沿时间逐步求解应力的拉格朗日分析方法研究

拉格朗日分析方法是通过测量各个拉格朗日位置处的物理量历程来分析材料内部该位置处的其他物理量的变化,进而认识材料的动态力学性能.但现有的拉格朗日分析方法在已知粒子速度情况下,求解方法仍有不足.针对这一情况,提出了沿时间逐步求解方法,该方法能够在不做任何假定的情况下求解出应力,从而从根本上解决了只测量粒子速度这一物理量时求解应力的困难.并利用该方法对一组混凝土在冲击作用下的实验数据进行了处理,计算得到了相应的应变波形、应力波形以及加、卸载全过程的应力-应变曲线,进而揭示出混凝上材料与应变率相关的弹-塑性本构关系的特征.     

水下圆柱壳结构表面振速插值方法及其辐射声场预测

提出一种圆柱壳表面速度的全局插值算法,表面速度函数周向采用Fourier级数、轴向采用分段Lagrange函数表示,利用圆柱壳结构表面有限位置处的测量数据,计算得到速度函数的级数展开式系数,然后对表面其它位置处的振速进行插值,避免了传统的局部插值和离散产生的误差。数值算例验证了该插值方法能通过有限点位置处的数据,获取连续光滑的表面速度分布,并能满足圆柱壳辐射声场预测的需求。进而,在实验条件下,使用该插值方法对双层圆柱壳水下辐射声场进行了预测,实验结果表明通过该插值方法得到壳体表面速度分布,利用快速边界元方法计算得到的预测声场与实测声场有很好的一致性,验证了该插值方法在圆柱壳辐射声场预测中的正确性和工程适用性。      

水下圆柱壳结构表面振速插值方法及其辐射声场预测

提出一种圆柱壳表面速度的全局插值算法,表面速度函数周向采用Fourier级数、轴向采用分段Lagrange函数表示,利用圆柱壳结构表面有限位置处的测量数据,计算得到速度函数的级数展开式系数,然后对表面其它位置处的振速进行插值,避免了传统的局部插值和离散产生的误差。数值算例验证了该插值方法能通过有限点位置处的数据,获取连续光滑的表面速度分布,并能满足圆柱壳辐射声场预测的需求。进而,在实验条件下,使用该插值方法对双层圆柱壳水下辐射声场进行了预测,实验结果表明通过该插值方法得到壳体表面速度分布,利用快速边界元方法计算得到的预测声场与实测声场有很好的一致性,验证了该插值方法在圆柱壳辐射声场预测中的正确性和工程适用性。     

非旋转性前进波Euler与Lagrange解间的转换

对等深水中非旋转性的前进重力波动场,以求得的Euler与Lagrange两种形式至第三阶的解,按照同一流体质点在相同时间与位置处其流速唯一与质量守恒性及在自由表面水位处Euler形式解与Lagrange形式解为同一值的特性,来推导二者可相互转换.由连续的Taylor级数展开,考虑波动场中各流体质点的运动轨迹与运动周期,将已知的Euler形式解转换成完全未知的Lagrange形式解,解决了以往成果中出现含时间的不合理的共振项,以及无法得到与Euler系统不同的Lagrange形式的流体质点运动频率与平均运动 关键词： 非旋转性前进波 Euler-Lagrange转换 质点运动轨迹 质点运动频率     

高强混凝土气体炮试验与高压状态方程研究

采用一级气炮加载技术和锰铜压力计测试技术, 对C100混凝土在一维应变条件下的冲击特性进行了实验测量和分析. 基于锰铜压力计测量的压力波形, 通过拉格朗日分析得到了各拉氏位置的相关物理量, 实测压力波形显示: 不同位置处的压力波形在迅速上升至峰值后均随时间逐渐衰减, 而冲击波峰值又随传播距离而衰减,于是将损伤引入状态方程, 再从这些物理量出发, 得到了多项式形式Grüneisen型状态方程中的各项系数.     

无旋性前进重力波传递在均匀流中的Lagrange解析解与试验验证 Ⅱ.试验验证

针对文献[1]中非旋性自由表面周期性规则前进重力波传递在均匀流中的理论解析,本文以与前进波波向同向与反向的均匀流两种特例情况进行试验测量,所得的波形曲线、流速分布、流体质点的运动轨迹与运动周期及其质量传输速率与Lagrange平均高程等特性,均与文献[1]中全以Lagrange方式所得的三阶解结果符合得很好.这证实本研究取定的标注流体质点的参数,正好为其在原静止水中的位置坐标值.同时亦证实波流场中由流体质点所构成的波形曲线,其波长皆同于(纯)前进波者,而其传播速度为(纯)前进波波速与均匀流流速之和是具Doppler效应的;而流体质点的运动周期与其运动周期平均高程,及其质量传输速率扣掉均匀流流速等,都与(纯)前进波的相符.另外,亦揭示出流体质点的运动轨迹,在前进波波向与均匀流同向中,当流体质点在波谷断面处时沿前进波波向的流速分量为反向、零与正向时,则其形状分别为朝波向前进的扁长辐状余摆线,在波谷断面处成尖点朝下的滚轮状线与短辐形余摆线;而在前进波波向与均匀流反向中,当流体质点的质量传输速率为沿前进波波向为正向与零时,则其形状分别为朝波向前进的缩短的扁长辐形余摆线与长轴在前进波波向上的椭圆形封闭曲线;而当流体质点的质量传输速率为反前进波波向,但质点在波峰断面处时沿前进波波向的流速分量分别为正向、零与反向时,则其形状分别为反波向前进的倒扁长辐形余摆线,在波峰断面处成尖点朝上的倒滚轮状线与倒短辐形余摆线.     

无旋性前进重力波传递在均匀流中的Lagrangen解析解与试验验证Ⅱ.试验验证

针对文献[1]中的无旋性自由表面周期性规则前进重力波传递在均匀流中,本文以与前进波波向同向与反向的均匀流两种特例情况,进行试验测量,所得的波形曲线、流速分布、流体质点的运动轨迹与运动周期及其质量传输速率与Lagrange平均高程等特性,均与文献[1]中全以Lagrange方式所得的三阶解结果符合得很好.这证实本研究取定的标注流体质点的参数,正好为其在原静止水中的位置坐标值.同时亦证实波流场中由流体质点所构成的波形曲线,其波长皆同于(纯)前进波,而其传播速度为(纯)前进波波速与均匀流流速之和是具Doppler效应的;而流体质点的运动周期与其运动周期平均高程、及其质量传输速率扣掉均匀流流速等,都与(纯)前进波的相符.另外,亦揭示出流体质点的运动轨迹,在前进波波向与均匀流同向中,当流体质点在波谷断面处时沿前进波波向的流速分量为反向、零与正向时,则其形状分别为朝波向前进的扁长辐状余摆线、在波谷断面处成尖点朝下的滚轮状线与短辐形余摆线;而在前进波波向与均匀流反向中,当流体质点的质量传输速率为沿前进波波向为正向与零时,则其形状分别为朝波向前进的缩短的扁长辐形余摆线与长轴在前进波波向上椭圆形封闭曲线;而当流体质点的质量传输速率为反前进波波向,但质点在波峰断面处时沿前进波波向的流速分量分别为正向、零与反向时,则其形状分别为反波向前进的倒扁长辐形余摆线、在波峰断面处成尖点朝上的倒滚轮状线与倒短辐形余摆线.     

C30混凝土冲击绝热关系和Grüneisen型状态方程的实验研究

采用一级气炮加载技术和锰铜压力计测试技术,对含初始空隙的C30混凝土在一维应变条件下的冲击特性进行了实验测量和分析.基于锰铜压力计测量的压力波形,确定了C30混凝土材料的冲击绝热关系,即冲击波速度D与波后粒子速度u之间满足线性关系.再从C30混凝土的冲击绝热数据出发,获得了计及初始空隙度₀影响的多项式形式Grüneisen型状态方程中的各项系数.实测压力波形还显示：不同位置处的压力波形在迅速上升至峰值后均随时间逐渐衰减,而冲击波峰值又随传播 关键词： Grüneisen型状态方程 冲击绝热关系 混凝土     

基于布里渊散射的结构应力光纤测试技术研究

本文通过分析一定功率的脉冲光射入光纤中的布里渊散射规律,介绍了分布式光纤测量测量轴向应力的基本原理。制作实验装置,测量单独的应变模型,分析散射回来的波形图,初步了解应力在光纤布里渊散射波谱上的图像特征。将应力作用于光纤的不同位置,对比它们与无应力作用诗所得到的散射波形之间的图像差异,研究其对光脉冲在光纤传输过程中的影响规律。结果表明,应力的作用大小,作用位置的不同都会对脉冲光的传播造成影响,主要在于影响布里渊散射的斯托克斯光和反斯托克斯光。本次研究所得可以为分布式光纤测量提供参考,为分布式光纤在测量微型形变的应用中有一定的促进作用。本次研究的创新点在于使用滑轮的方法,解决同等应力在分布光纤的不同位置作用效果。     

非旋转性自由表面重力驻波的Euler与Lagrange方法解间的转换

对于等深水中的非旋转性重力驻波流场,本文用Euler与Lagrange两种方法求得其至三阶的解,根据同一粒流体质点在相同时间与位置处其流速值为唯一与质量守恒及在自由表面水位的Euler形式解与Lagrange形式解相同等特性,来推导其间互可转换.由一系列连续的Taylor级数展开,在考虑波动场中各流体质点的运动轨迹与运动周期条件下,将已知的Euler解转换成完全未知的Lagrange形式解.接着再将所得的Lagrange解转换成对应的Euler形式,均可得到完全相同的结果.由此可得知,在考虑波动场各流体质 关键词： 重力驻波 Euler与Lagrange解间的转换 质点运动轨迹     

Elastic constants of a plate from impact-echo resonance and Rayleigh wave velocity

A new method is proposed for calculating the dynamic elastic constants of an isotropic plate from measurements of the impact-echo resonance and Rayleigh wave velocity. Poisson's ratio is shown to be a single-valued function of the ratio between thickness frequency and Rayleigh wave velocity. This dependence is derived theoretically from the condition of resonance at the minimum frequency of the first-order symmetric Lamb mode. A finite element model is developed to determine how this frequency varies with Poisson's ratio. The results obtained by modal analysis and the power-spectral density technique are in good agreement with those calculated as the solution of the S1 Lamb mode equation. The method is verified by impact-echo tests on concrete and methacrylate plates. A laser interferometer is used to detect the vibration. Thickness frequencies are accurately identified by applying the multicross-spectral density to the signals detected at several points close to the impact point. In a separate experiment, Rayleigh waves are generated by the mediator technique. The wave velocities are determined from the arrival times of the surface wave at several points. Finally, the main sources of uncertainty are evaluated.     

反向碰撞法测量Bi的低压Hugoniot数据

在火炮和二级轻气炮上利用反向碰撞技术,通过测量飞片击靶速度以及飞片/窗口的界面粒子速度,获得了金属铋(Bi)在10-45 GPa压力范围内的Hugoniot数据. 该方法克服了电探针法在测量低压Hugoniot数据时由于导通一致性差而不能准确得到冲击波速度的难题,同时又避免了精确测量样品中冲击波走时的问题. 实验获得的冲击波速度(D)-波后粒子速度(u)Hugoniot数据表明,Bi在粒子速度u=0.9 km/s附近D-u曲线发生了明显拐折,产生这一拐折的原因推测与冲击导致的Bi的固-液相变有关. 关键词： Hugoniot数据 反向碰撞 冲击相变 铋     

Bi在固液混合相区的冲击参数测量及声速软化特性

冲击相变与熔化作为材料特性的一项重要研究内容,对于多相物态方程构建具有重要意义.本文利用追赶稀疏原理和阻滞法,基于火炮加载技术获得了17.3—28.3 GPa范围内纯铋(Bi)的高精度声速数据和Hugoniot参数,分析了声速软化规律,得到固-液混合相区Bi材料声速随压力的近似线性递减关系C=3.682-0.015p,并进一步确定Bi的冲击熔化压力区间为18—27.4 GPa.同时,Bi/Li F界面速度剖面的预期平台段在固液混合相区表现出渐进爬升的异常特征,分析认为,该现象与Bi材料的非均匀熔化动力学行为及冲击熔化完成时间尺度较长有关.     

Exit jet particle velocity in the in vivo canine laryngeal model with variable nerve stimulation

This study extends previous work on exit jet particle velocity in the in vivo canine model of phonation by measuring air particle velocity at multiple locations in the midline of the glottis and across multiple levels of recurrent laryngeal nerve (RLN) and superior laryngeal nerve (SLN) stimulation. In a second experiment, exit jet particle velocity was measured at midline and offmidline positions with constant levels of RLN and SLN stimulation. In this study, peak particle velocity was higher at the anterior commissure than at the posterior commissure in the midline of the glottis, and peak particle velocity was higher at the midline than at offmidline positions. In addition, increasing levels of RLN stimulation resulted in increasing peak particle velocity; however, increasing levels of SLN stimulation failed to produce a uniform effect on peak particle velocity.     

冲击载荷下Al2O3抗弹陶瓷的力学性能实验研究

 通过静力学实验得到了Al₂O₃抗弹陶瓷的弹性模量和泊松比。通过一维平面撞击实验，在Al₂O₃抗弹陶瓷材料中进行了冲击波速度、飞片速度的测量和纵向应力、横向应力测量，得到了Al₂O₃抗弹陶瓷的冲击波D-u_p关系，以及抗弹陶瓷在3~11 GPa压力范围内相应的横向应力和纵向应力关系曲线，并根据这一曲线得到了抗弹陶瓷的纵向应力与剪切强度的关系。     

基于弱可压与不可压光滑粒子动力学方法的封闭方腔自然对流数值模拟及算法对比

为了对比研究弱可压光滑粒子动力学(WCSPH)方法和不可压光滑粒子动 力学(ISPH)方法在模拟封闭方腔自然对流问题时的特性, 采用粒子位移技术有效地解决了高瑞利数条件下, 拉格朗日型SPH方法模拟封闭方腔自然对流时流体域内的粒子聚集和空穴问题, 将拉格朗日型SPH 方法求解封闭方腔自然对流问题的最高瑞利数提高到了10⁶; 进而通过对比瑞利数分别为10⁴, 10⁵, 10⁶的条件下, 采用拉格朗日型WCSPH、 拉格朗日型ISPH、欧拉型ISPH三种SPH方法模拟得到的封闭方腔速度分布云图、 温度分布云图、壁面努赛尔特数分布曲线和平均努塞尔特数, 分析了三种SPH方法在模拟封闭方腔自然对流时的精度、稳定性和计算效率. 结果表明: 在低瑞利数条件下, 以上三种SPH方法都可以较好地模拟此问题, 在高瑞利数条件下, 欧拉型ISPH方法的模拟结果最为精确; 拉格朗日型WCSPH方法模拟所得结果比拉格朗日型ISPH方法模拟所得结果稍好些. 关键词： 光滑粒子动力学 不可压光滑粒子动力学 粒子位移技术 自然对流     

Dynamics of laser-induced shock wave by optical probe in air

A new simple optical system based on optical beam deflection combining the holophote corner cube was developed in order to study the dynamics of laser-induced shock waves in air. In this method, we adopt a He-Ne laser beam as the detection beam. The He-Ne laser beam, reflected by corner cube, intersects the propagating shock wave at two successive positions. The measurement of the shock wave velocity benefits from the double peak signals induced by the same acting laser pulse, which is calculated from the time interval between the corresponding oscilloscope signals and the distance of the two He-Ne laser beams. By virtue of this setup, we are also able to determine the pressure of the generated shock waves. It is shown that this method is simple with a fairly good precision and is much easier than the conventional methods used for this task.     

Particle Size of Pneumatically Conveyed Powders Measured Using Impact Duration

CSIRO Minerals has developed a technique for measuring particle size in pneumatically conveyed powders [1] by measurement of the acoustic waves produced by particle impacts upon a specially designed transducer. Previous work has focused on using the peak acoustic wave amplitude to determine particle size. This produces a spectrum that is hard to determine the particle size from, as the peak amplitude is a non‐linear function of particle diameter, and is strongly affected by angle of incidence and velocity of the impacting particle. In this paper impact duration measurements are used to overcome these difficulties while retaining the advantages of being able to measure in high solids loadings of up to at least 0.5 kg/m³ of powder. In laboratory tests the impact size monitor's (ISM) results have been correlated with optical diffraction measurements of the mean (by number) powder size with a correlation coefficient of 0.985 and a relative error of 5.5 %. The ISM operated successfully in the laboratory at a loading of 0.5 kg/m³ of powder and measured particles down to 50 microns in size.     

运用声悬浮现象测量声速的演示实验

介绍一个新颖的运用声悬浮现象测量声速的演示实验,详细分析讨论了声波在垂直谐振腔内使物体悬浮于空中的条件与位置。     

电磁量计随爆轰波运动惯性性质的二维数值模拟

 利用二维非线性有限元动力分析程序,对金属电磁测速量计在爆轰波质速测量中随爆轰波运动的惯性性质进行了二维数值模拟。