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。     

数字动光弹性实验技术的研究与应用

采用激光和数字高速相机,建立了数字动光弹性实验系统。自行浇筑了环氧树脂光弹性平面模型材料,进行了简支梁三点冲击动光弹性实验。实验结果表明,数字动光弹性实验技术研究动态应力波的传播问题是可行的;落锤冲击动光弹性实验表明简支梁在受到冲击载荷作用时,在简支梁的支点处首先产生应力集中,随后在下部两支点的中间位置处出现较大的拉应力,这是三点冲击试验中裂纹起裂通常发生在两支点的中垂线上,并沿下边缘从下至上扩展的原因;随着动态应力波在模型内部的进一步平衡,简支梁模型内部的应力逐渐向"上压下拉"的静力平衡状态发生转变。     

多层弹性支承箔片动压气体径向轴承稳定性的实验研究

为了保证轴承支承高速转子的稳定运行,提出了一种具有多层弹性支承结构的新型箔片动压气体轴承。该轴承采用两层或多层具有鼓泡状凸起阵列的金属箔片作为弹性支承结构,通过调整鼓泡阵列的周向和轴向截距或调整上下层弹性箔片布置,可以实现轴承支承刚度特性和阻尼特性的调节。在直径为25mm主轴的高速(10万r/min)透平膨胀机上,实验研究了这种箔片轴承支承高速转子的运转特性,详细分析了3种典型排列方式下转速与压力的关系,以及高速转子升速及降速特性。结果表明:采用不同的多层结构排列方式,可以有效调整和改善弹性箔片轴承支承高速透平转子的刚度和阻尼特性,抑制高速转子的不稳定涡动;多层弹性箔片轴承能够产生多重刚度及多重阻尼,从而改进了传统箔片轴承刚度和阻尼的影响,改善了弹性箔片动压气体轴承的稳定性和可靠性。     

缓冲层介质对切缝药包爆破断裂力学行为的影响

为了研究炸药至炮孔壁之间的缓冲层介质对切缝药包爆破断裂力学行为的影响,采用新型数字激光动态焦散线测试系统,开展多组爆破光测实验。借助LS-DYNA数值模拟软件,对比分析炮孔内部压力场的分布规律。研究结果表明:切缝药包能够利用切缝管有效控制爆炸应力场的分布,使能量沿切缝方向集中释放,定向爆破效果显著。与空气相比,水提高了切缝药包对炮孔壁的冲击破坏能力,爆生主裂纹的断裂力学参数增大,表现为更长的扩展距离、更高的运动速度和动态应力强度因子。爆炸冲击波能和爆生气体脉动能是水中主要的能量存在形式,模拟结果显示水比空气具有更好的传压能力,缓冲层内形成更高的压力峰值。     

缓冲层介质对切缝药包爆破断裂力学行为影响的研究

为了研究炸药至炮孔壁之间的缓冲层介质对切缝药包爆破断裂力学行为的影响,采用新型数字激光动态焦散线测试系统,开展多组爆破光测实验。借助LS-DYNA数值模拟软件,对比分析炮孔内部压力场的分布规律。研究结果表明:切缝药包能够利用切缝管有效控制爆炸应力场的分布,使能量沿切缝方向集中释放,定向爆破效果显著。与空气相比,水提高了切缝药包对炮孔壁的冲击破坏能力,爆生主裂纹的断裂力学参数增大,表现为更长的扩展距离、更高的运动速度和动态应力强度因子。爆炸冲击波能和爆生气体脉动能是水中主要的能量存在形式,模拟结果显示水比空气具有更好的传压能力,缓冲层内形成更高的压力峰值。     

飞秒强激光场下氮气分子库仑爆炸的研究

为进一步探究飞秒激光场下氮气分子库仑爆炸的作用机制,搭建高时间分辨的实验平台,利用高速数据采集系统实现数据的获取,采用协方差地图法并结合强激光与气体相互作用的物理规律,进行结果论证和数据分析。实验确定了氮气分子库仑爆炸的反应道,测算了不同反应道的动能释放量。     

爆炸应力波与径向裂纹相互作用的动光弹研究

用动光弹和高速摄影方法观察了爆炸应力波与爆炸产生的静止的径向裂纹相互作用以及自由边界来的反射波与扩展中的裂纹相互作用的动态过程。根据实验数据分析了入射P波与裂纹相互作用的机理以及径向裂纹的初始方向对裂纹重新扩展的影响。获得了裂纹重新扩展的滞后作用时间。     

爆炸加载下含裂纹试件的动光弹研究

本文对爆炸加载下含裂纹环氧树脂板试件进行了动光弹实验研究,给出了有关的实验照片,并对爆炸过程、应力波传播规律及其对裂纹的影响进行了讨论.     

爆炸载荷作用下有限平面中应力波传播的动光弹研究

用多火花式动态光弹性仪成功地记录了爆炸载荷作用下有限平面中应力波传播的动态应力条纹。一个模型中炮孔设在模型的几何形心,另一个模型中设了两个炮孔,并同时起爆。用动光弹方法对入射波和反射波的传播以及应力波的叠加特性进行了研究,给出了应力波反射之前炮孔周围应力场的定量分析结果和反射应力波与径向裂纹相互作用的结果,这对于涂刻理解炸药爆炸产生的应力波的传播和叠加过程具有重要意义。     

人体下颌骨动态光弹应力分析

本文应用现代较先进的Ｃｒａｎｚ－Ｓｃｈａｒｄｉｎ超高速记录系统，对人体下颌骨简化后的平面光弹性模型，在承受水平方向冲击载荷时所引起的瞬态动应力进行了实验研究，获得瞬态动应力的变化和分布规律．依靠动光弹所获得的等色线与等倾线资料，结合有限差分法求解动态泊松方程来实现动态主应力分离．并采用落锤冲击－维模型求出了光弹性材料的动态力学特性．文章系统总结了动态光弹性方法，并将该方法引入生物力学的研究领域，研究结果在医学、军事、体育等方面均具有实际的意义．     

动光弹原理及其在爆破理论研究中的应用

介绍动光弹基本原理和常用的实验装置，阐述动光弹应用于爆破理论研究的手段，总结出主应力分离的几种方法。综述目前国内动光弹技术的主要研究方向。     

基于数码相机图像的三维重构

针对传统三维坐标测量方法的局限性,提出了利用数码相机对物体进行三维重构,达到对物体进行非接触测量的目的．采用标准图像法对数码相机内部和外部参数分别标定,与传统的相机标定相比,简化了求解的复杂性．基于同一物体的两幅图像,给出了其三维重建理论和算法．并举例说明了三维重构的具体实现步骤和方法．     

二维裂纹传播的动光弹性分析

本文用动光弹性法分析探讨二维裂纹传播动态特性,用多火花高速照相机记录双悬臂梁试件中裂纹传播的光弹性等差线条纹图,在几个包含从起裂到止裂的试验中取得这些条纹图的试验数据,给出时间对裂纹长度t-a和裂纹长度对动态应力强度因子a-K_Id两组曲线。讨论了运动方程和它的解。给出裂纹传播的裂尖附近的动态应力场和提供一个光弹性估计动态应力强度因子的实用分析程序。从本文解出发,将数值分析等差线条纹图和试验的等差线条纹图对照,可见两者能很好的符合。     

压电薄膜压力分布计算机测试系统研究

提出一种新型的压电薄膜（ＰＶＤＦ）压力分布计算机测试系统,它包括多点压电薄膜传感器,多点电荷放大装置,计算机采集处理系统。该系统可以实现全场、实时测量,其动态范围可达０．１Ｈｚ～５００Ｈｚ。采用微机输出具有独特的图象动画显示,使测量结果更为直观。文中叙述了系统的工作原理以及实验测试,测试结果证实了系统的动态压力分布测量能力。本系统的研制为动态接触问题的研究及振动测试开发了新的研究工具。     

切缝药包聚能效应的动光弹试验

为了了解切缝药包聚能效应的机理,用动态光弹性法对切缝药包的聚能效应进行了试验,获得了切缝药包爆炸过程中的序列等差条纹图.通过对条纹图的分析,得到了动态应力集中系数,并回归得到了炮孔切缝处剪应力变化的曲线和公式,基本达到了试验的目的.     

用激光散光法测有中心裂纹拉伸板的应力强度因子K_Ⅰ

本文用激光散光法对有中心裂纹拉伸试件的Ⅰ型应力强度因子进行了测试,实验及分析表明:用激光散光法测应力强度因子比用透射式光弹法简便,而且有利于提高实验的精度,对于解决三维断裂力学问题有着良好的发展前景。     

超高速数字图像相关实验系统及其在爆炸研究中的应用

 基于数字图像相关方法和超高速摄像技术,建立了超高速数字图像相关实验系统,并应用该系统和UV平板打印制斑技术,通过在聚碳酸酯（PC）平板试件上进行爆破模型实验,分析了爆破应变场的演化过程和衰减规律。结果表明,爆炸产生应力波的表现形式以压缩波为主、剪切波为辅;随着应力波在试件平面内的传播,应力波频率由高频向低频衰减,应力波能量逐渐耗散。采用ABAQUS有限元分析软件对爆破模型实验的动态过程进行模拟,数值模拟的变形演化规律与模型实验结果基本吻合,验证了超高速数字图像相关实验系统对爆炸问题的研究具有良好的适用性。     

硐室爆破空腔比的动光弹研究与工程应用

为了分析不同空腔条形药包爆破效果,以动光弹为研究手段,用五种不同空腔比实验模型进行了爆破动应力场及破坏结果研究,并在首钢128t硐室大爆破中进行了工程应用.研究和应用结果表明:最佳空腔比约为4.0;在岩石特别破碎地区为控制飞石,可采用大空腔比进行爆破设计理论.     

切缝宽度对药包爆炸效应影响的动光弹试验

为了解切缝宽度对切缝药包爆炸聚能效应的影响,用动态光弹性法对不同切缝宽度的切缝药包的爆炸过程进行了试验,获得了切缝药包爆炸过程中的序列等差条纹图。通过对条纹图和动态应力集中系数的分析比较,得到了爆炸初期沿切缝方向的最大剪应力的回归曲线和公式,明确了切缝宽度对切缝药包爆炸效应影响的规律,即切缝宽度越小,聚能效应越明显,破坏威力也越大。