U型缠绕式光纤弯曲损耗位移传感器设计

针对传统光纤弯曲损耗位移传感器中位移与弯曲损耗的非线性关系,且高灵敏度和大量程不能兼得的问题,设计了一种U型缠绕式光纤弯曲损耗位移传感器,结构包括U型回绕和螺旋绕轴,两者合称为U型缠绕。理论证明被测位移量与光纤弯曲损耗之间的线性关系,推导出表达式,讨论了螺旋绕轴方式对光纤弯曲半径的影响和U型回绕方式对传感器精度的影响,并进行了一系列实验研究和性能测试。结果表明:传感器的测量范围为0~120mm,灵敏度为0.14dB/mm,线性相关系数大于0.99,光纤在U型缠绕中无应力松弛的现象,建议U型回绕光纤曲率半径大于6mm。U型缠绕式光纤弯曲损耗位移传感器具有良好的测量精度和较大量程,能够实现传感器对混凝土结构的裂缝监测和大型结构位移的连续监测。     

水下滑坡产生涌浪波特性的数值模拟研究

通过在浅水方程中引入滑块运动项来考虑滑坡涌浪波的产生过程,采用四阶预测矫正格式和高阶有限差分格式对扩展浅水方程进行了数值求解,建立了一种基于浅水方程的滑坡涌浪有限差分模型。采用已有的实验结果与所建立模型的数值结果进行对比验证。在此基础上对平底水下滑坡运动情况,不同滑块长度、最大厚度、运动速度下产生的涌浪波首波特性进行了数值计算分析。结果表明:本文模型模拟结果与实验结果符合程度较好,其决定系数值均达到0.89以上,表明本文模型具有较高精度;涌浪波波长的主要影响因素为滑块长度,随着滑块长度的增加,涌浪波波长随之增加,而滑块运动速度和滑块厚度对生成的涌浪波波长无明显影响;涌浪波波高主要受滑块运动速度(滑块Fr)和滑块厚度影响,随着滑块厚度的增加,波高随之增加。当滑块Fr小于1时,首波波高随滑块Fr的增大而增大,而当滑块Fr大于1时,首波波高随滑块Fr的增大而减小,首波波高在滑块Fr等于1附近达到最大值;涌浪波波面变形主要受滑块厚度和滑块速度影响,滑块厚度越大、滑块Fr越接近1,涌浪波波面变形越明显。     

侧向局部加热对流的周期性

通过流体力学方程组的数值模拟,研究了侧向局部加热条件下Prandtl数Pr=0.0272时流体对流的周期性.结果表明:随着Grashof数Gr的增加,对流按稳态对流、单局部周期对流、双局部周期对流、准周期对流的顺序发展.当Gr<3.6×103时,对流为稳态;在3.6×103相似文献   

低速水流下不同截面形状质量块压电能量收集器的实验研究

本文设计了一种适用于低流速水流中的悬臂梁式压电能量收集器，利用明渠流弯道水槽对五种质量相同、截面形状不同质量块的压电能量收集器进行实验研究，通过改变水的流速，得到不同质量块能量收集器收集功率和频率随流速的变化规律并进行分析。结果表明：在实验流速范围内，各质量块均存在起振流速，当低于起振流速时，收集的均方根功率（RMS Power）约为零，超过起振流速后，收集功率随流速增加而改变；形状相似的质量块，起振流速较为接近，四棱柱的起振流速最低，圆柱次之，三棱柱的最大；质量块截面形状不同，能量收集器性能不同，其中以三棱柱（70°）的输出性能最好，在流速为0.54 m/s时收集到的最大功率为2.02mW，分别是圆柱、四棱柱（50）和三棱柱（60°）的1.06、2.58、1.36倍。本文的研究可以为类似压电能量收集器的设计提供借鉴。     

微小水滴撞击深水液池空腔运动的数值模拟及机理研究

为了探究微米级微小水滴撞击深水液池运动中空腔的成长过程与机理,采用自适应网格技术和流体体积方法对撞击速度为2.5–6.5 m/s的微小水滴撞击深水液池的运动进行数值模拟研究,考察不同撞击速度下水滴撞击深水液池后的水体混掺、毛细波传播、空腔变形规律以及气泡截留过程,并深入探究空腔运动的动力学机制.研究结果表明,不同撞击速度下,在忽略毛细波作用、空腔深度h∈（D,h_max）的前提下,空腔深度随时间的成长仍满足t∝h^5/2的关系;液滴撞击产生的空腔形状有U形和半球形两种,前者一般向V形转变,后者空腔底部会变为圆柱形,产生细长射流,并有可能发生气泡截留现象;在撞击速度较低时,低压区首先在空腔侧壁与底部交界处产生,随后在靠近液面以及空腔底部靠近中心区域各产生一个较大的涡环;在撞击速度较高,产生细长射流时,涡环的生成被抑制,低压区首先在波浪底部与侧壁上交界处产生,随后空腔底部变为圆柱状,空腔侧壁首先坍塌形成气泡截留.     

大高宽比矩形腔体侧向正弦加热下对流扰动的成长和传热特性

为了研究矩形腔体侧向正弦周期加热条件下对流扰动的成长和传热特性,本研究对流体力学方程组进行了数值模拟。结果表明：随着格拉晓夫数Gr的增加,对流扰动的最大振幅A_max的成长率变大,线性成长阶段的时间变短。对于高宽比A=10,腔体宽度d=2 cm的腔体,普朗特数Pr=6.949的流体,对流扰动的成长率γ_m随着格拉晓夫数Gr变化的经验式为γ_m=9×10^-8 Gr^{1.234 3};对于高宽比A=10、腔体宽度d=6 cm的腔体,普朗特数Pr=0.703的流体,成长率γ_m随着格拉晓夫数Gr的变化关系式为γ_m=8×10^-4 Gr^0.52。当Pr=0.027 2时,热壁面平均努塞尔数■和格拉晓夫数Gr的关联式为■;当Pr=6.949时,■。随着格拉晓夫数Gr数增加,右壁面的传热能力增强。     

组合权重TOPSIS模型评价黄土高原小流域淤地坝系风险

黄土高原小流域淤地坝系水毁案例频发，开展坝系风险评价意义重大。在构建小流域淤地坝系风险评价指标体系的基础上，提出层次分析法和熵权法相结合的主客观组合权重赋权方法，规避权重计算只考虑主、客观单方面因素的影响，提高权重确定的准确性；基于逼近理想解法(TOPSIS)构建小流域淤地坝系风险综合评价模型，实现多目标下的淤地坝系风险排序。将该评价模型应用于王茂沟小流域，得出其风险排序为：王茂沟2号单元<黄柏沟单元<埝堰沟单元<康和沟单元<关地沟单元<王塔沟单元，与实际相符，并亟需加强王塔沟坝系单元管护。采用Spearman等级相关系数检验法证明了组合权重TOPSIS模型评价结果的合理性。将灰色关联理论与组合权重TOPSIS模型进行同研究区坝系风险评价对比，得出组合权重TOPSIS模型在评价分辨水平和决策判断上更具优势。模型结果与实际情况基本相符，可为小流域淤地坝系风险评价提供技术参考。     

瑞利数对行波对流缺陷特性的影响

通过流体力学方程的数值模拟,研究了瑞利数对分离比ψ=-0.6的混合流体行波对流缺陷结构的影响。结果表明:对于给定的相对瑞利数r,缺陷的出现是间歇性的,缺陷出现的位置固定,缺陷出现的周期保持为常数;对于不同的r,缺陷形成时滚动的分裂是不对称的,可以在原滚动的上方也可以在原滚动的下方形成一个新的滚动,从而形成缺陷,缺陷出现的位置基本稳定在腔体的中部,缺陷出现周期随着r的增加而增加;在具有缺陷的行波存在的下限附近,缺陷出现周期减小得较快;在具有缺陷的行波存在的上限附近,缺陷出现周期增加得较快。有缺陷和无缺陷的行波的对流垂直流速最大值δwmax都随着时间在周期变化,但规律是不同的。具有缺陷的行波中,垂直流速最大值δwmax的周期代表缺陷出现的周期;在无缺陷的行波中,垂直流速最大值δwmax的周期代表行波的周期。     

反复荷载下圆钢管型钢再生混凝土组合柱恢复力模型研究

为建立圆钢管型钢再生混凝土组合柱的恢复力模型,对11根圆钢管型钢再生混凝土组合柱试件进行了低周反复荷载试验研究,考虑了再生骨料取代率、配钢率及钢管径厚比等不同设计参数的影响,分析了组合柱的地震破坏形态及滞回性能。基于组合柱的力学特征及曲线形状,提出了圆钢管型钢再生混凝土组合柱骨架曲线的三折线参数模型,采用理论推导与数据拟合的方法确定了组合柱骨架曲线的模型参数。在此基础上,给出了组合柱的滞回规则和卸载规律,构建了组合柱的恢复力模型,计算滞回曲线与试验滞回曲线吻合良好,表明该恢复力模型较好地反映了反复荷载下组合柱的受力特征点及滞回性能,可为此类组合柱的推广提供技术参考。     

冲击回波法对混凝土内部损伤检测的试验研究

通过预加荷载给混凝土试件内部引入一定程度的损伤,分别测量了损伤前后试件内部弹性波的传播速度以及抗压强度,探讨了弹性波波速的降低程度与抗压强度劣化之间的关系。研究表明:在MEM卓越周期图中,主要峰值数量增加和底部边界面反射信号周期加长可作为判别损伤产生的依据;弹性波波速与混凝土内部的损伤程度具有很好的相关性,混凝土损伤程度越大,波速降低值越大;弹性波波速降低程度与抗压强度劣化之间具有线性相关性。根据试验数据拟合出了线性方程。说明采用冲击回波法对混凝土内部损伤程度检测是可行的,在混凝土结构的可靠性与安全性分析方面具有广阔的应用前景。