水对花岗岩巷道岩爆红外辐射特征的影响

为研究水对岩爆发生的影响,采用自然与饱水花岗岩进行岩爆模拟实验,以美国Therma CAM SC3000红外热像仪为观测手段,研究了水对花岗岩巷道岩爆红外辐射特征的影响.结果表明:饱和花岗岩AIRT初始阶段温度上升速度快;岩爆发生前饱和岩样最高、最低温度均有微小突变,饱和岩样的岩爆前兆特征更易捕捉.岩爆瞬间,自然岩样孔洞左右两侧AIRT突然升高,岩样表面最低温度曲线呈线性上升,而饱和岩样AIRT和最低温度曲线均下降;饱和花岗岩AIRT平均值比自然花岗岩高,并且单位载荷下AIRT增量更大;趋近岩爆发生,花岗岩红外辐射温度表现出临界慢化特征,系统内在变化速率降低,与前一时刻状态越来越相似,其自相关系数转向增大的趋势,这可以作为岩爆发生的前兆特征.     

激光诱导红外辐射线检测技术的理论与应用研究

利用黑体辐射理论和光声光热理论研究了：（1）激光诱导红外辐射线频谱信号的理论模型和数值模拟以及与实测信号的验证性比对;（2）红外辐射线频谱信号依层状样品夹层的不同位置及光学性质的演化规律,将其结果用于材料夹层或缺陷的定位;（3）利用红外辐射线频谱信号实现不均匀材料光学参数分布重构．结果表明：所建模型能够可靠地模拟红外频谱信号,并利用模拟信号训练神经网络有效地实施参数预测．     

基于图像分析的直墙拱形巷道岩爆片剥试验

针对岩爆片剥研究的不足,基于ImageJ图像分析软件,开展了具有岩爆倾向性的直墙拱形巷道岩爆片剥试验研究,制作了可清晰观测巷道围岩临空面的试样;通过透明亚克力板材对试样进行约束,得到了全巷道临空面片剥现象。结果表明,随载荷增加,灰度孔隙率总体呈现下降趋势,表明巷道临空面超过灰度阈值的面积范围不断增加,灰度值在持续升高,应力在持续增加;随载荷增加,巷道临空面灰度均值总体上在增加,巷道临空面片剥前灰度值升高明显,说明应力在升高,达到临界应力后巷道临空面产生片剥;总体上来看,颗粒数量是在逐步减少。巷道临空面片剥前灰度孔隙率、灰度均值、颗粒数量均有明显变化,可通过这些参数来综合反映巷道岩爆片剥的演化规律及前兆,并通过图像分析来揭示岩爆片剥问题。     

探索物理系统演化规律的频谱二次逼近方法

自然界中有大量的物理系统,其中的物理量随时间演化的规律可以用有限多个正弦函数叠加来描述,即物理量是带限分离谱连续信号.因此,可用频谱识别方法来寻找物理系统的演化规律.研究发现,时域矩形窗截出的物理信号,它的连续频谱的频域采样正好是物理量采样数据的DFT给出的频谱;在物理量被时域矩形窗截出的信号的连续频谱幅频曲线上,所有主极大值及其位置正好是物理量各频率成分的振幅和频率.给出了基于采样数据DFT的二次逼近算法,可以快速地从物理量采样数据DFT频谱中提取原物理量(信号)的频谱信息,进而给出物理量随时间演化的规律.     

零群速度特征导波在焊缝损伤评估中的应用

通过数值模拟方法研究了零群速度特征导波(zero-group-velocity feature guided waves, ZGV-FGWs)在焊缝损伤检测中的应用。建立了焊缝结构的二维频域有限元模型,损伤程度用不同的杨氏模量表征,验证了焊缝结构中的共振现象并确定了能量集中在焊缝特征区附近时的共振频率。利用三维时域有限元方法确定了ZGV-FGWs共振模式的存在,并分析了不同杨氏模量焊缝的ZGV-FGWs传播特性。结果表明：随着材料杨氏模量的减小,ZGV-FGWs频谱信号幅值显著单调减小,且ZGV-FGWs频谱信号幅值的变化趋势与激励信号的频谱曲线吻合。基于此特性可以设置合适的激励信号,获得幅值变化更强的ZGV-FGWs频谱信号,进而准确评价焊缝的损伤状态。     

基于EEMD时频谱二值化的振动信号微弱特征提取方法

为实现时频域高维信息辅助的振动信号微弱瞬态特征增强,提出了一种多尺度时频谱二值化方法.通过高分辨率时频谱切片提取能量突变点,其权重为1,其余点权重为0.进行多次不同尺度的二进制谱分析并降维至时域,得到针对多目标频率的权重谱与权重向量,从而实现微弱冲击特征的增强.用仿真信号分析对该方法的可行性与准确性进行了验证,列车轴承故障诊断试验则进一步验证了该方法在信号微弱特征提取中的有效性.     

采用二维光学图像和三维断层扫描研究单一粒径土壤团聚体的分形特征

分别通过二维光学图像法和三维X射线断层扫描法计算单一粒径土壤团聚体分形维值.土样采自重庆北碚西南大学稻田垄作免耕长期定位试验点,采用湿筛法对土样进行粒径分级,二维分形特征研究的团聚体粒级分别为:0.0 5 3,0.0 5 3~0.2 0 0,0.2 0 0~0.4 5 0,0.4 5 0~1.0 0 mm;CT扫描研究所用原状土样粒级分别为:0.0 5 3,0.0 5 3~0.0 2 5,0.0 2 5~1,1~2 mm.结果表明:二维光学图像法得到的单一粒径土壤团聚体孔隙分形维值介于1.1 7~1.5 4;三维X射线断层扫描结果显示团聚体中孔隙分形维值在1.3 5~1.6 5之间,团聚体的分形维数介于2.0 6~2.2 0之间,且分形维数随粒径增大而减小.采用二维光学图像和三维断层扫描均可用于定量研究不同粒径土壤团聚体中孔隙的分形特征,而采用三维X-射线断层扫描可以定量描述单一粒径土壤团聚体的分形特征.     

深部巷道围岩热-固耦合条件下的变形破坏数值分析

为研究深部巷道围岩热-固耦合条件下的变形破坏特征,根据深部巷道围岩体稳态温度场模型,得出了热-固耦合条件下深部巷道围岩体应力场、位移场及塑性圈半径的解析解,总结了热应力作用下围岩变形破坏的影响因素。借助Comsol Multiphysics多物理场耦合仿真软件对深部巷道围岩进行热-固耦合数值模拟,并将岩石力学参数与温度的关系引入模拟计算,分析了热应力、支护阻力对围岩变形破坏的影响规律。仿真结果显示,围岩热应力场分布呈非线性变化,浅部应力梯度大,深部应力梯度小;当巷内温度低于原岩温度时,热应力为压应力;随原岩温度升高,径向卸压范围及切向应力集中范围扩大,围岩塑性圈宽度和径向位移值有所增大;随巷内支护阻力提高,围岩塑性圈宽度和径向位移值则有所减小。现场试验发现,巷道围岩热应力场、应力场及位移场计算结果与实测结果吻合较好。     

硬脆性页岩超声波透射实验研究

为了获取硬脆性页岩地层声波传播特征,以鄂尔多斯盆地井下石盒子组页岩为研究对象,采用超声波透射实验系统的分析了钻井液作用前后页岩声波时差、衰减系数、时域信号以及频域信号的特征。研究结果表明,钻井液作用后页岩声波时差增大,衰减系数增大,频域信号与时域信号均发生改变。钻井液作用后,页岩发生水化反应,声波时差与衰减系数可定量描述页岩水化动态变化,时域信号与频域信号能够定性分析页岩水化结构变化特征。超声波透射实验为硬脆性页岩水化特征的研究提供了一个新的思路。     

二维扩展频谱系统下的PARAFAC接收机

对二维扩展频谱系统的接收信号经过IDFT(离散傅里叶反变换)模块后的信号进行分析,表明此信号具有三线性模型特征;为此,提出了二维扩展频谱系统下PARAFAC(平行因子)接收机算法,该算法先利用三线性交替最小二乘(TALS)算法估计出信源矩阵,然后对其进行判决.仿真结果说明:二维扩展频谱系统PARAFAC接收机算法性能随着SNR增加越来越逼近于非盲相干检测接收机,而且在较低SNR条件下它们具有相近的性能.该算法无需时域扩频码、频域扩频码和信道衰落信息,是一种真正意义上的盲的检测算法.     

硬脆性页岩水化的超声波透射实验研究

为了获取硬脆性页岩地层声波传播特征,以鄂尔多斯盆地井下石盒子组页岩为研究对象,采用超声波透射实验系统地分析了钻井液作用前后页岩声波时差、衰减系数、时域信号以及频域信号的特征。研究结果表明,钻井液作用后页岩声波时差增大,衰减系数增大,频域信号与时域信号均发生改变。钻井液作用后,页岩发生水化反应,声波时差与衰减系数可定量描述页岩水化动态变化,时域信号与频域信号能够定性分析页岩水化结构变化特征。期望超声波透射实验为硬脆性页岩水化特征的研究提供一个新的思路。     

巷道变温圈内温度分布及不稳定传热系数求解方法

巷道围岩变温圈趋于稳定时的外缘半径处温度变化率趋于零,可近似理解为"变温圈趋于稳定时,半径为R0处围岩环形面单位面积导热量趋于0";将此特点描述为变温圈内导热微分方程求解的第二类边界条件,避免了求解温度场分布时复杂的积分问题,降低了求解难度.通过分离变量法将巷道围岩内部导热微分方程转换成斯特姆—刘维尔解问题;引入特征函数与范数,利用傅里叶—贝塞尔级数展开式与贝塞尔函数积分性质,推导得出巷道围岩内部温度分布函数,求得围岩内部温度分布函数在壁面的温度梯度,得到巷道围岩不稳定传热系数的解析式.采用MATLAB软件的计算功能,对比分析了推导得出的巷道围岩不稳定传热系数解析式的可信度与计算精度,表明推导得出的围岩内部温度分布函数及不稳定传热系数解析式是正确的、可信的.     

梯形巷道围岩散热有限体积法分析

为研究梯形巷道围岩散热的特点,依据能量守恒定律,建立二维非稳态导热积分方程,运用有限体积法分别建立内部节点和边界节点的热平衡方程,采用VB语言编写围岩温度场及散热量数值计算程序,并通过一个实例进行数值分析.研究结果表明:初始暴露的巷道围岩,围岩壁面温差大,温度梯度大,即围岩散热量也比较大;随着通风时间的延长,围岩浅部区域的温度逐渐接近于风流温度,散热量逐渐衰减,并且衰减幅度逐渐的减小.     

超声检测钢中大理石夹杂的计算机模拟

从有限元基本理论出发,建立了钢的二维计算机模拟模型.对钢板中含有大理石夹杂缺陷时的超声波传播情况进行了数值模拟计算.重点在频域中对透射波信号进行了频谱分析,通过频谱分析得到的各种频域特征量和灵敏频率可以得出大理石夹杂缺陷对超声传播的影响.模拟结果对实际应用有一定的参考价值.     

裂隙混凝土应变场和温度场演化规律试验

摘要:为了探究裂隙混凝土的破坏特征,基于数字图像相关技术和红外辐射技术,对裂隙混凝土试块进行单轴压缩试验,分析加载过程中试样表面应变场和温度场的演化规律。在本试验中,通过数字图像相关与红外辐射技术分别确定加载过程中裂隙混凝土应变集中区和表面温度场的演化情况。研究结果表明：应变集中区由预制裂隙尖端萌发,沿加载方向扩展,当裂隙混凝土轴向荷载达到峰值荷载的76.54%左右时,试件仍未有贯通裂纹产生。裂隙混凝土应变场标准差演化过程可大致划分为初始分异、匀加速分异、变加速分异3个阶段。温度场标准差演化过程大致分为匀速分异和突变分异2个阶段。不同应变场和红外辐射温度场标准差之间的相关系数在0.55~0.92之间,呈中度或高度相关关系。随着新生裂纹的扩展,试块表面的最高温度逐渐上升,上升幅度为3.33%。在试件破坏时出现连接预制裂隙的高温条带,红外辐射温度场标准差随轴向应变的增大波动增长,分异程度明显。     

不同应力比下砂岩时滞变形破坏特征研究

高地应力环境下地下洞室中的硬质围岩在开挖过程中极易发生时滞型岩爆.针对地下洞室开挖后围压的实际应力状态,以细砂岩为研究对象开展不同应力水平下的时滞变形破坏试验,并基于分形理论定量描述了破坏后宏观碎屑和破坏断面微观结构的分形特征.研究结果表明：在高应力水平下砂岩表现出显著的时滞变形特征,时滞变形段持续时间随应力比增加呈下降趋势,两者间呈指数函数关系;基于分形理论,通过粒度-数量、质量-粒度、几何参数-数量、盒数维数法等方法计算宏微观分形维数可知,时滞变形破坏程度与分形特征相关性显著,宏微观分形维数随破坏程度增大呈线性增加.研究结果可为阐明岩体时滞变形破坏机理提供一定参考价值.     

压力对双射流电弧等离子体特性的影响

该文采用实验测量方法研究了气体压力对双射流直流电弧等离子体弧电压、放电稳定性及等离子体电弧-射流区二维投影温度场的影响规律。通过引入可见光测温技术,对不同工况下的热等离子体放电图像进行采集,并采用二值化阈值分割方法求取投影温度场对应的等灰度线,利用8方向Freeman链码对特定边界进行描述,从而对热等离子体电弧-射流稳定性进行评估。研究结果表明:在其他参数保持不变的情况下,随着反应器内工作压力的降低,电弧-射流区二维投影温度场高温区面积增大,同时,电弧的稳定性也会受到一定影响;但随着工作气体流量的增大,反应器内工作压力对电弧-射流二维投影温度场高温区面积变化的影响减弱;在本文实验研究参数范围内压力对弧电压的影响较小。     

频谱分析法铣削稳定性判定

利用庞加莱原理,分析了稳定切削与不稳定切削时振动信号频域特征的不同点.搭建了铣削振动检测系统,通过对铣削振动信号的频域分析,验证了铣削强迫振动的频域特征是在低频段的刃通过频率及其二、三倍谐波频率处出现峰值;发生切削颤振时,在高频段出现峰值,因此,振动信号频谱图中非刃通过频率处及其二、三倍谐波频率处出现峰值是发生切削不稳定的结论.     

动力扰动下高应力巷道围岩动态响应规律

 采矿过程中,爆破震动等动载荷常会导致高应力巷道失稳塌陷,诱发岩爆发生。根据弹性力学和应力波理论,分析扰动波诱发高应力巷道失稳破裂的机制。针对用沙坝矿高应力巷道受到动力扰动破坏的情况,运用颗粒流软件PFC^2D对动载荷作用下高应力巷道的稳定性进行数值计算,通过改变动载荷幅值的大小,探讨扰动应力波强度的变化对巷道围岩应力场、位移场及破坏区范围的影响,对模型采用静力和动力两种计算方案。研究表明：动载作用下巷道围岩应力场、位移场及破坏区范围相对静力计算结果显著增大;随扰动应力波强度增加,巷道顶、底板的应力、位移及裂纹数量也显著增加。为了避免动力扰动诱发高应力巷道失稳塌陷,给出了几条建议。     

频谱泄漏效应补偿的信号处理方法研究

为减小频谱泄漏对谱分析的影响, 将传统离散傅里叶变换(DFT: Discrete Fourier Transform)的方法和运算从经典的一维频谱扩展到二维时频谱, 在此基础上对简谐信号存在能量泄漏的频谱中任意频率成分的幅值与时域信号截断长度的关系(时谱)进行实验研究, 从而提出一种信号的时谱描述方法。实验结果表明, 在频谱泄漏条件下任意频率成分的幅值随时域信号截断长度的变化遵从sinc 函数, 基于这种关系可完成简谐信号任意截断条件下的频谱构造, 实现零误差幅值谱构成, 得到非整周期截断时DFT 幅值谱误差与信号中所含周期数的关系服从指数规律, 且当信号长度是周期的10 倍时, DFT 频谱产生的标准差约为0. 001。