薄型超声电机与定子振动模态的激发

论述了薄型超声电机的工作机理。分析了电机压电片的布置与激励信号的关系，探讨了定子弯曲模态的激发问题。设计并制作了一种新的薄型超声电机。电机转子安装在圆环定子内，能够显著减小电机厚度，电机定子采用双压电片结构，可以避免激发出定子的非轴称模态。完成了电机运转实验，电机运转平稳。     

壁画空鼓病害的探地雷达正演模拟检测

通常西藏壁画地仗层的厚度不足10cm,有效去除直耦杂波是利用高频探地雷达识别壁画空鼓病害的关键,在此基础上计算空鼓的厚度。模拟制作西藏壁画地仗,在其内部预设深度和厚度各不相同的规则空鼓,通过正演模拟试验确定探地雷达的采集参数,积累数据处理的经验,并比较不同雷达天线的性能。结果表明,针对RAMAC探地雷达和Ground Vision数据采集、后处理软件,时窗深度宜为3ns左右,采样频率应不低于142GHz,效果最明显的两个滤波器是带通滤波和抽取均道。当雷达天线与细泥层地仗耦合较好时,中心频率1.6GHz和2.3GHz的雷达天线均能准确检测出深3cm左右、厚约2cm的空鼓,1.6GHz天线的极限垂直分辨率约0.5 cm。     

第七届全国周培源大学生力学竞赛试题

一、小球在高脚玻璃杯中的运动(20分) 一半球形高脚玻璃杯,半径r=5cm,其质量m1=0.3kg,杯底座半径R=5cm,厚度不计,杯脚高度h=10cm.如果有一个质量m2=0.1kg的光滑小球自杯子的边缘由静止释放后沿杯的内侧滑下,小球的半径忽略不计.     

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。     

组合型多孔材料对容器管道系统内甲烷/空气的抑爆效果

为研究多孔材料对可燃气体的抑爆效果,选取了3类6种多孔材料分别组合后进行实验研究。以甲烷/空气预混气体作为研究对象,利用自制薄型铁环将多孔材料固定在密闭容器管道系统内,对比分析了薄型铁环、单层型多孔材料、双层组合型多孔材料和三层组合型多孔材料的抑爆效果。结果表明:薄型铁环增强了气体爆炸强度,铁环后爆炸压力最大;多孔材料抑爆效果明显,双层组合型多孔材料抑爆效果相比单层型多孔材料和三层组合型多孔材料稳定;抑爆效果最佳的组合型多孔材料为Al₂O₃ 10 mm/30 PPI+SiC 20 mm/20 PPI,爆炸压力抑制效果最佳的组合型多孔材料为Al₂O₃ 10 mm/30 PPI+Fe-Ni 10 mm/90 PPI+SiC 20 mm/10 PPI。     

JPC聚能装药对钢筋混凝土墙毁伤效应的试验与数值模拟研究

为了满足高侵深和大穿孔的要求,设计一种聚能杆式弹丸（jetting projectile charge, JPC）,开展大尺寸钢筋混凝土墙的毁伤效应试验。在此基础上,基于修正参数的K&C(Karagozian&Case)模型进行数值模拟,研究JPC高速侵彻和爆炸冲击波对钢筋混凝土墙的联合破坏作用,分析墙体厚度对破坏效果的影响规律。结果表明,在1.67倍和2.50倍装药直径的炸高条件下,JPC均能够有效贯穿80 cm(6.67倍装药直径)厚的钢筋混凝土墙,形成直径大于6 cm(0.50倍装药直径)的柱状孔洞;聚能装药的多载荷毁伤特性决定了钢筋混凝土墙的破坏结果,爆炸冲击波能够加剧墙体正面开坑和背面崩落的破坏范围;墙体厚度对于墙体正面漏斗坑的直径与深度及内部侵彻孔洞直径均无显著影响;随着墙体厚度增大,背面漏斗坑直径逐渐减小,深度却逐渐增大。     

青藏铁路多年冻土地区碎石护坡路基非线性分析

为了研究碎石护坡对冻土区路基温度场的影响,以青藏铁路试验段现场观测的气候和地质资料为上边界条件,运用带相变瞬态温度场有限元数值解法,对不同厚度的碎石护坡路基进行了分析。结果表明:粒径为10 cm的碎石护坡对多年冻土区路基的稳定性有保护作用;碎石护坡对路基坡脚附近地温影响较大,采用碎石护坡对防止路基纵向裂缝的产生有一定的作用;实际应用中碎石层厚度不能太厚。     

底隙对装药发射安全性影响机理的数值模拟研究

为研究底隙对装药发射安全性的影响机理,基于物质点法建立了冲击载荷下受底隙影响的热-力-固耦合装药燃烧模型。该模型模拟的PBX装药底部温度与实验结果基本一致,验证了模型的正确性。采用该模型模拟了不同底隙厚度时Composition B(COM B)装药的炮弹发射过程,分析了装药温度变化规律。结果表明：发射过程中,COM B装药温度从底部到顶部逐步降低,装药底部最可能出现点火反应;装药底部温度随着底隙厚度的增加而升高。弹底载荷峰值为324.7 MPa时,COM B装药处于安全状态的底隙厚度不超过0.062 cm。底隙中的空气在发射过程中被压缩,其温度极速升高,导致相邻的装药底部易出现点火反应。     

一维平面磁驱动等熵加载发射飞片技术

探索了一维平面磁驱动发射飞片的实验技术,实现了在一个样品上同时发射两个不同厚度的飞片,并利用VISAR测试技术同时获得了两个飞片自由面完整的速度历史。其中在回路放电峰值电流密度为823 kA/cm的情况下,在上升前沿2 s内将厚度为0.38 mm、直径为4 mm的铝飞片发射到1.5 km/s,作用在飞片上的最大磁压力为4.25 GPa。显微分析发现,在飞片速度较高的情况下,飞片与镗孔底部剪切破坏的断口上,由于凝固过程中过冷度大有非晶等现象出现。进一步促进了磁驱动等熵加载、发射飞片实验技术、物态方程研究的开展。     

控爆拆除80m高砖结构烟囱

一九八八年元月五日下午四时,西南流体物理研究所采用定向倒塌的控爆技术,成功地拆除了成都市热电厂的2~#烟囱。 该烟囱高80m,主体由100~#红砖砌成。在标高14m以下呈六角形,为0.99～1.80m变厚度筒壁,内含烟道、集灰漏斗和出灰口等复杂的砖混结构。根部内接圆直径10.80m,上端直径5.24m,平时上端最大摆动幅度12cm。     

高耸建筑物定向爆破倾倒时的后座及其对策

高耸建筑物定向爆破倾倒时,对周围保留建筑物、设施等的安全性产生影响的危害效应之一是后座问题。研究和探讨后座现象以及提出预防措施,对高耸建筑物在有限坍塌范围的复杂环境中,爆破拆除时安全性预测及合理选择爆破参数、确保良好的爆破效果将有很大帮助。本文通过对不同类型的高耸建筑物。文中分为两类:一类是筒式支撑的烟囱、水塔等;另一类是钢筋混凝土框架结构或砖混楼房、框架支撑的水塔等)在定向爆破倾倒过程中个同阶段的力学分析,较全面地讨论了后座产生的原因、现象及可能出现的后座范围。     

控制爆破拆除大型球磨机基础

在选矿车间的狭小范围内,用控爆技术拆除大型构筑物的基础是一大难题。本文针对大型设备基础的爆破实践,简述了复杂环境下控爆拆除方案及使用不同爆破参数和装药结构的设计,并对预裂切割爆破的特点及爆破效果进行了评述。     

建筑物拆除爆破设计原理和方法

本文根据建筑物拆除爆破的破坏机理,运用结构力学推导了砖混结构建筑物爆破失稳倾倒的基本条件,并由工程实践中摸索出承重墙布孔设计的新方法,这对城市拆除爆破工程具有现实的指导意义。     

地冲击下新型脆断构件防护性能实验研究

为对地冲击作用下地下结构进行有效防护,提出一种泡沫混凝土材质的新型防护构件。与使用实心泡沫混凝土层的防护机理不同,本文中提出的构件在地冲击作用下,首先发生脆断破坏,然后破碎块体间搭接折断、挤压密实。通过构造设计,截断地冲击荷载,减弱荷载传递,改变被保护结构上的荷载形式。通过场地爆炸实验对比了不同防护措施下（无防护、实心泡沫混凝土层防护及新型构件防护）被保护结构的动力响应。实验结果表明:新型构件防护通过脆断、破碎块体的搭接、挤压密实表现出较实心泡沫混凝土层防护更好的防护效果;新型构件防护由于脆断特性,在较小荷载下即可显著削弱荷载传递,避免了实心泡沫混凝土层防护中负效果的出现;地冲击荷载较强时,构件防护层趋于压实,其防护效果逐渐接近实心泡沫混凝土层。     

Experimental investigation of structural response to generalized ground shock excitations

High-frequency ground motions (referred to as “ground shocks”) of potentially damaging magnitude are produced from blasting and heavy construction activities. Up to now, quantification of the ground shock response and damage has remained empirical on the basis of general field observations. Systematic test data that allow for a rigorous interpretation of the response characteristics and calibration of analytical models are scarce. In this investigation, a unique experimental program was conducted to simulate the ground shock response on scaled reinforced concrete frame models with an electromagnetic shaker. Different response characteristics under high frequency excitations as compared to the familiar earthquake response are observed. In particular, the structural significance of local modes in high frequency response is clearly identified. The measured response allowed for the construction of spectral concrete strain curves for a given ground motion peak particle velocity (PPV), based on which a benchmark allowable PPV vs. input frequency relationship is obtained and is compared with relevant code provisions.     

Failure of a circular reinforced concrete plate against dynamic fluctuating loads

Summary The kinematic shakedown method is used to evaluate the dynamic cyclic collapse loads for a clamped reinforced concrete plate. The method, based on reduced kinematic formulae recently derived by the author, requires determination of the fictitious elastic fields within the plates, in particular – their envelope corresponding to the external loads, and construction of potential incremental collapse mechanisms. The load amplitude-frequency diagrams constructed should help to choose the necessary reinforcements for the plate under given loading conditions. Received 14 January 1998; accepted for publication 25 June 1998     

Comparison of near- and far-fault ground motion effect on the nonlinear response of dam–reservoir–foundation systems

In this paper, it is aimed to compare the near- and far-fault ground motion effects on the nonlinear dynamic response of dams including dam–reservoir–foundation interaction. Two different types of dams, which are concrete arch and concrete faced rockfill dams, are selected to investigate the near- and far-fault ground motion effects on the dam responses. The behavior of reservoir water is taken into account using Lagrangian approach. The Drucker–Prager material model is employed in nonlinear analyses. Near and far-fault strong ground motion records, which have approximately identical peak ground accelerations, of Loma Prieta (1989) earthquake are selected for the analyses. Displacements, maximum and minimum principal stresses are determined using the finite element method. The displacements and principal stresses obtained from the analyses of dams subjected to each fault effect are compared with each other. It is clearly seen that there is more seismic demand on displacements and stresses when the dam is subjected to near-fault ground motion.     

深厚覆盖层在水库蓄水后渗流场变化情况下稳定性分析

渗流场对深厚覆盖层的影响主要表现在渗水对覆盖层的物理化学以及力学方面的作用。本文以金沙江鲁地拉水电站库岸典型地段的深厚覆盖层在蓄水后的稳定性为研究实例。在现场深入调查,查明地质结构、深厚覆盖层的物质组成、分层特征、粒度组成、物理力学性质及渗透参数的基础上,利用三维有限元程序对覆盖层的变形破坏进行了计算,分析水库蓄水后渗流场的变化对深厚覆盖层的影响。分析结果表明,江水抬高5m后,渗流场发生变化。受渗透压力的作用,覆盖层在平行河流和垂直河流方向变形位移不同,平行河流方向最大变形量为50cm,垂直河流方向的最大变形量为133cm,地面最大沉降量为188cm,如此大的变形将会造成覆盖层的变形破坏,进而影响其上部建筑物和公路的安全。     

Traffic performance of a rubber-tracked vehicle travelling up and down a sloped pavement

The tractive and braking performances of a 40 kN rubber-tracked vehicle travelling up and down a sloped pavement depend on the grouser shape. The purpose of this paper is to find the most suitable grouser shape to obtain the maximum optimum effective tractive effort and the maximum optimum effective braking force and to clarify the several traffic performances of the vehicle travelling up and down sloped concrete and asphalt paved roads. As results, it is verified that the most suitable shape of rubber grouser is an equilateral trapezoid type of contact length 3 cm for concrete pavement and another of contact length 5 cm for asphalt pavement, respectively, and that the effective tractive effort and the effective braking force decrease with the increment of slope angle.     

地裂缝错动对地铁区间隧道影响的三维离散元分析

拟建西安地铁2号线穿越10条地裂缝,地裂缝活动将影响地铁2号线的安全运营。应用三维离散元程序3DEC建立三维计算模型,分析了裂缝带错动对地铁区间隧道盾构管线的影响,得出了不同错距工况下隧道衬砌的变形和应力。通过计算得知,当土体上下盘底部竖向错距由10cm增大到93cm时,引起的衬砌竖向变形量由0. 712cm增大到13. 99cm,且最大变形均发生在沿纵向约35～36m处,距裂缝带距离约为9. 5～8. 5m;引起的管道纵向最大拉应力则由0. 65MPa增大到18. 43MPa,最大压应力由0. 611MPa增大到16. 9MPa,且最大应力区与最大变形区一致。这一结论的获得可为地铁设计、施工及其安全运营提供科学的理论指导及设计依据。