柘溪水库拦门沙淤积及治理对策——“九五”优秀科研成果介绍

柘溪水库拦门沙淤积及治理对策研究课题是应电站和库区管理部门的邀请和委托于 1 995年至1 996年间由长沙中南机电技术研究所进行和完成的 ,并以我国优秀科研成果入选《中国九五科学研究成果》丛书 (该成果研究论文在本刊 1 996年第 2期刊出 )。该研究成果首先明确了泥沙淤积是水库运行中五大环境工程地质课题之一 (其他 4个课题为水库渗漏 ,诱发地震 ,库岸变形和矿产淹没 ) ,同时明确了将库尾和各支流入库口的泥沙淤积称为拦门沙 ,提出了对库区泥沙淤积的研究方向。拦河筑坝建立水库 ,使库区的河道落差集中到坝址 ,改变了原来河道的水沙流态和流速 ,引起了河道自然环境变化和河床演变。     

长江口拦门沙地区泥沙输运

本文建立了长江口拦门沙地区泥沙运动的数学模型，所得水流和含沙量与现场观测资料相符合，分析了潮波和径流作用下泥沙输运规律，预测了整治工程实施后主航道地貌变化．     

考虑弯折波的舰载机拦阻过程仿真分析

为研究弯折波现象和分析弯折波对舰载机拦阻过程的影响,基于Euler–Bernoulli非线性梁理论,建立了考虑弯折波的拦阻索离散模型.对拦阻过程进行数值仿真,仿真结果表明,弯折波在整个拦阻过程均存在,使得拦阻钩载荷出现波动,且这种波动在拦阻初期最为剧烈,之后逐渐减弱.弯折波的存在明显缩短了拦停时间和拦停位移,还使得拦阻...     

清江隔河岩水库蓄水后茅坪滑坡的变形机理及其发展趋势研究

茅坪滑坡位于清江隔河岩水库左岸,下距隔河岩坝址66Km,是隔河岩水库中最大的一个基岩古滑坡,体积约2350×10⁴m³。自1993年4月10日水库下闸蓄水以来,该滑坡发生了持续的缓慢变形,至目前为止,最大位移达2100mm,且仍在变形过程中。     

水库地区的水岩作用及其地质环境影响

本文综述了水库地区水环境系统的变化及水岩作用类型和机制, 在此基础上讨论了水库区地质环境的变化和环境灾害的发生, 提出以水环境变化和水岩作用为中心的水库地质环境评价和灾害预测的研究方向。     

水库设计的三维可视化研究

为了提高水库设计的自动化水平,实现模型的三维可视化,本文研究了三维地形的建模方法及其在水库设计中的应用。采用了地性特征点和地性线参与三维建模的方法,提高了数字高程模型DEM的地形逼真度。在此基础上通过一种综合了水平线和覆盖消隐算法的合成消隐算法实现了彻底的消隐以及图像的快速生成。通过三维水库模型,不仅可以得到水库的容量、库水的淹没边界和淹没面积,而且还可以生成地形剖面图。如果地形剖面图与地质图、水文图、构造图等进行叠加,可以形成综合剖面图。文章最后采用三维可视化方法模拟了某水库的部分设计工作,结果表明,通过水库的三维地形模型可以简单直观的完成坝址的选择、水库容量以及蓄水的水位线的确定等方面的工作。     

水库诱震机制新理论的探索──断层带弱化与岩体软化效应诱震理论

针对走滑断层诱发的水库地震，建立了尖点突变模型，提出了发震的充要力学条件判据及地震释放能量的简单表达式。以突变理论分析为依据，建立了水库诱震机制的新假说，简称为断层带弱化与岩体软化效应诱震理论，较合理地解释了水库地震与岩性、构造、水位的关系及水库地震序列ｂ值的特征。本文的讨论从整体上深化了对水库诱震机制的认识。     

速率偏频技术提高激光陀螺精度的理论研究

以分析激光陀螺主要误差源出发点,从理论上研究了速率偏频技术的作用,指出它可有效地降低激光陀螺锁区引入的随机游走误差,部分地补偿激光陀螺谐振腔中的光束位移引起的不可控激光陀螺的零偏误差,并可解决拦动激光陀螺在系统使用中的锥形误差（Coning Error)和划桨误差（Sculling Error)。利用激光陀螺的拍频方程和拦动偏频激光陀螺的拍频近似解,得出了速率偏频激光陀螺随机游走误差与速率偏频系统参数的表达式,并指出了速率偏频技术的特点及速率偏频技术要解决的主要技术问题。     

非牛顿流体高含沙水流治理黄河的理论基础

根治黄河水害,开发黄河水利,都需要修建巨型水库。但在黄河干支流修建水库,都遇到严重的淤积问题。三门峡水库就是一例。此水库虽经两次改建,采取蔷清排浑措施,但上述两个宏伟目标都比原设计打了折扣。这就迫使另一个水库—小浪底水库采取高含沙水流调沙放淤方案,即采取蓄浑排清措施。这      

三峡水库应力场对水田坝断裂影响的数学-力学模型研究

水库蓄水后, 在一定空间范围内形成了应力场、应变场和渗流场。我们建立了一个数学一力学模型, 以描述水压应力场的特征。通过运用弹塑性岩土体非线性应力一应变和稳定性静力分析NOLM83二维有限元程序发现, 水库水压应力场的最大主应力从水库中心向两侧、从水库表面向深部逐渐降低。在此基础上, 研究了在未来三峡水库水压应力场影响下, 水田坝断裂的应力、应变和影响范围。研究表明, 平面影响范围为该断裂两侧5～-6km.由于岩体的浮托作用, 地表面的累积位移量少于10mm, 并向下逐渐减小。因此, 水田坝断裂完全能够承受三峡水库蓄水后产生的水压应力, 不会出现中-强度水库诱发地震, 不会影响三峡工程的安全。     

Transient response of bonded strain gages

Transient-response characteristics of bonded strain gages have been studied by measuring the elastic step wave produced in a steel bar. A quenched-steel bar with a circumferential notch is stretched statically along its axis until it fractures at the notch. Thus a new cross section is suddenly created in a bar under static tension. At this moment, a sharp step wave of zero stress is produced from the new section, and it travels in the bar at the velocity of sound. By measuring this step wave with strain gages, it is shown that the rise time of the gage itself is less than 0.5 μs+0.8L/c, whereL is the gage length andc is the velocity of longitudinal elastic wave in the bar.     

用光弹性法测定复合应力强度因子

工程结构裂纹尖端应力强度因子(SIF)由于形状、荷载的复杂性及边界条件的不确定性,难以用解析法得到,数值计算也有困难,而光弹性法弥补了上述方法的不足。本文用环氧树脂制作圆轴模型,采用机加工的方法制作圆轴模型裂纹,然后将加载模型进行应力冻结,通过光弹性实验研究分析了圆轴裂纹尖端应力分布。由于带环形裂纹的圆轴在弯扭组合变形时,离中性轴最远的裂纹尖端处于复合裂纹状态,而三维光弹性应力冻结法是测定复杂三维问题复合裂纹的有效方法。本文用双参数法测定I型应力强度因子,用切片逐次削去法测定Ⅲ型应力强度因子,实验误差较小。     

用于Hopkinson压杆装置的电磁驱动技术

为提高分离式Hopkinson压杆装置的测试效率与精度,通过对电磁驱动技术的分析,设计并进行了电磁线圈驱动导体杆的原理性实验。以微型分离式Hopkinson压杆装置为基础,将电磁线圈驱动原理用于撞击杆的驱动。通过单级线圈驱动不同长度撞击杆,获得储能电量与不同长度撞击杆的速度为线性关系。结合对镁合金材料的动态应力应变关系测试结果,证明此系统速度容易控制、重复性好、可靠性高和实用性强、电磁干扰并不影响信号采集。借助此原理,通过提高储能电量或采用多级同轴线圈驱动方法,可以实现各种规格的Hopkinson压杆装置中撞击杆的有效驱动,使Hopkinson杆测试装置简化。     

多阶变截面杆的弹性稳定计算

本文研究单阶和多阶截面杆在集中和分布轴向荷载作用下的弹性稳定计算方法,首次给出了其整体稳定和局部稳定的解析解.     

HOPKINSON冲击拉杆的改进及应用

本文给出用Hopkinson空心杆代替实心杆进行材料动态拉伸性能测试实验研究。实践证明,Hopkinson空心杆比实心杆有明显优点,我们利用了空心杆测试材料动态拉伸性能,使测试结果较实心杆有明显改进。 为了证明空心杆的动态可靠性,本文用二维动力有限元法分析了空心杆的一维性。     

应力平衡和接触状态在Hopkinson杆测试聚合物动态弹性模量中的影响研究

针对用Hopkinson杆试验能否准确测量聚合物动态弹性模量以及其中主要影响因素的问题,本文基于重构试样初始加载阶段的应力波反射透射过程,分别计算了6个特征时间内的前三次反射波和透射波,得到试样的应力平衡度和试样的应力应变曲线。对于所研究的聚合物材料,通过比较重构的应力应变曲线的弹性模量与输入的材料弹性模量,发现在4个特征时间后,误差仅在3%左右。因此试样变形过程中的应力平衡与否不是材料在Hopkinson杆试验中弹性模量测不准的原因。通过环氧树脂试样试验发现,根据Hopkinson杆理论计算的应变结果要大于试样上应变片实测的结果,误差在11%左右。相应的数值模拟研究发现:试样和杆子端面接触状态直接决定着试样弹性模量测量的精度。关于惯性效应和压痕效应的研究也证实它们的影响是可以忽略的。     

Sedimentation of particles in shear flows of viscoelastic fluids

An experimental investigation of sedimentation of single particles and concentrated suspensions in Couette flows of viscous and viscoelastic fluids is presented. With the passage from viscous to viscoelastic fluids, a slowing down of the sedimentation was observed. The sedimentation of suspensions in viscoelastic fluids accelerated with increase in the suspension concentration. The development of instabilities during the sedimentation was detected.     

直撞式霍普金森压杆二次加载技术

利用传统分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）实验技术来实现试件在较低应变率下的大变形时，需要使用超长的压杆系统，杆件的加工和实验空间限制了该技术的推广应用。鉴于此，提出一种直撞式霍普金森压杆二次加载实验技术，利用透射杆中的应力波在其末端的准刚性壁反射实现对试件的二次加载，并分析了准刚性质量块尺寸对二次加载的影响规律；采用二点波分离方法对叠加的应力波进行了有效分离和计算，在总长4 m的压杆系统中实现了1.2 ms的长历时加载，并可以准确获得试件的加载应变率曲线和应力应变关系。建立了直撞式霍普金森压杆二次加载有限元模型，数值仿真结果表明，该实验技术能有效地实现试件的二次加载，与超长SHPB系统获得的仿真结果相比较，两者的试件应力应变关系完全一致。利用该技术对1100铝合金材料进行动态压缩实验，实现了其在102 s?1量级应变率下的大变形动态力学性能测试。     

A NEW HIGH-ORDER MULTI-JOINT FINITE ELEMENTFOR THIN-WALLED BAR

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｉｎ＿ｗａｌｌｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ .Ｉｔｎｏｔｏｎｌｙｈａｓａｒｏｌｅｏｆｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｑｕａｎｔｉｔｙｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ,ｕｓｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｒｅａｓｏｎａｂｌｙ ,ａｎｄｉｍｐｒｏｖｉｎｇｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔｓｇｒｅａｔｌｙｂｕｔａｌｓｏｈａｓａｒｏｌｅｏｆｂｅａｕｔｉｆｙｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅ’ｓｆａｃａｄｅ.Ｎｏｗａｄａｙｓ,ｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｓｅａｐｐａｒｅｎｔａｄｖａｎｔａｇ…     

SIMULATION OF SEDIMENTATION OF TWO CIRCULAR PARTICLES WITH COLLISION CONSIDERED IN VERTICAL CHANNEL

D2Q9 model of lattice Boltzmann equation method was used to simulate the sedimentation of two circular particles in a bounded two dimension channel. The characteristics of the sedimentation shows some periodicity for the Reynolds number Re chosen, 0.1-20. The larger the Reynolds number, the stronger the interaction between the two particles and the larger the transversal displacements. For large Re, the two particles leading alternately; for small Re, the initially leading particle will keep its leading position and for moderate Re, the initially upper particle will get leading position and keep it. The influence of the initially relative position of the two particles on sedimentation is small. The width of the channel won＇t change the characteristics of the sedimentation as a whole, but will change the period of the sedimentation. The wider the channel, the longer the period will be.