秦岭公路隧道2号竖井地应力与岩爆分析

利用水平圆柱形激波管对激波驱动的可压缩性气固两相流进行了试验研究. 利用压电式压力传感器、电荷放大器、示波器及计算机组成的压力信号测试系统, 对激波 与颗粒作用前后的气相参数进行测量及分析. 试验中测得了激波在管中的传播速 度, 波后气流的压力, 反射激波、透射激波的压力和速度等. 分别考察颗粒、装载 比、驱动气源以及入射激波马赫数等因素的差异对气相参数的影响. 试验结果表明: 激波与颗粒群相互作用时, 会产生反射激波和透射激波, 其强度与驱动气源、颗粒大小、颗粒装载比等参数有关; 激波衰减率随着装载比、马赫数的增大而减小. 研究指出, 在颗粒群被激波加速的初始阶段, 颗粒间的弹性碰撞起着重要的作用.     

岩爆预测评估方法的动力数值分析

精准的预测评估是制定岩爆防治策略的重要前提.采用FISH语言编程对FLAC3D数值模拟软件进行二次开发,基于动力数值分析,将6种岩爆预测评价指标引用到锦屏Ⅱ级水电站4#引水隧洞数值模拟岩爆案例中,对岩爆的孕育过程和形成机制进行深入剖析.研究结果表明:隧洞掌子面右侧边墙及拱腰部位发生了以剪切破坏为主的突发性破坏,洞室周围...     

岩爆岩石断裂的微观结构形貌分析及岩爆机理

利用扫描电镜(SEM)对岩爆岩石断口微观形貌特征进行研究分析,从微观角度探索岩爆产生的机理。通过对平顶山十二矿岩爆现场取样对其断口形貌特征与地应力和岩石成分之间关系进行研究。巷道围岩劈裂岩块断口形貌多呈台阶状,劈裂面与地应力最大主应力方向平行,岩石断口属拉张断裂,劈裂纹的产生主要是脆性断裂;岩爆抛射出的岩块断口形貌非常复杂,裂面与切应力(最大主应力)方向平行或相交,不同平面内的微裂纹通过与岩爆裂纹间的微裂纹或受撕裂作用形成台阶,表面不平整,属于拉张或剪切型断裂。岩石细观成分对岩爆的影响也较大,结晶程度高、结构致密的硬脆岩石更易发生岩爆。     

汶川特大地震中山岭隧道变形破坏特征及影响因素分析

汶川大地震造成位于震中附近的都江堰-汶川公路多座隧道严重受损。本文通过现场调研、资料收集与分析,将地震区山岭隧道变形破坏的基本类型概括为洞口边坡崩塌与滑塌、洞门裂损、衬砌及围岩坍塌、衬砌开裂及错位、底板开裂及隆起、初期支护变形及开裂等。分析其影响因素,认为发震断裂的次级断层、基覆界面、洞口不稳定斜坡、高地应力环境下的软弱围岩对隧道强烈震害具有控制作用。以汶川地震给予隧道抗震的启示,建议强震区的山岭隧道应将洞口边坡防护、洞口明洞和洞门结构作为一个系统进行综合设计,在条件允许的情况下尽可能采用削竹式洞门结构;隧道穿越活动断裂带的次级断层时在其两侧一定范围内二次衬砌应采用钢筋混凝土结构;基覆界面、围岩软岩与硬岩之间的过渡地带、围岩质量突变地带等应采用改善围岩力学性质且让其渐变的措施进行处理。     

下穿隧道爆破荷载激励下边坡振动预测及能量分析

为解决边坡与下穿近接隧道协同爆破施工安全难题,结合某石油储备基地扩建项目,运用量纲推导、现场实验与信号分析相结合的方法,构建考虑高程影响的振动峰值速度公式,研究隧道爆破振动能量沿坡面的衰减机制。结果显示,边坡同台阶边沿处质点振速峰值大于坡脚处,坡面局部存在振动速度高程放大效应;引入相对坡度H/D的爆破振动模型对坡面质点振速预测精度高,可反映边坡角对高程放大效应的影响;振动速度及能量沿坡面均呈现出近区衰减快、远区衰减慢的传播特性,同时隧道爆破振动能量集中分布在0～300 Hz范围的多个子振频带,且高频能量沿坡面衰减更快,能量卓越频带中值以指数形式衰减,能量最终向低频带集中。

     

长试验时间激波风洞测力技术研究

中国科学院力学研究所复现飞行条件高超声速激波风洞JF12的落成突破了毫秒级试验时间的瓶颈,有效试验时间超过100ms.因此,对于JF12长试验时间激波风洞的测力试验,基于应变天平技术较为成熟、结构简单等优点,我们考虑采用传统的应变计天平.但是,激波风洞来流冲击所带来的惯性力干扰导致天平测力系统产生低频振动,传统内置应变天平的结构刚度很难保证信号有足够的处理周期,这大大限制了激波风洞测力模型的尺寸和重量.针对这个难题,基于JF12激波风洞的运行特点及对测力天平刚度特性的特殊要求,优化设计了应变天平的测力单元结构以适用于这种脉冲动态测力试验,相应加工制造了大刚度、低干扰、高灵敏度的系列脉冲型应变天平,结构形式包含了杆式和盒式,最大载荷(法向力)从1kN到30kN,以满足不同尺度飞行器的测力试验需求.同时,我们应用不同尺度的测力模型对研制的脉冲型天平在JF12激波风洞进行了一系列动态气动力测量试验,以进一步评估JF12系列脉冲型应变天平的结构特性和测力性能.      

DEEP-LEARNING-BASED INTELLIGENT FORCE MEASUREMENT SYSTEM USING IN A SHOCK TUNNEL 1)

高焓条件气动力测量试验对高超声速飞行器气动外形设计和优化起决定性作用. 通常采用脉冲风洞(如激波风洞)产生高温、高压驱动气体以模拟高超声速高焓试验气流. 在脉冲风洞对高超飞行器模型进行测力试验时, 测力天平输出信号结果无法摆脱惯性载荷的干扰影响, 其导致的测力模型低频振动问题基本无法通过滤波彻底解决, 尤其对试验时间只有几毫秒的情况, 六分量测力天平的结构设计研究受到了极大挑战. 因此, 对实现短试验时间条件高性能测力的深入研究发现, 天平动态校准凸显重要性和必要性. 本研究提出一种新的基于人工智能深度学习技术的单矢量动态自校准方法和智能测力系统概念, 并应用于目前激波风洞测力试验中. 该动校方法的最主要特点之一是对整体测力系统的校准, 而非仅仅针对天平, 并且保证校准的测力系统即为风洞试验对象, 确保校准与应用的一致性. 在测试评估中, 测试样本和风洞试验验证均得到了较为理想的效果, 大幅度低频振动干扰基本被消除, 脉冲风洞测力的精度和可靠性得到了大幅提高.     

结构振动对大型激波风洞气动力测量的干扰

激波风洞起动过程形成冲击载荷激励测力系统的结构振动,气动力测量过程中振动尚未衰减,测力过程可以看作是一个动态的过程,激波风洞中天平输出信号包含了振动干扰的输出信号,现有的解决方法缺乏理论支撑,精度受限. 本文应用振动理论方法,得到了自由振动、强迫振动特性的基本解析结果. 自由振动特性研究中考查了单个振型对测力的干扰及其影响规律以及干扰量幅值随测力截面相对位置的变化规律. 强迫振动特性研究了不同载荷强迫振动下各阶振型对测力的干扰. 研究表明,由于干扰量幅值与加速度幅值的“零点位置” 不重合,传统加速度惯性补偿存在理论上的缺陷. 实验中确定干扰量主要来源需要综合考虑截面位置、载荷作用位置、载荷类型的影响.      

RECENT PROGRESS IN RESIDUAL STRESS MEASUREMENT TECHNIQUES

Residual stress measurement is of critical significance to in-service security and the reliability of engineering components, and has been an active area of scientific interest. This paper offers a review o[ several prominent mechanical release methods for residual stress measurement and recent developments, focusing on the hole-drilling method combined with advanced optical sensing. Some promising trends for mechanical release methods are also analyzed.     

基于压力隧洞模型的复合材料横向热残余应力分析

考虑碳纤维横向刚度情况下,将复合材料横向热残余应力问题简化为压力隧洞模型.利用该模型推导出复合材料固化成型过程中形成的横向热残余应力,其中分析得出了单纤维与树脂的接触压力以及该压力传递到纤维和树脂后的分布情况.结果表明接触压力传递到纤维内部后成一固定值,传递到树脂后以正比于r.函数衰减.在其基础上提出场叠加方法,得出纤维之间相互耦合的接触压力与残余应力场.通过有限元模拟,理论模型和数值模拟基本一致.     

利用材料拉压异必无损检测残余应力的新方法

用实验手段研究了若干种材料在弹性范围内的拉压异性,发现某些材料的拉伸弹性模量与压缩弹必模量相差高达60%,从分析拉压异性产生的机理,描述了拉压导师性材料的应力应变关系,在此基础上提出了一种基于材料拉压异性的残余应力无损检测新方法,并进行了弯曲和扭转残余应力的典型实验,结果证明在某些条件下它是十分有效的,具有简便、精度高的特点。     

测量土、岩石介质中的动态应力用的压电式应力计

本文介绍一种压电式应力计,它的主要性能是:测量量程为10-1000kgf/cm~2;响应时间小于7μs;线性误差小于士1％;综合应力测量误差小于±10％,该应力计可用于测量土、岩石和混凝土介质中的动态应力,也可用于测量动态力和流体介质中的动态压力。     

X射线衍射法测量碳化硅单晶的残余应力

为了准确评估晶体的质量、提高器件的使用性能,本文围绕单晶碳化硅材料残余应力方面开展了相关研究工作.首先通过对原有的多重线性回归分析方法加以改进,推导出适用于求解六方晶系单晶碳化硅试样所处应力状态的相关理论.其次,采用该方法对沿着[1010]取向生长的6H-SiC单晶片进行了残余应力检测,同时选用{214}晶面族作为测量衍射面.最后,探究了来源于不同晶面组数的数据进行计算时对残余应力测量结果的影响.结果显示:采用多重线性回归分析方法可以实现单晶6H-SiC的面内残余应力的测定;当给定无应力晶面间距d;的精确值时,该应力结果的误差高于选用5组以上(hkl)晶面数计算得到的残余应力结果的误差;如果d;未知,则随着参与应力计算的晶面组数的增加,平面残余应力的误差结果会逐渐降低并趋于平稳.这表明实验测定的残余应力结果具有较高的精度.另外,为了保证实验测得的应力结果的可靠性,应该选用六组及以上衍射面数通过多元回归分析方法来求解单晶碳化硅试样所处的残余应力状态.     

X射线衍射法测量碳化硅单晶的残余应力

为了准确评估晶体的质量、提高器件的使用性能,本文围绕单晶碳化硅材料残余应力方面开展了相关研究工作.首先通过对原有的多重线性回归分析方法加以改进,推导出适用于求解六方晶系单晶碳化硅试样所处应力状态的相关理论.其次,采用该方法对沿着[1010]取向生长的6H-SiC单晶片进行了残余应力检测,同时选用{214}晶面族作为测量衍射面.最后,探究了来源于不同晶面组数的数据进行计算时对残余应力测量结果的影响.结果显示:采用多重线性回归分析方法可以实现单晶6H-SiC的面内残余应力的测定;当给定无应力晶面间距d;的精确值时,该应力结果的误差高于选用5组以上(hkl)晶面数计算得到的残余应力结果的误差;如果d;未知,则随着参与应力计算的晶面组数的增加,平面残余应力的误差结果会逐渐降低并趋于平稳.这表明实验测定的残余应力结果具有较高的精度.另外,为了保证实验测得的应力结果的可靠性,应该选用六组及以上衍射面数通过多元回归分析方法来求解单晶碳化硅试样所处的残余应力状态.