基于CT图像的细观混凝土模型中低应变率冲击下端部摩擦效应研究

基于微观X射线计算断层扫描(XCT)图像,采用单元替换像素的方法建立真实普通强度混凝土试件的细观有限元模型。该模型包含骨料、砂浆、界面过渡区和孔洞,并采用ABAQUS中的混凝土损伤塑性本构模型CDP来模拟各相材料。对20个基于XCT图像的细观模型进行了中低应变率(10~(-5) s~(-1)～2 s~(-1))冲击作用下的端部摩擦效应的蒙特卡洛模拟;并对模拟结果进行统计分析和曲线拟合,获得了动态抗压强度和端摩擦系数及应变率之间的定量关系式,以及无摩擦时抗压强度提高因子CDIF与应变率之间的关系式。结果表明,端摩擦能够提高混凝土的抗压强度,但当摩擦系数达到0.3后其影响不再明显;CDIF与应变率的对数■呈二次抛物线关系;拟合的关系式与实验结果吻合良好。     

基于CT图像的细观混凝土模型中低应变率冲击下端部摩擦效应研究

基于微观X射线计算断层扫描（XCT）图像,采用单元替换像素的方法建立真实普通强度混凝土试件的细观有限元模型。该模型包含骨料、砂浆、界面过渡区和孔洞,并采用ABAQUS中的混凝土损伤塑性本构模型CDP来模拟各相材料。对20个基于XCT图像的细观模型进行了中低应变率（10^-5 s^-1~2 s^-1）冲击作用下的端部摩擦效应的蒙特卡洛模拟;并对模拟结果进行统计分析和曲线拟合,获得了动态抗压强度和端摩擦系数及应变率之间的定量关系式,以及无摩擦时抗压强度提高因子CDIF与应变率之间的关系式。结果表明,端摩擦能够提高混凝土的抗压强度,但当摩擦系数达到0.3后其影响不再明显;CDIF与应变率的对数（logε）呈二次抛物线关系;拟合的关系式与实验结果吻合良好。     

水雾对爆炸冲击波衰减效应的实验研究

为了探究水雾特性与爆炸载荷衰减效果之间的关系,在爆炸驱动的激波管内两种不同特性的水雾环境下进行了不同强度的爆炸实验,并评估了两种水雾对爆炸冲击波超压和比冲量的衰减效果。实验结果表明：喷雾区域内的压力分为两个上升阶段,第一个阶段为透射冲击波的压力,第二个阶段为液滴二次雾化和弛豫过程导致的压力上升;冲击波掠过的喷雾区域越长,水雾对压力峰值和比冲量的衰减效果越好;冲击波强度的增加将削弱水雾对爆炸载荷的衰减效果;Sauter平均直径为136.04μm、体积分数为1.72×10-3的水雾使压力峰值衰减了34.2%～60.9%,使比冲量衰减了9%到54%;Sauter平均直径为255.34μm、体积分数为3.43×10-3的水雾使压力峰值衰减了48.4%～78.6%,使比冲量衰减了14%～66%;冲击波压力峰值的衰减率随着冲击波-雾滴之间的比例交换面积增加而线性减少。     

桡动脉压力波随生理参数的变化

本文将臂动脉比拟为一根均匀弹性管,以臂动脉与主动脉分叉处的实测压力波形作为臂动脉的输入波形,并用一系列小阶梯波来近似逼近这输入波形。然后在线化条件下,求得桡动脉处瞬态压力的分析表达式。文章详细讨论了心脏搏动周期、臂动脉弹性与臂动脉端点阻力等生理参数对桡动脉压力波波形的影响情况,并逐一将所得结果与实验结果作比较,发现二者相当一致。     

球形容器内甲烷-空气爆炸特性分析与理论计算

为研究甲烷-空气混合物在密闭球形容器内的爆炸特性,首先利用化学平衡计算软件确定合适的燃烧产物与化学平衡温度,估算甲烷-空气混合物的最大爆炸压力。然后基于火焰增长模型,用MATLAB编辑循环语句程序,计算了甲烷-空气混合气体爆炸的压力时程曲线,通过与实验数据对比,验证了化学平衡软件计算方法与火焰增长模型的可行性,并分析了误差的产生原因。进而利用火焰增长模型推出的经验公式计算爆燃指数,发现在当量比附近与实验结果拟合程度较好。     

基于有理插值方法模拟可压缩类橡胶材料多轴变形行为

提出一个多轴应变能函数来模拟可压缩类橡胶材料在载荷作用下的大变形行为。首先,基于对数应变构造三个不变量,使得应变能函数分别具备可压缩功能、多轴有效功能以及适用于多个变形模式的功能;其次,利用有理插值方法构造单轴形函数,并结合前面引入的三个不变量,通过哈密顿插值方法构建统一的应变能函数;最后,在单轴情况下,应变能函数通过对Hencky应变求导,可以得到对应变形模式下的应力-应变关系。本文通过调节泊松比的大小来控制体积变化从而实现模型的可压缩性;此应变能函数可以模拟单轴拉伸压缩、平面应变以及等双轴拉伸等至少三个基准试验。新方法得到的伸长比-应力关系、伸长比-体积比关系与经典试验数据结果作比较,进而证明方法的准确性和有效性。     

高压下PBX-1炸药的燃速-压力特性

炸药燃速-压力特性是弹药安全性的关键内因,反映了炸药反应烈度增长的倾向性。为了认识PBX-1炸药在未损伤状态下的燃烧特性,发展了密闭空腔燃烧压力-炸药耗量法以及炸药燃烧速率测试方法,并对PBX-1炸药开展了燃烧实验。采用压力传感器测量了密闭燃烧器内部的压力历程,采用快速响应热电偶监测了炸药燃烧阵面时间-位置数据,获得了炸药燃烧速率并拟合出常温下PBX-1炸药热传导燃烧速率与压力的依赖关系r=(2.16±0.55)p1.08±0.06。结果表明,PBX-1炸药的压力指数大于1,燃烧速率对压力变化比较敏感,在100 MPa压力范围内燃烧速率呈指数关系,当压力超过100 MPa后燃烧变得不稳定,燃烧速率迅速增加,导致燃烧器内压力骤变。分析其主要原因是,高压下PBX-1炸药发生物理破坏,炸药燃烧比表面积增加100多倍,炸药反应烈度有经对流燃烧机制提升的趋势。     

水下爆炸近场峰值压力的数值模拟

为了研究水下爆炸近场内的压力状态,使用SPH (smoothed particle hydrodynamics)方法,采用C-J爆轰模型,对水下爆炸过程进行了数值模拟。通过与峰值压力规律和中场内经验公式的比较,验证了程序的可靠性。对水下爆炸过程进行了波系分析,与不同维数水下爆炸的数值模拟结果进行了对比研究。结果表明:比距离R/a=6是波形变化的一个分界点,在R/a<6的近场范围内,峰值压力的拟合分为两段更合适。另外,对数值结果的ln Pm-ln(R/a)曲线进行了分段幂次拟合,得到了与数值模拟结果非常吻合的拟合曲线。     

全桡动脉波传导时间与动脉硬化参数的对比分析研究

将测量和分析不同部位的外周动脉脉搏波波形,作为一种无创评估动脉僵硬度的方法,已经受到中外医学界的广泛重视。脉搏波传导时间已经被用来作为评价动脉僵硬度的有效指标,其无创评估动脉硬化的有效价值也得到重视。本文是通过容易获取的桡动脉波形计算全桡动脉脉搏波传导时间(FRPTT),将其与已经成熟的动脉僵硬度指标作对比分析研究,来判断FRPTT是否可以用来评估人体的动脉僵硬度。对248位合格样本人员的桡动脉脉搏波波形数据进行计算分析,同时测量其身高、体重、手腕处动脉血压,计算身体质量指数、桡动脉增益指数、射血时间、FRPTT。通过对采集到的20s时间内桡动脉波形进行二次微分,用自编的软件算法自动检测出点b(心脏开始射血点)和e(左心射血的停止点)的位置,计算FRPTT。通过对算出的FRPTT值与已知的心率、脉压、增益指数三个参数进行分析和比较,发现其与心率和增益指数两个参数(P0.001)显著相关;另外,女性组的FRPTT值跟脉压显示弱的负相关性,男性组没有相关性。结果表明,FRPTT可以作为一个衡量动脉硬化的指标。     

黄土固结蠕变特性试验研究

基于杨凌地区黄土的单向固结试验资料,分别研究了加载条件下原状黄土和扰动黄土的固结蠕变特性,由试验数据整理分析出不同含水率、不同固结压力下的固结蠕变曲线簇,根据蠕变曲线形态特征,推导出单向固结条件下黄土的应变-时间关系并拟合得到该关系中的参数,在分析参数与固结压力之间关系的基础上推导出黄土的一维固结蠕变本构关系,经试验证明,该关系能较好的描述杨凌地区黄土的固结蠕变特性。另外,基于试验资料以及Buisman次固结系数的概念,分析出次固结系数与固结压力之间的定量关系,为确定固结压力对黄土次固结特性的影响提供了一种新途径。     

血管残余应力的一种确定方法

动脉无载荷状态下存在残余应力,分析血管壁在载荷状态下的应力分布必须计及血管壁的残余应力。本文通过检测动脉不同轴向伸长比条件下的压力—容积(p—V)数据,根据其p—V实验曲线的“S”型特征,提出了一种用反正切函数关系对试验数据点进行拟合,进而导得动脉管壁周向残余应力沿壁厚分布的方法。文章对10只正常大鼠颈动脉的分析结果表明,大鼠颈动脉周向残余应力沿血管壁厚呈单调上升趋势。残余应力在内壁处为负呈压缩状态,在外壁处为正呈拉伸状态,并且内外壁处应力绝对值大小基本相等,大约在2．5kPa左右。文章结果对进一步分析动脉管壁在载荷作用下的应力分布提供必要的信息。     

血管输入阻抗的拟合方法与初值选取

研究了模拟动脉系统的集中参数模型的数据拟合问题,分析了用修正的Noordeergraaf五单元模型计算血管输入阻抗的有关问题,对参数拟合问题中被广泛运用的Newton迭代法与正交试验法作了评述,就其中至关重要的初值选取问题建议了一些简单实用的方法,讨论了参数选取的范围与参考值,并将数值计算结果与实测结果作了比较,所建议方法的有效性得到了证实。     

柱形装药条件下锥形水中爆炸激波管内的冲击波特性

锥形水中爆炸激波管是进行水中爆炸实验的一种装置,该装置能够通过较小装药量在相同距离处实现自由场水中较大装药量爆炸的冲击波峰值。为了获得柱形装药条件下锥形水中爆炸激波管内的冲击波特性,本文通过数值计算的方式,对不同圆锥角和不同柱形装药质量下锥形激波管内的冲击波传播过程进行了模拟,通过对不同工况下激波管内冲击波特性进行分析,发现其初始冲击波的衰减规律符合自由场水中的指数衰减形式,并拟合得到了与自由场水中爆炸相容的冲击波峰值、比冲量和能流密度经验公式;发现其二次脉动压力周期与炸药质量呈反常规的变化规律,并引入等效静水压深度解释了这一现象;发现其二次脉动压力幅值与初始冲击波幅值之比比自由场水中更大,而二次脉动压力的比冲量与初始冲击波冲量之比与自由场水中相当。     

N2与CO2对合成气爆炸特性影响的实验研究

为了研究惰性气体(氮气及二氧化碳)对合成气爆炸特性的影响,利用20L球形爆炸仪器,开展不同体积分数氮气与二氧化碳作用下不同当量比合成气的爆炸实验,从爆炸峰值压力、爆炸压力到达峰值时间、爆炸指数方面分析惰性气体对合成气爆炸特性的影响。研究结果表明:惰性气体体积分数的增加会降低合成气的爆炸压力和爆炸指数,推迟爆炸压力到达峰值的时间;在相同体积分数下,CO2比N2能更有效地降低合成气的爆炸峰值压力和爆炸指数,减小爆炸反应的剧烈程度,CO2在抑制合成气爆炸方面比N2的效果明显。     

两端固定音叉的力-频率关系及其非线性

两端固定音叉结构常被用作石英或硅振梁加速度计的敏感结构。论文的目的是建立两端固定音叉结构的固有频率与受力之间,及差动音叉结构频率差与受力之间的精确关系,研究差动音叉结构量程与非线性之间的联系。以梁的弯曲振动微分方程为基础,推导了在轴向力作用下两端固定的梁的固有振动角频率与轴向力之间的关系,并用多项式拟合;进一步得到差动音叉结构传感器的角频率差与轴向力之间的拟合多项式。梁的力-频率关系和差动音叉结构的力-频率差关系的5次多项式拟合误差分别低于0.0056%和0.0015%,并给出了敏感结构量程与输出非线性度之间的近似公式。这些公式可以为传感器的设计提供依据。     

用平均速度剖面法测量湍流边界层壁面摩擦速度的对比研究

基于不同雷诺数平板湍流边界层平均速度剖面,分别采用黏性底层拟合、对数律区拟合以及Spalding公式拟合算法计算了壁面摩擦速度,并对平均速度剖面进行无量纲化。通过比较无量纲化的平均速度剖面与理论规律曲线,验证了三种拟合计算方法的有效性。通过比较三种拟合算法所得的壁面摩擦速度与油膜干涉法直接测得的壁面摩擦速度之间的误差,并分析不同拟合算法误差形成的内在机制,验证了三种拟合算法计算结果的准确性与可靠性。结果表明Spalding拟合算法计算结果的准确性和可靠性都要优于其他两种拟合算法。     

新型薄膜式压力传感器的参数设计

利用待测压力与薄膜加速度之间的正比例关系来获取冲击波反射超压峰值的新型测量方法已经得到初步实验验证，该方法具有无需标定、制作简单、成本低廉、测量精度高等优点。为优选薄膜式压力传感器的主要参数，并获取压力测量的不确定度，开展了数值模拟，分析了薄膜厚度、待测压力、拟合参数等因素对压力测量的影响。对薄膜的位移或速度信号进行了拟合处理，获得了冲击起始时刻薄膜的加速度，进而得到了待测压力峰值；将获得的压力与标准压力进行比对，得到了拟合时长、拟合多项式阶次、薄膜厚度等因素的优选值，并获得了薄膜式压力传感器的主要技术指标。另外，开展了激波管比对实验，验证了数值模拟的相关结论。     

四频差动激光陀螺三种误差模型对寻北精度的影响

分析了四频差动激光陀螺漂移信号的特性,将陀螺输出的漂移误差信号分为常值漂移误差和随时间变化的一次项、二次项漂移误差,并据此建立陀螺漂移误差模型,分别对陀螺漂移进行零次拟合、一次拟合及二次拟合.针对这些模型结合寻北推导了误差的补偿算法,并通过寻北实验精度比较,验证了不同误差模型的补偿效果.实验结果表明,就本文实验所用陀螺,含二次项误差的模型寻北精度较高,使寻北精度从零次拟合模型的1密位降低到0.5密位.     

大尺寸密闭容器内天然气的爆炸超压场

以天然气体积分数在爆炸下限附近的天然气-空气混合物爆炸超压状态场为着眼点,在大尺寸容器中轴向和径向位置布置压力传感器,实时记录天然气体积分数不同的天然气-空气混合物爆炸后的超压发展过程。经过数据处理发现,在天然气爆炸下限附近,存在3种压力波形式且存在前导冲击波和二次发展形成的燃烧波共存的状态。不同天然气体积分数条件下爆炸压力沿容器轴向和径向发展过程存在明显差异,天然气爆炸径向超压变化不明显,轴向超压的发展趋势更适用于天然气爆炸发展过程的描述。     

基于β-二项分布的结构易损性分析

易损性曲线建立过程中受激励不确定性和结构参数不确定性的影响,会引起结构或构件观测结果的统计相关性。为此,本文提出基于β-二项分布的结构易损性分析方法。该方法根据性能量化指标阈值和Monte Carlo模拟确定震后观测结果,采用β-二项分布探讨震后观测值的统计相关性;结合对数回归模型,推导了改进β-二项分布的累积分布函数,计算结构失效概率;通过累积对数正态分布拟合易损性曲线,比较了观测失效样本数与观测失效概率统计相关性对易损性的影响,并与未考虑统计相关性的传统易损性曲线作对比。某8层钢筋混凝土框架-剪力墙结构的算例表明,考虑统计相关性的易损性较传统易损性偏大,且结构遭受8度以上地震作用时,考虑失效样本数统计相关性的易损性使预测结果更为保守,利于工程安全。