用平均速度剖面法测量壁湍流摩擦阻力

用IFA300恒温热线风速仪精细测量风洞中不同雷诺数流动条件下的平板湍流边界层近壁区域对数律平均速度剖面．利用平板湍流边界层近壁区域的对数律平均速度剖面与壁面摩擦速度、流体黏性系数等内尺度物理量的关系和壁面摩擦速度与壁面摩擦切应力的关系,在准确测量平板湍流边界层近壁区域对数律平均速度剖面的基础上,测量平板湍流边界层的壁面摩擦阻力．实现了平板湍流边界层壁面摩擦阻力的无干扰或微小干扰测量．该种方法操作简便,不需要在流场中安装测力天平、传感器等复杂的测量装置,不需要对湍流边界层的壁面进行破坏,不会影响湍流边界层壁面附近区域原有的流场条件,是一种切实可行的测量平板湍流边界层壁面摩擦阻力的简便方法．     

壁湍流边界层奇异标度律的实验研究

采用热线风速仪对平板湍流边界层的流向速度进行测量,用速度结构函数研究不同尺度结构标度律的变化规律,结果显示小尺度区的概率密度曲线尾部明显偏离高斯型,说明高幅值间歇性事件占的份额较多;惯性子区的曲线向高斯型靠近,间歇性事件所占份额减少;大尺度结构的曲线趋于高斯型,间歇性事件所占份额最小。在耗散区、惯性子区和较大的尺度结构区存在大小不同的绝对标度指数,越靠近壁面这些区域的标度指数均越偏离p/3而逐渐变小。绝对标度指数与边界层位置有关,在缓冲层各阶标度指数与线性标度律偏差很大,显示较强的奇异性,当过渡到对数层及外区,标度指数逐渐增大,接近均匀各向同性湍流的状态。缓冲层、对数层及外区具有各异的绝对标度指数增长率,与各层的不同湍流结构特征和运动形式有关。     

带压电层的混合层合板的自由振动和动力响应

基于Reddy高阶剪切变形理论和广义Kármán型方程,用双重Fourier级数展开法求得了四边简支带压电层的混合层合剪切板的自由振动及动力响应的解析解,分析中考虑了热/机/电荷载共同作用,并讨论了温度变化、控制电压、铺层方式对固有频率及动力响应的影响。     

柔性壁面湍流减阻机理与多尺度相干结构控制的实验研究

用热膜测速仪以高于对应最小湍流时间尺度的分辨率,精细测量了水槽中刚性壁面和柔性壁面平板湍流边界层不同法向位置流向速度分量的时间序列信号,利用湍流边界层近壁区域的对数律平均速度剖面与壁面摩擦速度、流体粘性系数、壁面摩擦切应力等内尺度物理量的关系,在准确测量湍流边界层近壁区域对数律平均速度剖面的基础上,通过非线性迭代求解壁面摩擦速度以及湍流边界层壁面摩擦切应力.结果表明柔性壁的湍流边界层速度分布在对数律层有所上移,缓冲层增厚,说明柔性壁面具有一定的减阻作用. 利用湍流多尺度局部平均结构函数的概念和多尺度局部平均结构函数的瞬时强度因子、平坦因子检测多尺度相干结构及其间歇性的方法,提取了湍流边界层多尺度相干结构的条件相位平均波形.对比研究了刚性壁面和柔性壁面平板湍流边界层近壁区域多尺度相干结构的条件相位平均波形及其间歇性的统计特征,分析了柔性壁面具有减阻作用的物理机理.     

对数梯度材料泊松比不为零时的裂纹尖端场

严格地求出了当泊松比不为零时对数梯度材料的裂纹尖端场. 虽然在本构方程中对数项为\exp(ax), 但严格地证明了在最后应力的表达式中, 它却变为\exp(ax/2+ak_{1}^{1 / 2}y/2-kr/2) 与\exp(ax/2-ak_{1}^{1/2} y/2-kr/2). 对于数值解法, 若考虑了此种严格关系, 将会很容易地解释其结果.     

水平旋转空腔环流的壁面应力

通过对典型的水平旋转内消能泄洪洞空腔环流的试验观测，研究了其壁面应力的变化规律。空腔环流的壁面压强在水平洞的起始段壁面压强急剧减小然后回升，具有过渡段的性质，沿程波状减小，符合对数变化规律，但不同的流态，对数律的参数的变化是不同的：内界面相对压强Po/Pwz。在淹沿流流态时，随(H-h)/h的变化率显著不同，在吸允流流态时却基本相同；壁面切应力沿z的变化规律为先急剧减小，随后缓慢减小至零，主要与环流特性有密切的关系。     

用Tomo-TRPIV测量湍流边界层及拟序结构的空间模态

层析时间分辨粒子图像测速(Tomographic Time-Resolved Particle Image Velocimetry,简称Tomo-TRPIV)技术是新近发展起来的一种先进的流体无接触测速技术,能够无干扰地测量流场的三个速度分量的三维空间分布。本文简要介绍了Tomo-TRPIV技术的基本原理、测量系统的主要组成和测量的主要步骤以及水槽中平板湍流边界层及其拟序结构的测量结果。实验证明,Tomo-TRPIV技术能够很好地测量平板湍流边界层对数律区的瞬时及平均流场,实验发现,在对数律区,平板湍流边界层中的拟序结构的涡量场主要以空间四极子的形式存在,四极子涡旋相互诱导,产生喷射和下扫等猝发事件,维持湍流边界层的发展演化。     

基于á trous算法的MEMS陀螺仪随机漂移建模

为了对微小型飞行器上的MIMU（微惯性测量单元）的随机漂移进行补偿，在比较了Mallat算法与á trous算法之后，基于小波变换与多尺度分析方法，提出了多尺度时间序列建模方法，它充分利用了á trous算法的快速性与时间平移不变性，将MEMS陀螺仪随机漂移进行多尺度分解。对各尺度上分解得到的信号进行重建，并对重建得到的各个信号进行时间序列建模。将各尺度时间序列模型的预测输出的和作为陀螺仪的随机噪声估计，对陀螺仪的随机漂移进行补偿。最后的实际数据建模表明该建模方法运算量小、建模速度快、精度高、模型适用性强，有很强的实际应用价值。     

输气管道壁面涂料减阻机理的实验研究

用IFA-300热线风速仪以高于对应最小湍流时间尺度的分辨率精细测量了风洞中不同壁面涂料的管道湍流边界层不同法向位置流向速度分量的时间序列信号,利用湍流边界层近壁区域对数律平均速度剖面与壁面摩擦速度、流体黏性系数等内尺度物理量的关系和壁面摩擦速度与壁面摩擦切应力的关系,在准确测量湍流边界层近壁区域对数律平均速度剖面的基础上,间接测量湍流边界层的壁面摩擦阻力．对不同壁面涂料的壁湍流脉动速度信号用子波分析进行多尺度分解,用子波系数的瞬时强度因子和平坦因子检测管道湍流边界层中的多尺度相干结构,提取不同尺度相干结构的条件相位平均波形,对比研究输气管道壁面涂料的减阻机理．     

LES/RANS方法混合函数特性研究

将两方程k-ω SST湍流模型和Sagaut的混合尺度亚格子模型通过一个混合函数相结合, 构造出一种混合大涡/雷诺平均N-S方程模拟方法(hybird large eddy simulation/reynolds-averaged navier-stokes, Hybrid LES/RANS), 采用这种混合模拟方法结合5阶WENO格式对Ma=2.8平板湍流边界层进行了数值模拟, 并在计算区域上游入口处采用“回收/调节”方法生成湍流脉动边界条件, 通过考查RANS区域向LES区域的过渡参数及网格分辨率对这种混合模拟方法进行了评价. 计算结果表明: 该文采用的混合模拟方法可以捕捉到湍流边界层中的大尺度结构且入口边界层平均参数不会发生漂移, 混合函数应当将RANS区域和LES区域的过渡点设置在对数律层和尾迹律层的交界处, 而过渡应当迅速以获得正确的雷诺剪切应力分布, 在该文采用的模型及数值方法的条件下, 流向及展向的网格小至与Escudier混合长相当时, 能够获得可以接受的脉动速度的单点-二阶统计值.     

砂墙吸能效应对化爆相似律影响的数值研究

同介质中同能量密度的化学炸药爆炸满足爆炸相似律,在此类化爆实验中,缩比实验作为一种经济有效的实验方法被广泛采用。一些研究人员进行化爆缩比实验时,为了保证实验安全,通常会在实验中加入砂墙,起到吸收爆炸能量,消减冲击波的作用。为了研究砂墙消波吸能效应对化爆相似律的影响,建立了同介质中同能量密度化学炸药爆炸的一维计算模型,并利用两相流程序对三种缩比条件下(1∶1/1∶5/1∶10)的物理模型进行了数值模拟。数值计算结果显示:由于砂墙的吸能效应,化爆不再满足相似律。     

高电压点火有效能量的测量及相关问题

建立了测量高电压点火产生的爆炸波参数装置,利用PCB压力传感器测定了在空气中高压电火花产生的爆炸波压力及其到达时间。改变点火能量和测试距离,得到了爆炸波的变化趋势和传播规律,并探讨了爆炸波各参数的标度尺寸。结果表明,电火花产生的爆炸波符合Hopkinson-Sachs爆炸相似律。把1/4周期放电能量与数值模拟结果进行比较,得知初始1/4周期放电能量(点火能量)与爆炸波能量基本吻合;因此,1/4周期放电能量可被视为作用于直接起爆引起爆轰的有效能量。进一步探讨了高电压点火各能量的分布;结果表明,储存于电容的总能量1/2CU2中约91%消耗于能量损失和欧姆损耗,初始1/4周期放电能量仅约占2%,其余的点火能量只起到加热混合物的作用。     

壁湍流相干结构尺度及边界层内的SL标度律

利用高分辨率、高帧率PIV系统对湍流边界层中相干结构的多种空间尺度和边界层内SL 标度律在不同尺度下的具体表达形式进行了实验研究. 实验在两个动量损失厚度雷诺数 (Re_{\theta}=628.5和Re_{\theta}=1032.9)下测量平板湍流边界层中缓冲 层、对数区和外区的二维瞬时速度场. 应用 小波分析以及传统的统计学方法,在垂直于平板和平行于平板的平面内考察平板湍流边界层 中存在的相干结构的流向和展向尺度,并与已知的相干结构尺度实验结果进行了对比分析. 利用在动量损失厚度雷诺数628.5下测得的数据,对多种脉动结构(脉动速度结构等) 的空间关系及其标度律进行了研究. 第2项工作直接利用湍流边界层空间速度分布,对多种 流场尺度结构内部的She-Leveque(简称SL)标度律及自相似律进行了验证. 结果表明,各 单一流场尺度结构内部,流向脉动速度{\pmb u}'、法向脉动速度{\pmb v}'及 脉动涡分量\d {\pmb v}'/\d {\pmb x}的统计结构量均存在明显的标度律,标度 指数的形式与自相似律和SL标度律均非常吻合,只是常数随流场尺度的不同而不同, 且呈现一定的规律性. 但对于结构量的五阶矩随距离l的研究表明,自相似律和SL 标度律成立的范围并不完全一致,同时标度律成立的范围大小与流场尺度有明显关系.     

基于PIV技术分析颗粒在湍流边界层中的行为

采用粒子图像测速技术(particle image velocimetry,PIV)在平板湍流边界层内开展实验研究,对比颗粒相及单相液体的平均速度剖面、湍流强度、雷诺应力等湍流统计量,分析颗粒在湍流边界层中的行为.利用空间多尺度局部平均涡量的概念提取壁湍流发卡涡展向涡头(顺向涡)并统计其数量规律,得到不同法向位置处顺向涡周围流向脉动速度及流线的空间拓扑结构,比较分析顺向涡发展程度及周围的湍流相干结构.结果发现:与清水工况相比,颗粒相湍流边界层的缓冲层变薄、对数律区下移,湍流强度得到增强,雷诺应力在对数律区有所增大;颗粒的流向脉动速度在展向涡周围的分布与清水工况不同,颗粒能够被流体展向涡周围的猝发过程有效传递;颗粒相的顺向涡涡核较大,且随着法向位置的升高逐渐发展完整,涡和条带在流向上拉伸得更长;同时发现在两种工况下,顺向涡的左下方始终存在一个逆向涡,颗粒相逆向涡的形成弱于单相流体;两种工况下的顺向涡数量均随着法向位置的升高而减少,最后逐渐趋于稳定.      

金属材料单轴拉伸变形规律的研究

本文对五种钢和四种高温合金的单轴拉伸变形规律进行了研宄.结果表明:在均匀变形阶段,大多数材料的应力应变关系分段地服从幂乘律σ=εn,但硬化指数n并不等于最大均匀真应变εu;在不均匀变形阶段,应力应变关系多服从线性律.本文测定出七种材料在不均匀变形阶段缩颈曲率半径R随(ε-εu)的变化规律,证实了a/R∝(ε-εu),比例系数在0.6-1之间.     

基于PIV技术分析颗粒在湍流边界层中的行为

采用粒子图像测速技术(particle image velocimetry, PIV)在平板湍流边界层内开展实验研究,对比颗粒相及单相液体的平均速度剖面、湍流强度、雷诺应力等湍流统计量,分析颗粒在湍流边界层中的行为.利用空间多尺度局部平均涡量的概念提取壁湍流发卡涡展向涡头(顺向涡)并统计其数量规律,得到不同法向位置处顺向涡周围流向脉动速度及流线的空间拓扑结构,比较分析顺向涡发展程度及周围的湍流相干结构.结果发现:与清水工况相比,颗粒相湍流边界层的缓冲层变薄、对数律区下移,湍流强度得到增强,雷诺应力在对数律区有所增大;颗粒的流向脉动速度在展向涡周围的分布与清水工况不同,颗粒能够被流体展向涡周围的猝发过程有效传递;颗粒相的顺向涡涡核较大,且随着法向位置的升高逐渐发展完整,涡和条带在流向上拉伸得更长;同时发现在两种工况下,顺向涡的左下方始终存在一个逆向涡,颗粒相逆向涡的形成弱于单相流体;两种工况下的顺向涡数量均随着法向位置的升高而减少,最后逐渐趋于稳定.     

ON EXACT SOLUTION OF KRMN’S EQUATIONS OF RIGID CLAMPED CIRCULAR PLATE AND SHALLOW SPHERICAL SHELL UNDER A CONCENTRATED LOAD

It is extremely difficult to obtain an exact solution of von Kármán’s equationsbecause the equations are nonlinear and coupled.So far many approximate methods havebeen used to solve the large deflection problems except that only a few exact solutions havebeen investigated but no strict proof on convergence is presented yet.In this paper,first ofall,we reduce the von Kármán’s equations to equivalent integral equations which arenonlinear,coupled and singular.Secondly the sequences of continuous function withgeneral form are constructed using iterative technique.Based on the sequences to beuniformly convergent,we obtain analytical formula of exact solutions to von Kármán’sequations related to large deflection problems of circular plate and shallow spherical shellwith clamped boundary subjected to a concentrated load at the centre.     

多轴随机载荷下的疲劳寿命估算方法

现代工业的发展使得更多的构件承受着复杂的载荷形式, 将单轴疲劳模型应用到多轴载荷情况已不能满足现代工业的设计要求, 多轴随机载荷下的疲劳寿命计算日益引起人们的重视. 多轴随机载荷的寿命预测中, 如何计算载荷循环次数是其基础,目前广泛使用的是雨流计数方法, 现在已能成功的应用于多轴载荷的情况. 累积的疲劳损伤分析在各种构件和结构的载荷历史中都起着重要的作用. 自从线性损伤律提出以来已发展了数十种损伤律, 变幅载荷引起的疲劳损伤可以由许多不同的累积损伤律来计算, 虽然发展了许多损伤模型, 由于问题的复杂性, 每个模型的应用范围也是随具体情况而定. 线性损伤律方法尽管有很多不足之处, 但在设计使用中仍占有重要的位置. 两载荷水平及模式下的损伤累积以及损伤与物理机制的关系在本文中也做了介绍. 针对近年来提出的描述多轴随机载荷下疲劳寿命估算方法进行了详细的评述, 对各模型的应用范围和预测能力进行了讨论, 并对今后的工作提出了建议.      

THE SCHR(?)DINGER EQUATION IN THEORY OF PLATES AND SHELLS WITH ORTHORHOMBIC ANISOTROPY

This work is the continuation of the discussion of Refs.[1-5].In this paper:[A] The Love-Kirchhoff equations of vibration problem with small deflection fororthorhombic anisotropic thin shells or orthorhombic anisotropic thin plates on Winkler’sbase are classified as several of the same solutions of Schr?dinger equation.and we canobtain the general solutions for the two above-mentioned problems by the method in Refs.[1]and[3-5].[B]The von Kármán-Vlasov equations of large deflection problem for shallow shellswith orthorhombic anisotropy(their special cases are the von Kármán equations of largedeflection problem for thin plates with orthorhombic anisotropy)are classified as thesolutions of AKNS equation or Dirac equation,and we can obtain the exact solutions forthe two abovementioned problems by the inverse scattering method in Refs.[4-5].The general solution of small deflection problem or the exact solution of largedeflection problem for the corrugated or rib-reinforced plates and shells as special c     

基于神经网络的核电厂设备易损性分析

核电结构的易损性分析是核电厂地震安全评估中至关重要的一环, 但是由于核电结构的复杂性以及考虑土?结相互作用SSI时较大的计算规模, 使得计算核电厂设备易损性曲线十分耗时. 为发展高效的核电厂设备易损性分析方法, 本文采用核电结构土?结相互作用分析的分区计算方法, 并利用有限的SSI分析结果建立神经元模型ANN代替有限元模型, 分别基于对数正态假定的回归法和蒙特卡洛法进行了设备易损性分析. ANN数值模拟包括了以下内容: (1)基于半偏相关系数选择最相关的地震动参数作为ANN输入, 并通过交叉检验建立神经元模型; (2)量化研究ANN数值模拟的预测不确定性, 其中包含了由于简化地震动输入引起的随机不确定性和训练样本缺失引起的认知不确定性; (3)基于ANN模型预测结果分别采用蒙特卡洛法和基于对数正态假定的回归法进行设备的易损性分析. 本文探讨了不同的地震强度指标以及土层材料的不确定性对易损性曲线的影响, 同时验证了回归法中对数正态模型假定的基本合理性, 为核电厂设备易损性分析提供了一种可能方向.