温度增量对冰水固流转化速率影响的实验研究

通过RPH-80型可程序恒温恒湿试验箱研究了温度增量对圆柱体冰块融化速率的影响。研究结果表明:试验箱的温度在0℃~50℃区间内,随着温度增量的增大,圆柱体冰块的融化速率逐渐加快。通过数据分析,得出了圆柱体冰块的温度增量与融化时间、融化速率都呈多项式函数规律变化。选取温度增量为20℃的冰块融化过程进行ANSYS数值仿真验证,得出:圆柱体冰块棱边部分最先开始融化;随着时间的增长,冰块的侧面比上表面开始融化的时间早,这亦与实际的融化状况相符。     

酸碱度对冰块融化速率影响的实验研究

冬季积雪、深部软岩巷道流变、高原冻土翻浆等现象给我们的日常生活和工程建设带来了极大的不便,这些现象都涉及到固体与流体之间的转化现象,因此材料固流转化理论研究具有重要的理论意义和应用价值.本文以酸碱度为自变量,通过冰块融化实验,研究了其对融冰速率的影响,结果显示,随着pH值的增加,冰的融化速率有先变慢后加快的趋势.通过数据分析,得出了酸碱度与融冰速率关系的经验公式,并用Fluent进行了数值仿真验证.     

点火延迟时间对铝粉爆炸特性参数的影响

为了研究装置点火延迟时间对不同浓度粉尘爆炸压力和压力上升速率的影响,以铝粉为介质在5L圆柱形爆炸装置中进行系列爆炸实验。结果表明:装置点火延迟时间对铝粉爆炸压力和压力上升速率有十分显著的影响,且存在一个最佳点火延迟时间,此时最大爆炸压力最大;随着铝粉浓度的增加,最佳点火延迟时间先增加后保持不变。最佳点火延迟时间下的最大爆炸压力和最大压力上升速率明显高于点火延迟时间固定为60s时的。相对粉尘不同浓度均采用固定点火延迟时间,不同浓度时采用最佳点火延迟时间,所测得的粉尘最大爆炸压力和最大压力上升速率明显符合实际。     

振动挤出过程中毛细管内聚合物熔体的剪切速率分析

借助自行研制的恒速型毛细管动态流变实验研究装置,对平行叠加振动条件下聚合物熔体经毛细管的挤出过程进行了分析;不依赖现有的任何本构关系,在考虑惯性项影响的前提下,建立了振动力场下毛细管壁处聚合物熔体剪切速率的计算公式;实验测量一定振动频率和振幅下毛细管瞬时入口压力、瞬时体积流量以及体积流量与入口压力波形的相位差,通过上述公式即可求得聚合物熔体在毛细管壁处的剪切速率。     

圆柱形爆炸容器的内壁爆炸载荷

爆炸容器内壁所受爆炸载荷的确定是容器动态响应特征研究、容器结构设计及安全评估的基础。对自行研制的组合式圆柱形爆炸容器开展了系列内爆加载试验,测量了容器内壁几个典型位置所受爆炸载荷,并利用ANSYS/LS-DYNA软件对容器内爆载荷的形成和传播全过程进行了数值模拟。通过对试验结果进行分析,获得了容器内壁所受爆炸载荷的特征及其分布规律,并拟合出容器圆柱形壳体部分所受载荷首脉冲的峰值压力、正压作用时间和比冲量经验计算公式、容器内部准静态压力经验计算公式。通过对数值模拟结果进行分析,阐明了容器内壁所受爆炸载荷特征和分布规律的形成机理。研究结果表明,椭球端盖内壁产生的马赫反射波在端盖极点汇聚,使得极点所受载荷峰值压力及单次脉冲比冲量峰值总是所有测点中最大的,峰值压力最高可达圆柱壳所受最大压力的2.79倍,应予以足够重视。     

圆柱形爆炸容器的内壁爆炸载荷

爆炸容器内壁所受爆炸载荷的确定是容器动态响应特征研究、容器结构设计及安全评估的基础。对自行研制的组合式圆柱形爆炸容器开展了系列内爆加载试验,测量了容器内壁几个典型位置所受爆炸载荷,并利用ANSYS/LS-DYNA软件对容器内爆载荷的形成和传播全过程进行了数值模拟。通过对试验结果进行分析,获得了容器内壁所受爆炸载荷的特征及其分布规律,并拟合出容器圆柱形壳体部分所受载荷首脉冲的峰值压力、正压作用时间和比冲量经验计算公式、容器内部准静态压力经验计算公式。通过对数值模拟结果进行分析,阐明了容器内壁所受爆炸载荷特征和分布规律的形成机理。研究结果表明,椭球端盖内壁产生的马赫反射波在端盖极点汇聚,使得极点所受载荷峰值压力及单次脉冲比冲量峰值总是所有测点中最大的,峰值压力最高可达圆柱壳所受最大压力的2.79倍,应予以足够重视。     

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。     

基于Voronoi切割算法的碎冰区构造及离散元分析

离散元方法广泛应用于海冰,特别是碎冰区的动力过程及其对海洋结构作用过程的数值模拟。为构造碎冰区中的冰块几何特性,基于二维Voronoi图方法对计算域进行随机切割以生成碎冰区中冰块的几何形态,并采用球体单元对每个碎冰块单元进行填充,从而确定碎冰区的初始分布场。在采用Voronoi图进行碎冰区构造时,可对冰块尺寸、几何形态和密集度等海冰参数进行设定。为确定冰块的不同几何规则度,综合采用排斥法和扰动法以定量地控制碎冰块几何形态从完全随机分布到规则分布的连续变换。为分析不同几何规则度下碎冰块的几何特性概率分布规律,对计算域内冰块的面积和边数等参数进行统计分析,从而可更合理地参数化控制初始冰场中碎冰块的几何特性。在此基础上,本文基于粘接-破碎的球体离散元方法对不同冰况下锥体结构的冰荷载进行了数值计算,讨论分析了碎冰区的海冰密集度、冰块面积和几何规则度对冰载荷的影响。     

基于Voronoi切割算法的碎冰区构造及离散元分析

离散元方法广泛应用于海冰，特别是碎冰区的动力过程及其对海洋结构作用过程的数值模拟。为构造碎冰区中的冰块几何特性，基于二维Voronoi图方法对计算域进行随机切割以生成碎冰区中冰块的几何形态，并采用球体单元对每个碎冰块单元进行填充，从而确定碎冰区的初始分布场。在采用Voronoi图进行碎冰区构造时，可对冰块尺寸、几何形态和密集度等海冰参数进行设定。为确定冰块的不同几何规则度，综合采用排斥法和扰动法以定量地控制碎冰块几何形态从完全随机分布到规则分布的连续变换。为分析不同几何规则度下碎冰块的几何特性概率分布规律，对计算域内冰块的面积和边数等参数进行统计分析，从而可更合理地参数化控制初始冰场中碎冰块的几何特性。在此基础上，本文基于粘接-破碎的球体离散元方法对不同冰况下锥体结构的冰荷载进行了数值计算，讨论分析了碎冰区的海冰密集度、冰块面积和几何规则度对冰载荷的影响。     

二甲醚/空气/氩气混合物的爆炸特性

在20 L球形爆炸容器中对二甲醚/空气(DME/air)、二甲醚/空气/氩气(DME/air/Ar)混合物在不同初始状态下的爆炸特性进行实验研究,分析了不同初始压力、不同氩气(Ar)稀释浓度对爆炸极限、最大爆炸压力以及最大爆炸压力上升速率的影响。结果表明:DME/air混合物的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率与DME在混合物中的浓度呈圆顶形关系,最大值出现在DME在混合物中的浓度为6.5%(即最佳当量比, φ=1)附近;初始压力的下降明显降低了DME/air混合物的爆炸上限,但对于其爆炸下限影响不显著;Ar的稀释对富燃DME/air混合物的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率有显著的惰化作用,但对于贫燃DME/air混合物,最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率在一定的Ar稀释浓度范围内出现上升趋势,当Ar的稀释浓度大于20%,这2个爆炸参数值逐渐下降。     

有压水环境中的混凝土动态抗压性能试验研究

对有压水环境中的混凝土进行了不同应变速率下的动态压缩试验研究,获得了水压为0~10MPa时的混凝土含水量特征以及不同应变速率下的应力应变曲线。试验结果表明:应变速率不高于10~(-3)/s时,混凝土的应力应变曲线与干燥混凝土的相似,受力状态如同单轴加载;在应变速率为10~(-2)/s时,其应力应变曲线的后半支随水压力增加而提高,与三轴受力状态类似,水压力对混凝土形成了围压效应。混凝土的强度及其动态增强因子随应变速率呈非线性增加趋势,水压力越高则增长速度越快。强度压力增强因子随水压力的变化趋势在不同应变速率下存在差异。在慢速加载时,强度压力增强因子变化幅度为10%,而快速加载时,其随水压力提高而增加,且显著高于慢速加载时的情况。在深入研究混凝土强度动态增强因子和压力增强因子的基础上,构建了有压水环境中混凝土的经验本构模型。该模型考虑了水压力和应变速率共同作用对混凝土强度的影响,与试验数据吻合较好。结合混凝土的含水量特征,进一步分析了不同应变速率下孔隙水对其力学性能影响的作用机理,分析表明含水量不同导致了粘滞应力和超孔隙水压力的差异,从而引起混凝土强度的非线性增长。     

圆柱形弹性贮液容器基频近似计算法

在工业和工程领域中,广泛地应用圆柱形弹性薄壁贮液容器。在冲击或地震地面运动激励下,此种容器的变形,严格地说就遵循薄壳结构动力学规律。考虑到在水平地震作用下短圆柱形容器的变形,剪切效应起主导作用,因而可用剪切梁变形理论来近似地代替。对于盛有液体的贮液容器,因为激励引起的振动是耦联的,即液体中产生的液动压力与结构的变形有关,而结构的变形又受到液动压力的很大影响。欲寻求此种耦联体系的动力响应,必须对其动力特性进行分析。为此,本文根据Fischer“冲击质量”理论,提出了对圆柱形弹性贮液容器基频的近似计算方法。此方法概念清晰,计算简便,很便于工程上应用。     

火焰在传火管装药床中的传输特性研究

通过在传火管点传火特性模拟试验装置上进行的不同装药材料、装填密度和不同的点火能量试验以及获得的多点压力时间曲线、火焰传播速率,分析了底火火焰在传火管装药床中的传输特性,指出了底火火焰与装药材料性能的相互作用关系,特别是因底火作用而导致传火管装药床的挤压程度对点传火性能的重要影响。     

翻转后的不可压缩neo-Hookean圆柱管的有限变形

研究了由径向横观各向同性不可压缩的neo-Hookean材料组成的圆柱形管在翻转后的有限变形问题。利用材料的不可压缩条件和半逆解法对相应的数学模型进行求解,并根据边界条件得到了翻转后的圆柱形管的内半径以及轴向伸长率应满足的非线性方程组。通过数值算例讨论了材料参数和结构参数对翻转后圆柱形管的内半径以及轴向伸长率变化的影响。结果表明：初始厚度对翻转后圆柱形管的内半径与轴向伸长率没有本质上的影响;而径向各向异性参数却有本质上的影响,特别是在轴向伸长率方面。     

基于微纳米压入法提取无铅焊料合金弹塑性力学参数的研究

本文通过微纳米压入法结合数值模拟研究了无铅焊料合金SnAg3.5 的弹塑性力学性能，分别采用圆柱形压头及两种不同锥角压头对无铅焊料合金进行压入测试：基于圆柱形压头测试过程中接触面积恒定的特点得到了无铅焊料的弹性模量，进一步采用塑性应变梯度理论对两种锥角压头的测试结果予以修正并通过数值模拟反分析得到相应的特征应力值，同时基于压入特征塑性应变与压头锥角的关系式得到两种不同锥角压头下的特征应变值，在此基础上经求解方程组得到焊料合金的初始屈服应力与应变强化因子，进而得到了焊料合金的幂强化弹塑性本构关系．该方法剔除了压入尺度效应的影响并保证了所得本构关系的唯一性，给出了一种通过原位压入测试表征金属材料弹塑性力学性能的有效方法．     

环境温度对瓦斯爆炸压力及压力上升速率的影响

针对不同环境温度对瓦斯爆炸压力及最大压力上升速率的影响进行实验。研究表明,在其他条件不变的情况下,随着环境温度的增加最大爆炸压力逐渐减小,且最大爆炸压力与环境温度的倒数呈现线性衰减规律;随着环境温度的升高,化学反应速率增加,爆炸压力达到峰值所需的时间减少;瓦斯气体的最大压力上升速率随环境温度的升高呈非线性变化规律,在环境温度为298~473 K的范围内,最大压力上升速率基本不变。这些规律性的结论可为防治矿井瓦斯爆炸事故和煤层气的安全利用提供理论基础。     

预点火湍流对正戊烷云雾爆炸参数的影响

以正戊烷云雾为研究对象，进行预点火湍流对云雾爆炸参数影响规律的实验研究。首先通过不同气动压力进行喷雾，获得平均特征直径（SMD）分别为 21.21、14.51 和 8.64 μm 的正戊烷云雾，并得到不同气动压力预点火的湍流均方根速度；随后在 20 L 云雾爆炸参数测量系统中实验获得预点火湍流对正戊烷云雾蒸发速率、爆炸超压峰值、压力上升速率和火焰传播延迟时间的影响。结果表明:(1) 对于圆柱形罐体对称式双喷头分散系统，流场环境可近似认定为零平均速率湍流场；在0.4、0.6和0.8 MPa的气动压力喷雾50 ms的分散作用下，在100～250 ms内，湍流均方根速度在1.0～6.2 m/s范围内，平均湍流积分尺度在40～72 mm范围内，湍流最大湍流尺度的雷诺数在8 000～15 000范围内，柯尔莫哥洛夫微尺度在0.03～0.1 mm范围内；(2) 对于较小的液滴群，随湍流强度的增加，液滴群的蒸发速率有更为明显的提升；(3) 对比云雾三种SMD，粒径8.64 μm的超压峰值与最大压力上升速率随湍流强度增长趋势更显著，并发生爆炸强度显著提升现象，即存在“转变区域”（transition range）现象；(4) 对于SMD在8～22 μm范围内，湍流均方根速度处于1.0～4.0 m/s时为火焰传播延迟时间的低增长阶段，湍流均方根速度处于4.0～6.2 m/s时为火焰传播延迟时间的高增长阶段，湍流强度与火焰传播延迟时间在相应的两个湍流强度阶段范围内呈线性增长。     

圆柱形弹药空气中爆炸相似性规律

针对战场损伤试验中弹药费用高、使用风险系数大的问题，采用量纲分析的方法对圆柱形弹药相似性模型的建立方法进行分析，研究原型同相似性模型之间冲击波峰值压力的关系，利用有限元仿真软件AUTODYN对冲击波传播过程进行数值仿真，并结合实弹试验数据对相似模型的有效性进行验证。研究结果表明，AUTODYN仿真结果同量纲分析结果一致，同时与实弹试验结果也吻合较好，说明在实际试验中可以使用缩比模型替代原型进行试验。该研究为弹药缩比模型在战场损伤试验中的使用提供了理论基础，具有一定的工程价值。     

合肥滨湖新区静压管桩单桩极限承载力与终压力关系的载荷试验研究

以合肥滨湖某安置房项目PHC管桩加固工程为依托,利用PHC静压管桩的载荷试验,对静压管桩的单桩极限承载力Qu、静压管桩施工中的终压力Pu进行了研究。得到以碎石层为持力层时,单桩极限承载力与终压力之间的关系,单桩竖向极限承载力小于终压力,且为终压力的60%~90%;通过对长径比(L/d)与压力比(Qu/Pu)进行回归分析,发现两者大致呈双曲线关系。建立了静压管桩单桩极限承载力与终压力之间关系的地区经验公式,便于在静压管桩施工中更加可靠地控制终压力。     

考虑热渗效应的有限热源固结近似解1）

通过建立考虑热渗效应和热流固耦合效应的饱和土体固结方程,研究了无限长圆柱热固结问题. 利用Fourier 和Laplace 变换及其逆变换,给出了热固结问题的解析解;然后对空间内无限长圆柱形热源问题进行研究,得到非等温条件下柱体周围饱和土体温度、孔隙水压力的近似解,并总结其规律,分析了热渗系数、固结系数对温度作用下土体固结的影响.