复合射孔压力加载下铜柱测压计测试实验和数值分析

进行基于铜柱测压和实测压力时间曲线的石油井射孔压裂实验,建立铜柱测压计的数学模型,并 采用交互式计算方法得出其作用过程的解析解。分析结果表明,井下射孔压裂过程中,压力上升沿很陡,活塞 在外部压力达到峰值时,速度很大,会继续压缩铜柱直到速度为零。活塞的运动可以分为加速和减速撞击2 个过程。活塞的最大速度决定了铜柱测压计最终测试值,且与速度成正比。射孔脉冲压力加载过程中铜柱测 压计的误差取决于压力上升时间、脉冲宽度、峰值压力等影响因素。火炮膛压加载下铜柱测压计误差较小。     

一种排气式膛压模拟装置

为了在实验室条件下简洁、高效地获得与实际相符的膛压曲线,进而开展典型结构和材料膛压载荷响应特性研究,提出了压力舱内发射药燃烧同时发射药气体由排气件排出的膛压模拟装置。结合发射药燃烧理论和等熵流动模型,建立了排气式膛压模拟过程的数学模型。基于理想气体假设,利用Fluent软件模拟泄压过程质量流量规律,并与理论结果对比,确定了流量系数。分别根据76和155 mm火炮膛压曲线特点及小型化设计原则,对模拟装置性能参数进行了优化设计。优化结果表明,获得的压力曲线的增压速率和降压速率基本满足要求,峰值压力达到300 MPa,压力大于30 MPa历时10 ms以上。验证实验结果表明:压力曲线有良好的重复性,且与理论结果一致,装置工作可靠性高;以排放发射药气体方式模拟膛压曲线是可行的。     

压敏漆测压在低速射流撞击壁面的应用研究

压敏漆(pressure sensitive paint,PSP)测压是一种基于发光分子氧猝灭效应的测压技术,与传统测压方式相比具有成本小、空间分辨率高等特点.实验搭建了压敏漆测压硬件平台,开发了数据处理软件系统.利用驻点处的压强与灰度关系拟合了标定曲线,研究了低速射流撞击平板表面的压强分布特性,分析了喷管距离壁面高度和雷诺数的影响.结果表明,当喷管高度h/d<6时,压强分布曲线的峰值压强和半宽度随喷管高度变化基本不变;当喷管高度h/d>6时,随着高度的增大,峰值压强线性减小,半宽度线性增加.采用峰值压强和半宽度对不同喷管高度的压强分布曲线进行无量纲化,压强分布曲线呈现自相似特性.进一步研究表明,在实验雷诺数范围内,压强分布受雷诺数影响较小.      

冲击波反射压测量曲线的动态修正与补偿方法

为准确获取爆炸冲击波反射压测量曲线,分析了影响其峰值的三个因素:测压系统的带宽、压力测量方式和信号传输线长度;使用激波管对冲击波测压系统进行动态校准,获取其动态特性;采用改进的levy法对其动态特性进行参数化建模,设计巴特沃斯滤波器作为补偿后的系统,计算出动态补偿环节,拓宽了测压系统的工作频带,且降低了测压系统谐振频率处的幅值;对冲击波反射压测量曲线进行动态修正与补偿,发现该方法能够修正冲击波反射超压峰值,明显降低由于测压系统的动态特性不够带来的峰值误差。该研究成果能够显著提高冲击波反射压测量峰值的准确度,为武器毁伤威力评价提供技术支持。     

高层建筑标准模型风洞测压和测力试验研究

CAARC高层建筑标准模型是国际上通用的风工程标准模型之一,用来检验各个模拟自然风的风洞试验结果,以确保风洞试验测量数据的可信度。本研究使用缩尺比为1：300的CAARC模型,在同济大学TJ-2建筑风洞中进行了B类和D类地面粗糙度风场下的刚性测压试验和高频动态天平试验。在刚性测压试验中测量了建筑模型表面在不同风速和风向角下的平均风压系数,并与国外风洞机构的试验数据进行了对比分析。在高频动态天平试验中,不同风向角下的结构气动力系数和顶点位移被给出,并同样与国外风洞机构进行了对比。风洞试验结果表明：TJ-2风洞能较好地模拟大气边界层风场,且风场品质较好;试验技术可靠,所测得的试验数据具有较高的精度。     

串列双圆柱同步测压实验结果的相关分析

本文在雷诺数2×104下,同步测量了12个不同间距下串列双圆柱的表面压力分布,积分得到脉动升、阻力的时间历程,并对前、后柱之间的脉动升、阻力以及脉动升阻力和圆柱表面的脉动压力进行了相关分析.在本实验中,串列双圆柱流态切换的临界间距比在3.5～4.0之间,在临界间距前后,相关曲线的形态差别很明显.当串列双圆柱之间的距离小于临界间距时,前后柱之间的影响显著,造成脉动升/阻力和脉动压力之间的相关程度下降.串列双圆柱之间的距离大于临界距离时,前、后柱的脉动升力之间的相位差随间距线性增加.分离点的脉动压力和脉动升力之间以及背压和脉动阻力之间都有较好的相关性,可以用分离点的脉动压力和背压来分别表征脉动升力和脉动阻力.     

考虑围压效应的冻结砂土动态本构模型研究

为描述主动围压作用下冻结砂土的动态力学特性,通过在朱-王-唐模型的非线性体上串联塑性体,建立了能够考虑围压效应的冻结砂土动态损伤本构模型;分析了损伤参数对应力-应变曲线特征、屈服点、峰值应力和峰值应变的影响规律,基于冻结砂土动力学试验数据确定了模型参数;通过将模型和试验数据进行对比,并对不同试验条件下模型的预测误差进行分析,验证了模型的适用性和准确性。结果表明,损伤参数对应力-应变曲线弹性阶段和屈服点无明显影响,而对塑性阶段和破坏阶段的影响较为显著,本构模型预测的应力-应变曲线与试验结果具有较好的一致性。模型能够预测围压引起冻结砂土塑性阶段占比大和屈服点明显的特征,且能够描述围压对冻结砂土动态强度的增强效应;不同负温和主动围压条件下,模型对峰值应力和屈服强度的预测效果优于峰值应变和屈服应变。     

不同泄压条件对方管内爆炸压力特性的影响

为研究泄压膜约束条件对甲烷/空气预混气体爆炸压力特性的影响，在方形火焰燃烧传播测试管道中布置压力传感器，开展不同泄压膜材料、泄压膜层数及泄压口位置实验。结果表明:牛皮纸和聚丙烯薄膜约束泄爆过程中，每增加一层泄压膜，管道内最大泄爆压力平均上升11.2%和12.3%。各强度泄压膜约束条件下，管道内最大泄爆压力随着泄压口位置接近点火端，均呈现Z形规律，当泄压口设置在距尾部端面0.25 m时，各曲线达到最小值，当泄压口设置在距尾部端面0.50 m时，各曲线出现最大值。     

基于PDV的JOB-9003炸药爆轰反应区测量

炸药的反应区数据对爆轰过程的精密建模具有重要意义，为了得到JOB-9003炸药的反应区信息，采用光子多普勒测速仪（PDV）对JOB-9003炸药的爆轰反应区进行了实验研究。实验中利用火炮发射高速蓝宝石飞片冲击起爆被测炸药，在炸药后表面安装镀膜氟化锂（LiF）窗口测量炸药一维稳态爆轰时的界面粒子速度，测试过程的时间分辨率小于1 ns，测速相对不确定度小于2%。通过读取界面粒子速度时程曲线的拐点来确定CJ点，根据阻抗匹配公式计算炸药的CJ压力。研究结果表明，JOB-9003炸药界面粒子速度时程曲线上存在较为明显的拐点，JOB-9003炸药的化学反应时间为（11±2）ns，对应的化学反应区宽度为（0.075±0.014）mm，JOB-9003炸药的CJ爆压为（35.6±0.9）GPa，冯诺依曼（Von Neumann）峰处的压力为（47.9±1.2）GPa。     

畸变信号的反演修正在同步测压中的应用

本文说明了同步测压所包含的主要内容以及一套实用的同步测压系统的组成,分析了通过传压管道传递的压力信号产生畸变的原因,指出对畸变信号进行反演修正是同步测压过程中必不可少的关键环节。利用频域修正的方法可以对压力分布同步测量中的畸变信号进行反演,以消除输出信号的幅值误差和相位差,保证各个测压通道得到的信号在时间上具有良好的同步性。这样就可以通过对脉动压力分布进行面积加权积分,得到脉动气动力的时间历程。在对畸变信号进行反演修正时,得到测压系统的频率响应函数是关键,本文介绍了利用比较法来标定频响曲线的装置和方法。并通过实验演示了反演修正的效果,表明本文所采用的同步测压装置具有非常好的同步性能。     

不耦合装药爆破孔壁压力峰值的实验研究

不耦合装药爆破孔壁压力峰值是控制岩体轮廓成形质量及进行非流固耦合爆破振动响应数值模拟分析的重要参数,本文采用实验方法研究了不耦合装药爆破的孔壁压力峰值:利用材质为20钢的无缝薄壁钢管模拟不耦合装药爆破炮孔,以高灵敏度、高精度的应变片为传感器,选用超动态应变仪采集钢管内置柱状炸药卷爆炸过程中钢管外壁产生的环向应变,应用动荷载作用下薄壁圆筒的动力响应计算方法,反演分析采集的钢管外壁环向应变数据,得到了爆破过程中空气冲击波作用于钢管内壁的冲击荷载压力峰值,间接测量了不耦合装药爆炸后的孔壁压力峰值。实验获得了6种不耦合装药工况下的爆破孔壁压力峰值测试数据,并计算了相应工况下实验值较准静态爆生气体压力的增大倍数,拟合结果表明压力增大倍数随不耦合系数的增大近似呈线性增长。同时也分析了部分试验工况下爆炸测试结果不理想的原因,研究成果可为轮廓爆破孔壁压力峰值的测试与计算提供参考。     

气体泄爆压力分步计算模型及其湍流修正

通过将密闭空间内爆燃泄放过程进行微分，假设各微分时段内爆燃泄放过程均按照先燃烧、再泄放、最后压力平衡的过程独立分步进行，最终得到泄爆压力分步计算模型。同时，在尺寸为2 m×1.2 m×0.6 m的爆炸腔体一端安装击穿压力相同、泄放面积不同的泄爆构件进行泄爆实验，对分步压力计算模型进行验证。对比发现:大面积泄放条件下，2个传感器测得的压力曲线基本重合，均为单峰值曲线，此时模型计算值与实验结果吻合较好；小面积泄放条件下，腔体内压力曲线均为双峰值曲线，由于泄放截面改变加剧口部湍流扰动，使得腔体内部产生压力梯度，近泄爆口处传感器测得的第2个压力峰值要大于腔体内部传感器相应的测量值，经湍流速度修正后的压力计算模型可以较好地描述近泄爆口处的压力变化情况。     

PVDF压电薄膜在应力波测量中的应用

综合介绍了PVDF压力传感器的测试原理、动态标定实验，并采用定制的PVDF压力传感器测量了不同类型分层介质在冲击载荷作用下的压力衰减，说明了PVDF压力传感器在压力测量中有着很好的前景．     

圆筒装置内爆炸压力载荷特性实验研究

为了研究密闭环境压力载荷波形特征和分布规律，开展了长径比2∶1圆筒装置的TNT装药内爆炸实验，获取了圆筒壁面、端盖板表面的压力载荷数据，结合仿真计算结果，研究了圆筒壁面、端盖板上压力载荷波形特征和形成机理，建立了压力载荷峰值的表征模型，并开展了模型验证。结果表明，圆筒壁面与盖板压力载荷波形不完全相同，壁面压力载荷按照爆心距由近到远，从显著的单波峰向多峰值变化，在近场区域压力载荷衰减特性与一定炸高自由地面冲击波类似；盖板上压力载荷呈多波峰特点，中心区域压力载荷最大峰值大于首峰值的3倍，角隅区域大于首峰值6倍；圆筒壁面上的压力载荷最大峰呈现凹型分布规律。该研究结果可为密闭环境内爆载荷的特性分析和结构毁伤评估提供参考。     

双圆柱斜置排列时下游圆柱压力分布和振荡频率的实验研究

当两个圆柱斜置排列并靠得较近时,绕流下游圆柱的流动明显地不同于单一圆柱.本文研究了下游圆柱压力分布受到的影响,并着重于用FFT来分析圆柱表面某些特征点上的压力频谱,研究频谱与圆柱之间的相对距离和位置的关系.当圆柱间距较远时,压力振荡的频率与单圆柱卡门涡节的频率相接近,随着横向间距的接近,频率逐渐降低,然而当两圆柱十分接近时,外侧压力振荡的频率继续降低,但圆柱内侧压力振荡的频率却突然提高,出现了一个圆柱体两侧作用有不同频率压力的情况.     

Suppression of vortex-induced vibration of a circular cylinder using suction-based flow control

In the present study, a flow control method is employed to mitigate vortex-induced vibration (VIV) of a circular cylinder by using a suction flow method. The VIV of a circular cylinder was first reproduced in a wind tunnel by using a spring–mass system. The time evolution of the cylinder oscillation and the time histograms of the surface pressures of 119 taps in four sections of the circular cylinder model were measured during the wind tunnel experiments. Four steady suction flow rates were used to investigate the effectiveness of the suction control method to suppress VIV of the circular cylinder. The vibration responses, the mean and fluctuating pressure coefficients, and the resultant aerodynamic force coefficients of the circular cylinder under the suction flow control are analyzed. The measurement results indicate clearly that the steady suction flow control method exhibits excellent control effectiveness and can distinctly suppress the VIV by dramatically reducing the amplitudes of cylinder vibrations, fluctuating pressure coefficients and lift coefficients of the circular cylinder model. By comparing the test cases with different suction flow rates, it is found that there exists an optimal suction flow rate for the maximum VIV control. The cases with higher suction flow rates do not necessarily behave better than those with lower suction flow rates. With the experimental setting used in the present study, the suction flow control method is found to behave better for VIV suppression when the ratio of the suction flow velocity to the oncoming flow velocity is less than one.     

A total pressure correction for upstream weighted schemes

Upwind differencing is known to lead to a substantial loss in total pressure. The present paper illustrates the importance of this error on two problems: flow in a converging–diverging duct and flow around a cylinder. A correction is proposed that reduces the total pressure error and yields dramatically improved results for the test problems.     

PVDF应力测量技术及在混凝土冲击实验中的应用

介绍了使用PVDF(polyvinylidene fluoride,聚偏二氟乙烯)应力计的应力直接测量技术。在SHPB装置上进行自制PVDF应力计动态压电系数的标定实验,分析了应力集中、横向泊松效应、摩擦效应对PVDF应力计信号及动态压电系数的影响。用PVDF应力计进行了混凝土的冲击压缩实验。利用混凝土前后端面PVDF应力计信号分析了实验过程中混凝土试样的应力均匀性。与应变计直测应变技术相结合得到了混凝土的动态应力-应变关系。