血液-血管耦合特性与脉搏波传播特性的关系

脉搏波既不可简单地理解为可压缩血液流体中的压力纵波,也不可简单地理解为沿固体血管传播的涨缩位移横波,而是超乎普通想象的流-固耦合和纵波-横波耦合的复杂波。从分析耦合本构关系的新途径出发,本文中提出了一个流-固耦合/纵波-横波耦合的串联模型,可为解读“位数形势”中医脉诊提供更丰富的信息。结果表明,脉搏波耦合系统的等效体积压缩模量K_s以及相应的耦合系统脉搏波传播速度c_s主要依赖于两个无量纲参数:血液-血管模量比K_b(p)/E(p)和薄壁血管径厚比D(p)/h₀,它们因人而异、因人的不同脉搏位置而异。文中定量分析了它们对c_s的影响,显示人体的K_b/E值在103数量级,从而c_s值在100～101 m/s数量级,以适应人体生理生化反应。由临床有创测量,证实脉搏体积横波与脉搏压力纵波是相耦合地以相同速度传播;还显示脉搏波是在其波阵面上具有氧合生化反应的“生物波”。此外,还讨论了“脉压放大”现象与非线性本构关系和与血管分叉处加载增强反射之间的关系,并讨论了Lewis关于重搏波形成的假设。     

脉搏波系统的力学模型及反演兼对若干中医学问题的讨论

对脉搏波进行客观化定量研究,是我们面临的跨中医与西医、跨医学与数理学科的新挑战,是中国传统医学现代化发展的重点研究课题之一.本文遵循中医整体观点的传统思路,把脉搏波系统理解为生命能量以波的形式在血液中传播的整个系统,从连续介质力学的波动理论出发,为脉搏波系统建立一个等价的力学模型,并把力学反演方法推广发展到脉搏波.指出脉搏波是压力波P（X,t）,质点速度波v（X,t）、比容波V（X,t）和内能波E（X,t）这些不同形式波动的总成.脉搏现象包含着血液的流动和在血液中以远快于血液流速之波速传播的携带能量的脉搏波.前者是人眼易见的实体血液的“物质流”,而后者是人眼不易见、以波的形式传播的“能量流”,可分别理解为中医的“血”和“气”.脉搏波的传播特性由反映生命体整体系统的本构方程决定,就其重要性和地位而言,系统本构方程与中医的体质相当,应探索其内在联系.初步讨论了脉搏波系统本构关系非线性效应和黏性效应对脉搏波特性的影响.      

黄土和砂土岩中填实爆炸辐射弹性波的对比研究

研究地下爆炸弹性区的震动特性,关键是获得场地介质与爆炸能量耦合作用下辐射弹性波的实验参数。对于不易加工成大尺寸模型的砂土岩,为研究其填实爆炸下辐射弹性波的特征,采用0.125 g TNT微型炸药球作为爆炸源,以塑性区可置换的?1 370 mm×1 200 mm黄土样品作为提供应力波传播路径的载体,用波阻抗近似相等的重塑黄土和砂土岩样品分别作为源区介质,对比分析了两种介质中微药量填实爆炸辐射的弹性波传播特征。实验结果表明:在测试范围内,两种介质中填实爆炸激发的弹性应力波粒子速度(位移)峰值的衰减规律、波形的主频变化规律一致;砂土岩中爆炸辐射的弹性波粒子速度(位移)峰值整体高于黄土、粒子速度波形的半高宽和主频低于黄土;砂土岩中爆炸耦合的向外传播的弹性波能量比黄土大。实测结果反映,黄土和砂土岩中填实爆炸弹性波能量耦合强度的差别。     

煤层深孔预裂爆破耦合装药系数对爆生应力波能量的影响研究

针对煤层深孔预裂爆破爆生应力波能量弱、信噪比低的现状,为了给爆孔的装药结构提出合理的改进方案,本文建立了耦合和不耦合装药情况下爆孔孔壁爆炸载荷和透射波能量的计算模型,并利用Matlab软件获得了解析解。同时在淮南矿业集团潘三矿进行了耦合装药系数ξ对爆生应力波能量影响的现场实验,利用改进的基于功率谱的能量分析法对现场实验数据进行分析。理论数值计算及现场实验均表明:应力波总能量随ξ增大而减小;当ξ=1.5时,应力波信号在10~50Hz区间的低频能量最强,信噪比最高,增透效果最佳。     

超音速来流中爆轰波衍射和二次起爆过程研究

预爆管技术被广泛地应用在爆轰波发动机的起爆过程中,但是在超音速来流中基于预爆管技术起始爆轰波的研究并未被广泛地开展。基于此,本文中数值研究了横向超音速来流对半自由空间内爆轰波的衍射和自发二次起爆、及管道内的衍射和壁面反射二次起爆两种现象的影响。数值模拟的控制方程为二维欧拉方程,空间上使用五阶WENO格式进行数值离散,采用带有诱导步的两步链分支化学反应模型。所模拟的爆轰波具有规则的胞格结构,对应于用惰性气体高度稀释过的可爆混合物中形成的爆轰波。结果表明:在半自由空间内,在本文所模拟的几何尺寸下,爆轰波并未成功发生二次起爆现象,但是爆轰波的自持传播距离随着横向超音速来流强度的增强而增加。在核心的三角形流动区域外,波面诱导产生了更多的横波结构;在管道内,横向的超音速来流在逆流侧对出口气流产生了压缩作用,能有效提高波面压力,因此反射后的激波压力也比较高。在同样的几何尺寸下,爆轰波在静止和超音速(Ma=2.0)气流中分别出现了二次起爆失败和成功两种现象,这是由于在超音速来流中化学反应面的褶皱诱导产生了横波结构,横波与管壁以及其他横波之间的碰撞提高了前导激波的强度,并最终促进了爆轰波在超声速流主管道内的成功起始。     

P1波入射准饱和土的波型转换问题

针对各向同性准饱和土体中体波的传播问题,本文深入研究了P1波(第一纵波)入射土体时所出现的波型转换现象。在准饱和土波动方程的基础上,通过数值算例,找出标准参数土体模型的临界饱和度及波型转换角,并分析土体孔隙率、渗流系数、水压力和入射波频率等参数对该现象的影响。     

生物芯片压电微流体泵液-固耦合系统模态分析

对压电微流体泵粘性流体周期流动进行厚度积分平均近似,得到包含粘性的,非线性浅水波动方程,并采用有限元法得到微泵液体压强矩阵方程．液体压强矩阵方程和压电硅片振动有限元方程耦合,得到一个包含微泵进出口扩散管的液-固耦合系统振动方程．液-固耦合系统的模态分析结果表明,做泵液-固耦合系统的自然频率比不耦合的硅片振动自然频率低很多．随着微泵厚度的减少,液体附加质量和粘性阻尼对耦合系统自然频率的影响更加明显．同时发现,对应的压电片振型函数在液-固耦合前后没有明显变化,还给出硅片-阶模态的振幅-频率特征曲线,对薄型无阀压电微流体泵,浅水波模型合理地表达了微泵液体流动和压电硅片振动的相互作用,以及液体附加质量和粘性阻尼对微泵液-固耦合系统动力特征的影响。     

气相爆轰在T形管中传播新现象的实验研究

对2H2/O2/Ar系统爆轰波在T形管(截面为40mm×40mm)中传播现象进行了实验研究.用烟迹片记录了T形管中爆轰波的胞格结构,用压电传感器记录了分叉口附近指定点压力时间曲线,得到了爆轰波在分叉口附近的平均速度和胞格图案演变.结果表明:初压P0≥2.67kPa,在水平和垂直支管下游区域(距离分叉口约3.5—6倍方管截面边长),分叉口影响消失,爆轰波恢复稳定,且强度基本保持不变.在分叉口绕射过程中,爆轰波在膨胀区中衰减,诱导激波阵面弯曲.两个支管中发生马赫反射,三波点迹线清晰可见.该传播特性是爆轰波的诱导激波和横波共同作用的结果.分叉口附近的胞格结构先消失再恢复,在无胞格和平衡胞格之间的区域存在细密胞格的过渡区,表征了在诱导激波与化学反应阵面分离后的区域中出现二次点火.P0=2.00kPa,水平支管中稳定自持爆轰能重建,垂直支管中爆轰熄灭.P0<2.00kPa,分叉口上游已不能形成稳定爆轰.还对胞格结构中的几个特征参数进行了测量,并初步分析了P0对这些参数的影响.     

不同角度分叉管道内氢气-空气爆轰传播特性

在3种角度分叉管道内开展化学计量比氢气-空气爆轰实验,采用自制的火焰传感器和烟迹法分别获得了爆轰波传播速度和胞格结构,探究了不同角度管道分叉对爆轰传播的影响。结果表明:氢气-空气爆轰在经过分叉三通时受分叉口稀疏波影响导致爆轰波衰减解耦,但随着入射激波与下游管道壁面碰撞,逐渐由规则反射向马赫反射转变,最终完成重起爆过程。其中,直通支管内爆轰衰减主要受支管入口面积的影响,随着分叉角度增大,入口面积减小,爆轰衰减程度和重起爆距离也随之减小;而分叉支管内,爆轰衰减受支管入口面积与入口渐扩程度共同影响,但随着分叉角度的增大,入口面积变为主要影响因素。不同角度分叉管内的实验结果均表明,初始压力升高能显著提高爆轰稳定性,从而削弱分叉几何结构的影响。     

“C.R.Johnston直接法”求解弹性地基支撑充液管中的非线性波

输油管道液体流动、血管中血液流动等都可抽象为充液弹性管流体流动模型,对其固液耦合非线性波动问题进行深入研究具有重要的理论价值和潜在的应用前景。本文以充有理想流体、受弹性地基力作用的无限长充液管为研究对象,考虑管壁材质为橡胶类或软组织材料,利用"C.R.Johnston直接法"研究了充液管中的非线性波动问题,得到了系统的孤立波解,并与约化摄动法所得孤波图形进行了比较分析。图形对比表明,"C.R.Johnston直接法"求解所得图形孤波波幅较高,传播速度较快。相关文献曾指出:如果在支配方程中保留高次项,那么所得结果就会更精确,对应孤波解波幅较高,传播速度也较快。由此说明"C.R.Johnston直接法"是一种求解过程简单,求解结果精度较摄动法更高的方法。在给定参数的情况下,只需初始条件满足w(0)≤2.466200,对于任意的波速c,都可以得到对应的精确孤立波解。     

压剪联合冲击下K9玻璃中的失效波

对K9玻璃进行了冲击速度为150~400 m/s,倾斜角为10、15的纵剖试样斜撞击实验。结果表明，在加载剪切横波(S+)和卸载纵波(P-)之间有波速超过了纵波波速的波阵面存在，此波的存在对卸载纵波和卸载横波的幅值有一定的影响。由于失效波的产生与材料的表面性质密切相关，为消除纵剖试样中间界面的影响，模拟VISAR的实验条件，进行了冲击速度为70~300 m/s、倾斜角为10的横剖试样斜撞击实验。可以确定在此冲击范围失效波的波速在0.98~1.4 km/s，产生失效波的临界状态为:压应力0.86~1.01 GPa，对应剪应力0.053~0.071 GPa。表明剪应力的存在极大降低了失效波产生的阈值。在此基础上初步分析了撞击面的动摩擦因数和相对滑移速度。     

内孤立波作用下潜深对潜体运动响应和载荷特性的影响研究

内孤立波常发生于海洋密度跃层, 因其峰高谷深、携带能量巨大, 在传播过程中会导致跃层上下的海水流动呈现剪切状态, 并引起突发性的强流. 潜体在水下悬停时极有可能会遭遇内孤立波, 由于内孤立波的流场特性, 置于跃层上下的悬浮潜体所产生运动响应和水动力载荷变化不尽相同, 甚者会出现掉深现象. 为探究潜深对波体耦合作用的影响, 基于不可压缩N-S方程和mKdV理论, 采用速度入口造波, 结合重叠网格技术和流固耦合方法, 建立了分层流中内孤立波耦合水下潜体多自由度运动的数值模型, 通过该模型分析了不同潜深下悬浮潜体的运动响应和载荷特性. 结果表明: 在内孤立波作用下, 位于密度跃层上方和跃层中的潜体顺着波的前进方向运动, 先下沉后抬升, 位于跃层下方的潜体则会逆流持续下沉; 潜体与波面的垂向距离越小, 对其纵荡、垂荡和速度的影响越显著, 而位于密度跃层中的潜体在分界面处沿着波形运动, 其运动响应和载荷变化受影响较小; 潜体在跃层上、下流体中所受水平力的方向相反, 水平力峰值小于垂向力峰值, 且位于跃层下方的潜体一直受到低头力矩, 最终导致掉深.      

爆轰波碰撞的聚能效应

利用两高爆速导爆索对称布置于药卷两侧,起爆后炸药爆轰波在对称线处汇聚碰撞,当碰撞角度达到一定值时,发生马赫反射,使爆轰压力成倍增加,形成高压、高能量密度区域的聚能效应。本文在爆轰波传播碰撞理论的基础上,通过炸药做功能力和猛度试验验证爆轰波碰撞的聚能效果。做功能力试验结果表明爆轰波碰撞能够增加炸药能量利用率;猛度试验结果表明采用对称起爆技术下的爆轰波碰撞能够改变爆轰波在特定方向上的扩散作用。试验结果与爆轰波入射角的几何关系表明,当高爆速起爆药条与主装药爆速比例在1.15倍以上时,爆轰波碰撞能够达到一定的聚能效果。     

高速铁路长隧道压缩波波前变形规律分析

高速列车进入隧道时产生的压缩波在长隧道中传播时会产生波前变形,即波前压力梯度发生变化。线路测量和学者的研究表明,隧道出口处微气压波的强度与压缩波波前压力梯度最大值成正比,而微气压波的大小又与隧道出口的爆破音直接相关,因此有必要研究压缩波在长隧道中传播时的波前变形规律。采用计算流体力学三维动态仿真计算方法,对长隧道内压缩波的生成和传播过程进行研究。证明了压缩波的波前变形不仅与初始压缩波生成时的惯性运动和气体摩擦相关,而且与列车在隧道中的运动相关,即列车运动产生的能量输入会影响压缩波波前的变形。通过多工况计算,获得了隧道内压力梯度的最大值及其出现位置与列车速度和隧道阻塞比之间的变化规律。     

有机玻璃中球形应力波传播的分析

基于球形发散波实验技术及圆环型电磁粒子速度测试技术,采用0.125 g TNT当量的微型炸药作为爆炸源,对填实爆炸下有机玻璃中球形波的传播规律进行了实验研究,并基于粒子速度波形进行了分析。结果表明:粒子速度峰值及粒子位移峰值符合指数衰减规律,粒子速度、位移峰值的衰减指数分别为1.34和1.28;负向粒子速度峰值随比距离的增加有先增大后减小的趋势;基于强间断假设得到的低压(小于1 GPa)下径向压力峰值-粒子速度峰值关系与一维应变下得到的σ-v Hugoniot曲线吻合较好;采用变模量模型假设,结合粒子速度数据反演的有机玻璃弹性模量E=(6.40±0.64)GPa、体积模量K=(7.12±0.71)GPa、剪切模量G=(2.37±0.24)GPa。     

平板边界层中Tollmien-Schlichting波的共振干涉

本文采用频率分析法对Tollmien Schlichting波(T.-s.波)的共振干涉现象进行实验研究。结果表明,在不稳定的层流边界层的临界层附近测得的功率谱中,T.-s.波的能量集中在一个较窄的频段,其中有一至三个峰值分别对应于中性曲线内侧的T.-s.波的特征频率和最大增长率频率。T.-s.波的共振干涉将各特征分量的能量在它们的亚谐波分量通过中性曲线下支到达最大增长率点的相应R_8范围内传给它们的亚谐频,非特征频率的分量则迅速衰减,共振干涉的多次重复,使边界层逐步湍流化。     

水波泵研制的流体力学理论与设计计算

介绍了作者正在研制的水波泵目前所涉及到的流体力学理论。水波泵是一种巧妙地综合气波增压器和水锤泵功能的全新的水泵,它通过合理利用水波动力的特殊性质,将来流中的总体能量进行重新分配,使一部分来流水提高到所需的高压力,而其余部分水则降到较低的压力,即完成一个大多数能量向部分来流水转移的过程。该泵的研制对于充分开发和利用自然水力资源或工业与民用水循环系统的废弃能量,具有良好的经济价值及社会效益。文中在介绍水锤泵工作原理的基础上,分析了水击动力现象的产生和利用方法,再通过流体力学理论研究与计算,得出了水波泵一系列有用的设计参数,设计计算表明,水波泵的设计研究在流体动力学理论研究和运用具有突破性的意义,并达到预期的效果。     

应力波传播与屈曲耦合情况下结构动力屈曲控制方程探讨

从应力波作用下结构动力屈曲的特点出发,指出应力波作用下结构动力屈曲与结构中应力波传播的耦合导致时间成为结构动力屈曲的参变量,从而应力波作用下结构动力屈曲问题中结构的真实运动与邻近运动是不同时刻、不同扰动区域的比较,这使得其动力屈曲控制方程的建立不宜采用传统的等时积分变分原理;以压应力波作用下弹性直杆为例,应用能量守恒原理,根据屈曲时刻结构能量的转换关系,建立了弹性压应力波作用下半无限长直杆的动力屈曲控制方程,并得到了波前附加约束条件;最后,讨论了波前附加约束条件的物理意义,指出波前附加约束条件出现的根本原因是轴向应力波的传播与屈曲不能解耦。     

简化CH4/O2/N2基元反应模型在爆轰模拟中的应用

基于改进的全耦合TVD格式和简化的基元化学反应模型,建立了二维可燃预混合气爆轰波传播过程的模型并编制了相应的CFD程序,对CH4／O2／N2预混气爆轰波的形成和传播进行了数值模拟。使用不同的计算初始条件来考察模型的计算模拟能力,计算结果表明,该模型能够精确捕捉爆轰波及其波后的反射过程,同时,也能够预测不同计算初始条件下爆轰波的传播轨迹。计算结果与相同条件下CJ爆轰理论模型的计算结果进行了比较,两者符合较好,这表明简化的CH4／O2／N2机理能够较好地应用于可燃气爆轰过程的数值计算中。     

弹性杆在刚性块轴向撞击下的动力屈曲

基于能量关系,应用功率原理对弹性杆在刚性块轴向撞击下的动力屈曲问题进行了讨论。用幂级数解法,理论上给出了该问题的级数解,同时考虑了应力波传播及反射对屈曲的影响。通过理论分析和数值计算,得到了临界速度与冲击质量以及临界时间的关系,给出了发生屈曲时的临界条件。