究节理对岩体中应力波与爆炸能量传播的影响规律,利用动力有限元分析程序LS-DYNA分别对不同数量、宽度与充填强度的节理岩体爆破进行了数值模拟。模拟研究发现,不同赋存状态的节理均会影响爆炸应力波的传播,随着节理数量与宽度增多,波的反射增强,透射波强度减弱,应力波衰减程度加快,而充填强度越小,对应力波的阻隔作用越明显;爆炸能量在节理数量少、宽度小及充填强度大的岩体中衰减较慢,能量利用率高,爆破效果更好。     

不耦合装药结构对岩石爆破的影响

为了研究不耦合装药结构对爆破效果的影响,在实验室中采用水泥砂浆模型对不耦合装药结构进行了模型实验,并对爆破块度和爆炸应力波进行筛选及统计与测试分析.采用AUTODYNA有限元分析软件对不耦合装药结构爆炸应力波在岩石传播过程中粉碎圈、裂隙形成进行了数值模拟研究.模型实验研究表明,不耦合装药结构可提高炸药能量利用率及改善爆破块度分布;数值模拟结果显示,炸药和炮孔壁之间的间隙可以改变应力波在炮孔壁上的加载率,延长了应力波和气体的作用时间,显著地降低了粉碎圈厚度,提高了炸药能量的利用率和爆破的效果.     

爆炸应力波在平界面上传播的动态光弹性实验研究

本文采用动光弹技术,对模拟地质弱面、裂隙构造的环氧树脂模型进行了小型微量爆破实验,对爆炸应力波在平界面上传播的现象与规律进行了实验研究,为采矿工程中进一步探讨复杂介质中的爆破破碎机理提供具有参考价值的实验依据。     

岩体爆炸应力波衰减规律的颗粒流数值模拟

基于PFC2D离散元软件,首先对岩石的动力落锤实验进行模拟,获取岩体的动力学细观参数.随后建立了集中药包作用下岩体的爆破模型,对不同关键点处的应力波峰值进行了监测,得到了应力波在岩体传播过程中的衰减规律并与理论值进行对比,从爆破漏斗的形成和理论应力波衰减的拟合效果来看,PFC模拟爆破有潜在的优越性,能较好的再现爆破的整个过程,因此,可以预先利用数值手段为试验方案设计提供指导;为爆破的研究工作提供经济、简便而实用的方法.     

硬岩地层爆破地震勘探的激发因素分析

爆破地震勘探石油是一种重要的石油勘探方法,但受爆破参数、地质条件等影响.采用动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA,研究了柱状、球状两种装药形状和爆炸当量等激发因素对碳酸盐岩岩石中爆炸应力波场特性和爆炸地震波能量衰减规律的影响,得到了爆炸参量对岩石应力、振动速度等的影响规律,并与爆破地震效应经验计算公式进行了对比分析.结果表明相同药量下球状装药爆炸时岩体中应力波强度较大,作用时间较长,而且药量增大时,装药形状的影响越来越明显;柱状、球状装药药量分别达到20kg、50kg时,能产生较好的爆破勘探激发能量和效费比.该结论可为优选适合西南地区碳酸盐地层地震勘探的激发因素提供技术途径和方法.     

柱状药包爆炸波传播规律的试验分析

药包爆炸波在结构体中传播规律是研究爆破工程的关键性问题之一。先利用爆炸水池对微小药量柱状药包爆炸冲击波压力进行试验测试,得到药包爆炸冲击波压力计算公式的相关参数;再利用预埋在试件中应变砖,对不同药量和长径比的药包进行爆破超动态应变测试。通过试验数据分析获得了柱状药包的爆炸冲击波在混凝土类脆性材料中的传播规律以及近中区应力波公式σγ＝σm中的衰减系数α值。珔γα     

爆炸应力波作用下的凿岩爆破破岩模拟

爆破破岩是爆炸应力波和爆生气体载荷共同作用的结果,本文采用改进的DDA方法模拟爆炸应力波作用下的爆破破岩过程. 采用Hopkinson层裂算例验证了DDA方法对应力波传播和动态断裂破坏问题模拟的准确性. 通过在炮孔壁上施加三角冲击载荷,模拟再现了凿岩爆破中爆炸应力波作用下的孔周破坏、自由表面剥落、碎裂漏斗区域形成、较远区裂纹的扩展,以及岩体的抛掷,结合应力波传播模拟结果对破岩过程与机理进行了分析. 研究为进一步采用DDA模拟两种形式爆破载荷共同作用下的凿岩爆破创造了条件.     

爆破载荷作用下混凝土边坡动力响应数值分析

根据爆炸力学原理,利用有限元分析软件ANSYS对爆破载荷作用下混凝土边坡应力状态进行数值模拟,将所得混凝土边坡应力场分布结果与实验室试验结果进行对比分析,得到爆炸应力波在混凝土边坡中的传播规律。     

钢筋混凝土圆杆中的应力波传播及层裂研究

利用Φ74 mm的Hopkinson压杆对圆柱型钢筋混凝土试件进行了波传播实验和层裂实验研究,利用应变片记录杆中应力波信号,使用高速摄影机拍摄试件的拉伸破坏过程.实验结果表明：在较低的加载速率下,应力波在钢筋混凝土试件传播过程中呈现弹性波特性,不弥散不衰减;在较高的加载速率下,钢筋混凝土试件出现层裂现象,层裂强度在7 MPa左右;断裂试件中的裂纹在拉压应力波交替作用下反复张开闭合,随着应力波在杆中的衰减而趋于稳定.     

煤层深孔聚能爆破动力效应分析与应用

为研究煤层深孔聚能爆破致裂增透机理,构建聚能爆破分析模型,运用理论分析与数值模拟相结合的方法探讨聚能爆破时聚能射流的成型机理、爆炸应力波的传播特点、煤体力学特征和裂隙扩展机理,结果表明:聚能槽集聚爆轰能量形成聚能射流并产生聚能效应,聚能效应显著改变了爆炸应力波的传播特性和煤体的力学性质,在聚能方向煤体所受压应力峰值是非聚能方向的1.10～ 1.29倍,有效地促进了裂隙的扩展;且主聚能方向煤体所受压应力峰值由次聚能方向的0.85倍增大到1.06倍,放缓了煤体所受应力的衰减速度.此外,煤层深孔聚能爆破工程应用实验表明,聚能爆破后抽采孔平均瓦斯含量是聚能爆破前的1.58倍,有效地提高了煤层透气性和瓦斯抽采率.     

外部传感器超高频GIS局部放电检测技术

针对GIS同轴结构中局部放电脉冲所激发电磁波的宽频带特征，设计出一种新型局部放电超高频检测非频变超宽带天线，用无限巴伦实现天线和传输线之间的阻抗匹配．由超宽带天线、宽带放大器、数字存储示波器和计算机组成外部传感器超高频局部放电检测系统，利用该系统对所建立的GIS固定微粒局部放电模型进行检测，并对局部放电源进行定位，实验结果表明，设计的天线满足GIS局部放电超高频检测要求，建立的系统可以方便地实现GIS局部放电检测和局部放电源的定位。     

数字激光高速摄影系统及其在爆炸光测力学实验中的应用

 为解决爆炸光测力学中的高速数据采集问题,建立了基于泵浦激光器和Fastcam-SA5 数字高速相机的数字激光高速摄影系统,并应用于爆炸载荷下的焦散线实验、光弹性实验和纹影实验。结果显示,该数字激光高速摄影系统真实记录了爆生裂纹扩展情景、裂纹尖端焦散斑、光弹模型试件表面等差线条纹,以及切缝药包产生的冲击波在空气中的传播过程;清晰的数字照片验证了该数字激光高速摄影系统的可行性和先进性,实现了"一套系统,多种实验",丰富了爆炸光测力学的测试手段及应用范围。     

全息干涉条纹图自动计值的一种方法——参考光相位移法

全息干涉术是测定工程构件表面的三维变形场或应变场及应力场的一种方法。全息干涉图所提供的大量信息,需要计算机辅助计值。参考光相位移法及数字图象处理技术为全息干涉图的自动计值及进一步处理提供了可能性。     

基于数字图像技术的飞艇气囊材料应变测试

为了解决传统应变测试技术在飞艇气囊软式结构上应用的困境,开展了基于数字图像相关测试的蒙皮材料应变测试技术研究。结合飞艇蒙皮材料URETEK-3216LV,利用数字图像相关测试技术进行了气囊蒙皮材料本体试样、热合连接试样以及充气球体气囊试样的应变测试。通过测试获得了蒙皮材料本体试样及其热合连接试样的应变场,掌握了其力学特性。气囊蒙皮材料本体试样测试结果精度理想,热合连接试样以及充气球体气囊试样结果符合物理规律,有效地解决了现有传统应变片测试方法中存在的问题。     

数字图像相关的不锈钢真实应力应变关系测量

工程上广泛应用的名义应力应变曲线,在材料发生大变形时,由于应力和应变不再沿着试件均匀分布,因而不能真实反映材料在塑性阶段的本构关系。在不锈钢标准板的拉伸试验中连续采集试件散斑表面的数字图像,采用数字图像相关技术对序列数字图像进行相关运算以获得其每个变形状态下的变形场,得到了整个拉伸过程中试件的变形形态。以光学虚拟引伸计的方法分别测量横向和竖向的实时应变数据,结合体积不变理论计算得到真实应力应变曲线。采用Johnson-Cook材料模型对真实应力应变曲线进行拟合,得到了塑性本构关系;最后根据以上实验结果和真实应力应变曲线获取了材料的力学特性参数。实验结果表明了基于数字图像相关方法对不锈钢真实应力应变关系测量的有效性和可靠性,对实验结果的真实应力应变曲线后处理,获得不锈钢材料的弹性模量为169 GPa,屈服强度为236.8 MPa,并获得了Johnson-Cook简化模型的所有三个参数A、B和n的数值。     

基于数字图像相关的机翼有限元模型试验验证

针对无人机机翼承载变形,传统测试系统只能提供离散、有限个数据点用于有限元模型验证的局限性,采用数字图像相关(digital image correlation,DIC)方法,测量某无人机机翼在压缩载荷作用下蒙皮表面的挠度场和应变场。基于MATLAB最近点迭代算法,实现数值模拟与180 000个DIC数据点的线性回归分析。结果表明:三组试验测得翼尖最大位移分别为92.8 mm、89.5 mm和87.5 mm,模拟结果为86.2 mm,相对误差均在10%以内;两段分析区域的展向正应变场,平均试验结果与模拟的相关系数分别为0.88和0.87,两者吻合度良好,所建立的有限元模型合理。     

基于单片机的帆板控制系统设计

利用STC12C5A60S2超低功耗单片机输出的PWM波的占空比控制风扇的转速，使帆板与垂直平面形成一定的夹角，通过SSA6060AH单轴倾角传感器检测电路得到帆板的实际角度值，从而实现对角度的精准控制，测量结果采用8位共阴数码管实时显示。实验结果表明，该系统性能稳定、测量精度高。     

A mathematical model and numerical simulation of pressure wave in horizontal gas-liquid bubbly flow

By using an ensemble-averaged two-fluid model,with valid closure conditions of interfacial momentum exchange due to virtual mass force,viscous shear stress and drag force,a model for pressure wave propagation in a horizontal gas-liquid bubbly flow is proposed.According to the small perturbation theory and solvable condition of one-order linear uniform equations,a dispersion equation of pressure wave is induced.The pressure wave speed calculated from the model is compared and in good agreement with existing data.According to the dispersion equation,the propagation and attenuation of pressure wave are investigated systemically.The factors affecting pressure wave,such as void fraction,pressure,wall shear stress,perturbation frequency,virtual mass force and drag force,are analyzed.The result shows that the decrease in system pressure,the increase in void fraction and the existence of wall shear stress,will cause a decrease in pressure wave speed and an increase in the attenuation coefficient in the horizontal gas-liquid bubbly flow.The effects of perturbation frequency,virtual mass and drag force on pressure wave in the horizontal gas-liquid bubbly flow at low perturbation frequency are different from that at high perturbation frequency.