国外本科流体力学实验教学——以艾奥瓦大学为例

从实验项目设置、教学手段和考核方式3个方面,对美国研究型大学——艾奥瓦大学的本科流体力学实验教学模式进行了详细阐述.其将传统实验与计算流体动力学技术有机融合,利用先进的实验平台和测试仪器开设了3个综合性实验,实验项目更具前沿性和实用性.同时采取自主、开放式教学手段,并执行严格的考核方式,充分调动学生学习的主观能动性.吸收借鉴国外大学先进的教学理念和模式,从而提升西华大学流体力学课程教学质量.     

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。     

砌体填充墙的抗爆性能

为了揭示砌体填充墙的抗爆破坏机理,在野外实验中,测得了爆炸条件下砌体填充墙上的爆炸荷载及位移,得到了墙的抗爆性能、破坏模式以及碎片的飞散和分布情况。实验结果表明,墙体的破坏模式与荷载的大小有关,其破坏主要由灰缝的破坏引起。结合实验现象,采用分离式建模的精细化数值模拟方法,得到了不同荷载条件下裂缝的发展过程、墙体的边界条件对墙体的破坏模式的影响,确定了墙体不同破坏等级时的药量,进一步说明本文中数值模拟方法的合理性。     

自毁装置的安全性和可靠性

为了研究集束弹药自毁装置的安全性与可靠性,分析和评价自毁装置设计,对自毁装置进行了理论抽象,建立了自毁装置安全性失效模型; 引入信息论方法,建立了抽象自毁装置顺序控制起爆信息输出量和顺序时间窗控制起爆信息输出量模型; 对典型的M85子弹药引信、XM1161引信、M230SD引信安全性及可靠性进行了分析。理论分析表明,M230SD引信安全性及可靠性优于XM1161引信、M85子弹药引信,与实验结果一致。     

钢质圆柱壳在侧向爆炸荷载下的动力响应

将壁厚为2.75mm、外径为100mm的钢质圆柱壳置于75g裸装圆柱形压装TNT药柱产生的爆炸场中进行冲击实验,获得了不同装药条件下圆柱壳的变形破坏特征。实验表明:非接触爆炸条件下,壳壁迎爆面局部破坏呈现碟型凹陷,同时沿壳体轴线方向产生了整体屈曲变形,且装药距离较大或药柱轴线与壳体轴线垂直放置情况下对壳体损伤程度较大;而接触爆炸时,壳壁发生破裂形成破口及破片。利用动力有限元程序LS-DYNA及Lagrangian-Eulerian流固耦合方法对圆柱壳的非线性动态响应过程进行数值模拟,分析了壳壁的屈曲变形过程及迎爆曲面中心点速度、位移时程曲线,计算结果与实验吻合较好。并基于数值计算确定了壳壁发生破裂的临界装药距离。     

架空输电线防振锤阻尼特性实验研究

本文利用梁的振动理论对防振锤的阻尼特性进行研究。通过正弦激励下的共振驻留法,分别对不同型号以及同种型号不同锤头质量的防振锤进行振动实验,应用能量平衡原理得到了防振锤的阻尼特性曲线,分析了不同模态响应在阻尼耗能中的贡献。考虑不同类型阻尼对于减振性能的作用,在Lazan阻尼假设的基础上,利用经验公式推导了阻尼系数计算公式。结果表明,钢绞线变形大小直接影响防振锤的阻尼值大小;阻尼对减小共振频率附近的受迫振动幅值作用明显,验证了防振锤的减振性能;同时锤头质量的变化可以影响阻尼曲线的变化。以上结论可为防振锤的防振设计和应用提供参考。     

地震和波流作用下海底悬跨管线模型实验研究

利用水下地震-波流联合模拟实验系统研究了海底管线在波浪、水流和地震作用下的动态响应特征。实验中考虑了有无地震作用、悬跨长度、波浪高度、水深、水流速度以及是否满管状态等因素。通过DDP动态数据后处理软件对实验结果进行处理分析,得到海底悬跨管道的动态响应特性。实验结果表明:在浅海海域,悬跨管线的动态反应受波浪及水深变化的影响不明显,悬跨长度是影响管道动态响应的主要影响因素;悬跨管线在地震与波流共同作用下的反应与仅地震作用下的应变存在差别;在波浪力作用下,空管时管线的应变要小于满管时的情况。     

TiNi合金圆薄板的横向冲击特性实验

利用改装的霍普金森压杆装置对周边固支伪弹性TiNi合金圆薄板进行了冲击实验,初步得到了该结构在时空2个尺度上的动态力学响应的演变发展现象和规律,包括板中弯曲波的传播、相变区的演化和全场的离面位移等,并和A3钢做了对比。结果表明,由于圆板的二维扩散效应,冲击过程中仅在TiNi板中心很小区域(约5 mm)内形成相变区和相变铰,卸载后相变铰消失,钢试件则留下明显的残余变形。TiNi合金圆板的冲击特性受热弹性马氏体相变和逆相变的支配,不同于传统的弹塑性机制。     

基于圆筒实验的RDX/Al炸药反应进程

对RDX炸药和2种铝粉质量分数分别为15%、30%的RDX基含铝炸药进行?50mm圆筒实验,研究铝粉含量对炸药做功能力的影响,根据格尼公式分析铝粉与爆轰产物的反应进程。结果表明:在圆筒实验记录的时间范围内,铝粉质量分数为15%的含铝炸药做功能力最强,RDX炸药次之,铝粉质量分数为30%炸药做功能力最弱;34μs时刻,铝粉质量分数为15%的炸药,铝粉的反应度为0.49,而铝粉质量分数为30%炸药铝粉的反应度仅为0.21,含铝炸药中铝粉的反应时间在50~200μs之间。     

基于SHPB的球形压痕实验方法

提出一种基于霍普金森压杆装置的动态球形压痕实验方法,通过将硬质合金小球置于2个试件中间,实现加载过程中2个试件的同时压入,以得到准确的压痕力与位移的关系。利用有限元软件ABAQUS/Explicit对该实验方法进行了数值模拟,从实验结果的可行性、准确性等方面,对新实验方法与传统的动态压痕实验方法进行了比较;采用新方法对铝合金材料进行了实验,并得到了压入力-位移曲线等关系。研究结果表明:采用新实验方法能得到较准确的结果,能较真实地描述压痕过程。