40kg TNT当量爆炸塔的振动监测及分析

运用速度传感器和拾振器，对40 kg TNT当量爆炸塔在15、20、25和40 kg TNT炸药爆炸加载下爆炸塔旁侧实验室所在地面、屋顶以及塔顶的振动速度进行监测分析。测试结果表明:在本实验条件下实验室地面质点振动速度峰值均小于5 cm/s，振动持续时间为5~10 s，振动频率一般高于10 Hz；屋顶的竖向振动峰值是水平向的6~7倍，即存在显著的竖向振动放大效应。小波包分析表明:地面竖向振动携带的能量是水平向振动携带能量的2.5~4.0倍，质点振动信号中95%以上的能量处于0~160 Hz频带，而竖向振动中90%以上的能量集中在10~40 Hz范围。研究结果提示:6 m深隔振沟的隔振效果十分有限，在超过5 kg TNT当量的加载条件下，欲取得理想的隔振效果，应选择独立地基和隔振支座的减振设计方式。     

近地表爆炸地震的地面竖向振动速度的随机特性

引入了将爆炸地震的地面运动速度分解为一个确定性的幅值衰减函数和一个随机振动响应函数的乘积进行描述的基本方法 ,对近地表爆炸地震引起的地面竖向振动速度的实验测试结果进行了简要的分析。分析结果表明 :近地表爆炸地震的地面竖向振动速度随机波动分量的双对数功率谱在 10～ 70 0Hz的频率范围内满足近似的线性关系 ,功率谱指数介于 2 .5 1～ 2 .85之间 ,由此得到非平稳地震地面振动速度的演变谱密度方程。此外 ,还给出了地面竖向振动速度的理论模拟结果 ,在随机统计特性上与实验结果具有较好的一致性。     

特高压八分裂输电线路次档距振动与防振研究

基于典型特高压八分裂导线风洞试验获得的基本气动参数,对导线次档距振动现象进行了数值模拟,利用有限元方法分析了线路振动特性,讨论了风速对导线次档距振动的影响,研究了线路在不同间隔棒布置方式下次档距的振动情况。结果表明:风速在10m/s～16m/s下,档距为500m、600m、700m的输电线路的振动幅值均位于0m～2m范围内,随风速的变化呈近似线性变化;档距为500m的输电线路间隔棒等次档距布置时,子导线发生局部振动的频率为1.00Hz～1.18Hz;间隔棒非等次档距布置时,子导线发生局部振动的频率为0.91Hz～1.16Hz,间隔棒等次档距布置会改变导线的振动频率及形式;档距为500m的输电线路布置8根间隔棒时,子导线垂直方向振动频谱在1.10Hz附近均出现峰值;布置10根间隔棒时,子导线垂直方向振动频谱在1.19Hz出现峰值,且频谱峰值较小,增加间隔棒数量可以改变导线振动的频率以及频谱峰值。本文对特高压八分裂导线风振机理的研究及防振具有一定的参考意义。     

地面和埋置爆炸土中地冲击作用分区数值模拟及试验研究

为研究爆炸条件下土中应力波的时空分布,基于黄土中接触爆炸和半埋爆炸试验,验证了ANSYS/AUTODYN软件建立的计算模型,并在此基础上开展了土中爆炸地冲击效应研究。结果表明:随着土介质深度的增加,感生地冲击峰值减小,而直接地冲击峰值增大,最终,压力和竖向应力时程曲线中的2个峰值减少为1个峰值,据此特征可将土中应力波场分为3个区域,即地表区、近地表区和中心区;当装药比例埋深为?0.05～0.075 m/kg1/3时,随着装药比例埋深的增大,中心区迅速扩大,地表区迅速缩小,近地表区逐渐扩大;当装药比例埋深为0.1～0.4 m/kg1/3时,地冲击作用区的分布趋于稳定;爆炸耦合进入空气和土介质中的动能受炸药类型影响,但在一定范围内,地冲击作用区角度与地面空气冲击波超压冲量和直接地冲击应力冲量之比呈线性相关关系。     

高饱和黏性土中爆炸波作用下直埋钢管（空管）动态响应

设计和实施了系列爆炸波作用下钢管的动态响应实验，获得了管道应变、振动速度和加速度及地表振动速度的时间历程。分析实验数据可知:在爆炸波近中场，峰值应变大小同管土相对刚度因数负相关，并随比例距离呈幂函数形式衰减，且在爆炸波不同分区衰减指数不同；地表峰值粒子速度、各管的峰值振动速度和测点峰值应变之间具有良好的线性关系。对各测试量做FFT (Fast Fourier Transformation)频谱分析得:振动信号主要集中在低频段，质心频率在10～60 Hz范围内，频谱同天然地震波谱有明显差异，动应变谱质心频率随药量增加亦呈幂函数形式衰减；考虑了爆腔因素以后，管道和地表振速频谱的质心频率和比例距离取对数后具有线性衰减关系。实验所得数据可应用于相似条件下管道的抗震计算，一些结论可作为深入研究爆炸波作用下埋地管道冲击振动机理的依据。     

爆炸试验室基础隔振系统设计与应用

针对某爆炸试验室的基础隔振系统的改造，首先提出了一种由钢丝绳和碟形弹簧组合而成的新型隔振器，给出了相应的基础隔振方案，并对组合隔振器进行了试验研究。然后，采用两自由度、有阻尼计算模型对隔振系统的动力反应进行非线性分析，研究了隔振层刚度和阻尼对隔振系统动力反应的影响，优化选择了隔振系统的有关参数。研究结果表明,当隔振层刚度约为110 kN/mm，阻尼比为0.20~0.35时，隔振层动荷载接近最小，且其他动力反应满足设计要求。改造后的爆炸实验室的抗冲击能力比改造前提高了50％。     

全尺寸干线输气管道爆炸地振动的空间分布和时频分布特性

针对第三代大输量天然气管道爆炸振动危害效应展开研究，组织实施了全尺寸天然气管道爆炸试验。经数据分析发现，天然气管道爆炸地振动的衰减更加符合指数分布而非传统幂率分布，且其振动强度在空间内分布不均匀，存在特定方向振动加强的现象。采用改进型的MP-WVD算法分析得到天然气管道爆炸地振动的时频特性，其振动的主要频率范围为10～20 Hz，持续时间为0.1～0.2 s。存在多次加载特性，瑞利波成分强于勒夫波成分。研究成果可为后续管道施工安全设计以及事故现场勘测提供参考。     

爆炸冲击震动模拟平台的研制

为了模拟核爆、化爆冲击震动环境,根据能量守恒和弹性碰撞原理,研制了悬挂式爆炸冲击震动模拟平台。该平台能够完成水平向和垂直向冲击试验,通过对锤重、锤高和垫层厚度等参数的合理选择,性能指标可达到:水平向冲击加速度峰值5~1 500 m/s2,作用时间50~4 ms;垂直向冲击加速度峰值10~1 000 m/s2,作用时间60~4 ms。性能试验表明,该平台能够为防护工程结构抗震及其他有关冲击振动问题的研究提供安全、方便、经济、可靠的试验手段。     

铁路混凝土箱梁的振动与噪声频谱特性研究

为了研究混凝土箱梁的振动与噪声频谱特性,以成灌铁路跨度为32m的单线混凝土简支箱梁为研究对象,开展了现场试验研究、理论分析、有限元模拟。研究结果表明:箱梁顶、底板的弯曲振动是结构噪声产生的根源,其局部振动特性可由板壳或实体有限元分析得到;该箱梁的结构噪声在1/3倍频程、中心频率为63Hz处出现最大值,且具有明显的"有调性";车速在144~160km/h范围内变化时,箱梁总体噪声级变化较小,标准差在1dB以内;基于底板振动加速度近似推测结构噪声的方法具有可行性,预测值与实测值的偏差在5%以内;该箱梁在60~70Hz范围出现共振,并且该频率范围内声辐射效率接近最大值,二者共同导致了峰值噪声的产生。受板厚和材料的限制,声辐射效率的峰值频率变化较小,因此改变共振频率对降噪分析具有重要意义。     

连续小波变换离散化的爆炸振动特征分析

应用连续小波变换的离散化关系,针对一个改进的L-P（littlewood-paley）小波基函数,给出了一种实现频率完全分割的时频特征分析方法,并对爆炸振动时频特征进行了研究。80 kg TNT地面爆炸时地面垂向振动速度的时间能量密度分布情况表明,在质点振动峰值速度到达时刻爆炸振动的频率范围比较宽,而其他时刻的振动频率相对较为集中,时频能量分布的峰值正好对应于爆炸振动速度的峰值到达时间。基于小波变换的爆炸振动频谱特征与Fourier变换的结果具有良好的一致性。此外,还给出了利用小波变换结果建立爆炸振动随机演变理论模型的基本方法。     

高流态地质聚合物混凝土的高应变率动态压缩变形特性

以矿渣、粉煤灰为原材料,以NaOH、Na₂CO₃为碱激发剂,制备了强度等级为C30的高流态地质聚合物混凝土（highly-fluidized geopolymer concrete,HFGC）,运用波形整形技术改进了?100mm SHPB实验装置,通过参数控制保证应力均匀和恒应变率加载,对HFGC开展了动态压缩实验,分析了HFGC在冲击压缩荷载下的变形特性。HFGC属于应变率敏感材料和脆性材料,高应变率作用下,HFGC的典型应力应变曲线包括压实挤密阶段、弹性阶段和软化、屈服阶段。在10~100s-1的应变率范围内,HFGC的峰值应变ε_c随应变率的变化表现出明显的冲击韧化效应,ε_c随应变率的升高先增大后减小,满足二次函数关系ε_c＝-1.2×10-6+1.6×10-4+0.001 7,变形特性变化的临界应变率为66.7s-1。HFGC的动态弹性模量均低于其在准静态下的弹性模量。     

内爆荷载作用下钢筋混凝土安全壳的非线性响应分析

安全壳内部爆炸和恐怖袭击可能导致放射性物质的泄露,会造成严重的灾难。运用非线性有限元 软件LS-DYNA,采用分离式建模方法和流构耦合算法,建立钢筋混凝土安全壳有限元模型,对钢筋混凝土安 全壳遭受内部爆炸进行了数值分析,研究了内爆炸冲击波作用下安全壳内的动力响应,并与Henrych公式和 TM5-1300结果进行了比较。结果表明,在比例距离为3.258m/kg1/3、爆炸源距基底48m 的内爆作用下,数 值模拟能保持较好的精度。     

含能破片引爆带壳炸药过程的数值模拟

将引爆模拟战斗部等效为带铝壳炸药,设计了一种新型含能破片作为毁伤元,利用非线性有限元LS -DYNA软件对该含能破片侵彻、引爆带壳炸药的作用过程进行了数值模拟。用“升降法”得到了该“含能破片”对不同盖板厚度带壳炸药的引爆速度,同时与普通破片引爆同规格带壳炸药进行了对比,并进行了实验验证。结果表明,通过控制含能破片的撞击速度和含能物质的延迟起爆时间,可有效引爆盖板厚度为8~16mm的带铝壳炸药。     

泡沫金属在冲击载荷下的动态压缩行为

基于微CT扫描影像信息,建立泡沫金属材料二维细观有限元模型,考虑不规则胞孔的不均匀分布,根据实验结果拟合孔壁材料的弹塑性本构参数。研究了泡沫金属在不同加载速度下的压缩变形机理,重点讨论泡沫金属中弹塑性波的传播、惯性效应和从冲击端传递到静止端的应力变化特征。对于相对密度为0.3的泡沫铝,弹性波速约为5 km/s,与孔壁材料的弹性波速相当,塑性波速表现为随着加载速度的增大而增大。在加载速度为50~100 m/s间变形模式从准静态模式转变为动态模式,未发现明显的临界速度,动态锁死应变随着加载速度的增大而增大。由于塑性波发生反射,试件会发生二次压缩过程,相应地,静止端产生二次应力平台。受惯性作用的影响,二次应力平台也随着加载速度的增大而提高。     

前驱体相对物质的量的变化对氢氧气相爆燃制备纳米SiO2颗粒的影响

以SiCl4为前驱体,以H2 和O2 的混合气体为爆源,通过改变前驱体的相对物质的量,考察前驱体 的相对物质的量对产物的影响。并通过XRF、TEM 和XRD等测量手段对纳米SiO2粉体进行测试分析:通过 XRF对产物进行成分分析,测得所得产物主要由SiO2组成,且纯度达到99.9%以上;由XRD结果得出,生成 的SiO2产物属于典型的不定形结构;由TEM 图片可以得出,生成的产物粒径大小大部分在50~100nm 之 间,且呈圆球状。随着前驱体相对物质的量的增加,所得到的产物粒子逐渐出现粘结,分散性下降,前驱体相 对物质的量应该控制在1.25以内。     

二维平纹编织C/SiC复合材料的超高速碰撞实验

利用电炮加载聚酯薄膜飞片分别对二维平纹编织C/SiC复合材料(2D-C/SiC)和LY12硬铝材料 在3.4~9.5km/s速度下进行碰撞实验。利用光纤位移干涉仪测定了靶材的自由面速度,并对高速撞击碎片 颗粒进行了收集,采用超声波扫描系统无损检测等方法对2D-C/SiC材料在超高速冲击载荷作用下的力学响 应进行了检测。结果表明,随着冲击能量的增大,2D-C/SiC材料板自由面速度逐渐升高,损伤局部且面积逐 渐增大,碎片云团作用区域逐渐变大。与铝板相比,2D-C/SiC材料碎片云团整体能量较小、作用区域较大、能 量面密度较低,是飞行器防护结构设计中一种比较理想的防护材料。     

C2H2-O2-Ar和C2H2-N2O-Ar直接起爆形成爆轰的临界能量

采用高压电点火进行直接起爆形成爆轰,起爆能量通过放电过程中电流的输出信号确定。首先通 过实验测定并对比C2H2-O2-Ar和C2H2-N2O-Ar等2种混合物在各种初始状态下直接起爆形成爆轰的临界 起爆能量。实验结果表明,在相同状态下C2H2-N2O-Ar混合物的临界起爆能量显著高于C2H2-O2-Ar混合 物的。进一步基于各物质爆炸特征长度和爆轰临界管径的参量关系对临界起爆能量差异性进行分析,得到了 C2H2-N2O-Ar混合气体的爆轰临界管径预测曲线,并在此基础上得出C2H2-N2O-Ar混合物爆炸特征长度 与临界管径的关系为r0=2.5dc,而C2H2-O2-Ar两者关系为r0=2dc。结果清晰地表明,使用N2O 作为氧化 剂,爆炸特征长度与爆轰临界管径之间的比例因数增大,表明该物质直接起爆形成爆轰所需的起爆源单位能 量增大,因而直接形成爆轰的临界能量相应提高。     

四川泸定县泥石流灾害成因、特征与防治建议

泸定县地处川西高原与四川盆地的过渡地带,地质环境条件复杂,分布泥石流沟127条,发育密度054条·10km-2。在遥感解译和地面调查基础上,论述了泸定县泥石流灾害成因、发生特征、危害和发展趋势,提出了相关防治建议。(1)成因表现为复杂的断裂构造导致流域内松散物源丰富,较大的相对高差提供了良好势能条件,而汛期集中强降雨则提供了动能条件,且雨量条件中当日雨量与前期有效降雨量之间具有幂函数关系; (2)发生特征表现出典型的空间群发性(包括2005-06-30群发性泥石流、2005-08-11群发性泥石流和2006-07-14群发性泥石流)与时间的夜发性; (3)危害方式主要包括淤埋、冲毁、侵蚀、堵河4种,泥石流已造成74人死亡; (4)发展趋势表现为泥石流沟多处于形成期和发展期(113条,占89%),发生的年际准周期由20a缩短至不足10a,且发生条(次)由4条(次)增加至44条次(2005年); (5)泸定县泥石流防治的突出问题表现为城镇泥石流问题、泥石流堵塞主河问题、风景区泥石流问题与冲沟泥石流问题,建议通过科学规划、风险防御体系构建、土木工程治理、监测预警等措施予以防御。     

碱类型对地聚合物混凝土应变率效应影响的对比研究

采用经波形整形技术改进后的?100 mm SHPB实验装置开展了强度等级均为C30的NS激发矿渣粉煤灰基地聚合物混凝土(NaOH and sodium silicate-activated slag and fly ash based geopolymer concrete,NSSFGC)和NN激发矿渣粉煤灰基地聚合物混凝土(NaOH and Na₂CO₃-activated slag and fly ash based geopolymer concrete,NNSFGC)的动态压缩实验,并对比分析了在冲击荷载作用下的应变率效应。结果表明:NSSFGC和NNSFGC的峰值应力均随应变率的增加而越大。这表明,GC为应变率敏感材料;在动态压缩状态下,NSSFGC和NNSFGC的应变率敏感阈值分别为51.82、28.89 s-1;GC的应变率敏感性强于普通混凝土;NN型激发剂更有利于发挥GC的整体强度特性。由此可知,NNSFGC的应变率敏感性明显强于NSSFGC。     

Asymptotic Behavior of Stokes Solutions in 2D Exterior Domains

We estimate L ^p spatial-temporal decay rates of solutions of the linearized equations of incompressible flow in a 2D exterior domain. When a domain has a boundary, pressure term makes an obstacle since we do not have enough information on the pressure term near the boundary. To overcome the difficulty, we use a special form of a test function. The first author was supported by Korea Research Foundation Grant (KRF-2003-015-C00052), and the second author by KRF-2006-531-C0009.