中国科协第235次青年科学家论坛简介————-极端复杂测试环境下实验力学的机遇与挑战

由中国科协主办、中国力学学会和北京交通大学共同承办的``中国科协第235次青年科学家论坛'于2011年5月27$\sim$29日在北京交通大学召开.本次论坛的主题为``极端复杂测试环境下实验力学的机遇与挑战', 论坛主席由北京交通大学王正道、中国科学技术大学龚兴龙、国家特种设备检测研究院丁克勤和清华大学冯雪共同担任.      

非饱和正冻土的三场耦合理论框架

在``饱和正冻土的理论构架'的基础上,假定了冻土体内的空气的流动是一 种Darcy流,进一步考虑了非饱和土中气相的影响,提议了一种综合考虑两种极端 情况：(1) 气体与外界完全相通. (2) 气体与外界完全不相通的相关水、热、力相 耦合的多孔多相介质理论构架------半连通、半封闭非饱和正冻土理论构架. 重点讨论了较简单的气体半连通半封闭的非饱和孔隙冻土体的三场耦合模型. 为 检验三场耦合分析模型及所开发的针对冻土工程三场耦合模型的软件系统3G2001 的合理性与正确性, 与214国道花石峡 试验路基实测的地温变化和路基路面变形 进行了对比验证, 对比结果显示: 路基中分析所得的温度场与实测值变化规律一 致, 量化相差大都在10\%$\sim$20\%以内; 分析所得耦合变形随时间的变化也与 实测值完全一致, 路中的分析变形与实测相差也在10%-20%以内     

异径管冲蚀失效的流固耦合数值模拟

针对异径管的冲蚀失效问题,以管壁腐蚀产物保护膜为研究对象,主要研究流固耦合对管道冲蚀破坏的作用机理. 建立流固耦合数理模型,推导出在任意拉格朗日-欧拉(ArbitraryLagrange-Euler, ALE)描述下的黏性流体N-S方程和腐蚀产物保护膜固体区域的控制方程,分析管壁边界层多相流介质流动与腐蚀产物保护膜破损之间的耦合作用. 以异径管冲蚀失效为例,运用多物理场耦合软件,分析了异径管流体流向、结构和规格对保护膜变形的影响,模拟结果表明:流向为``大进小出'的冲蚀较严重;偏心异径管比同心异径管冲蚀严重;两端管径差越大,冲蚀越严重. 可为异径管的失效分析、优化设计和在役检验提供参考.      

泰山经石峪缓坡石坪片状剥落风化的几何特征

针对异径管的冲蚀失效问题,以管壁腐蚀产物保护膜为研究对象,主要研究流固耦合对管道 冲蚀破坏的作用机理. 建立流固耦合数理模型,推导出在任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrange-Euler, ALE)描述下的黏性流体N-S方程和腐蚀产物保护膜固体区域的控制方程, 分析管壁边界层多相流介质流动与腐蚀产物保护膜破损之间的耦合作用. 以异径管冲蚀失效 为例,运用多物理场耦合软件,分析了异径管流体流向、结构和规格对保护膜变形的影响, 模拟结果表明：流向为``大进小出'的冲蚀较严重;偏心异径管比同心异径管冲蚀严重;两 端管径差越大,冲蚀越严重. 可为异径管的失效分析、优化设计和在役检验提供参考.     

实时测算阻尼比研究转动惯量

以``长摆线三线摆'为物理动力学模型, 采用拉格朗日第二类方程研究阻尼对工件 转动惯量测量的影响, 针对``振幅测量法'中很难测准摆幅幅值等实际问题,提出 一种``等弧--时间比法', 即通过计算悬盘在不同周期内、在相同位 置摆过相等圆弧所用时间比来计算系统阻尼比$\zeta$的方法, 提高外形尺寸较大 工件的转动惯量测量精度.     

细长椭球体在水中自由下落的运动特性实验研究

固体颗粒在液体中的运动现象在日常生活和工业应用领域广泛存在, 其中因蕴含着丰富的流体力学现象而受到学者们的广泛关注. 本文通过实验研究了细长椭球体在水中受浮力影响的下落特性. 实验中采用带有两台相互垂直的高速摄像机和光源组成的运动跟踪平台并结合荧光染色技术对细长椭球体下落过程中的运动轨迹和尾涡结构进行研究. 文中选用的细长椭球体与环境流体的密度比为1.2, 其长短轴比范围为2$\sim $10, 相应的阿基米德数范围为400$\sim$1400, 对应实现的终态雷诺数范围为120$\sim$1350. 实验过程中我们观察到细长椭球体在水中下落过程中产生的5种典型路径, 分别为: 小振幅不规则运动、小振幅高频振荡运动、大振幅低频振荡运动、高度非线性运动以及直线运动, 并得到了对应的速度振荡以及倾斜角的演化规律. 进一步地, 分析了细长椭球体运动过程中受到的阻力系数与雷诺数之间的关系. 随后采用荧光可视化技术清晰获得了颗粒下落过程中的尾涡结构特性, 并结合颗粒的运动状态详细分析了涡脱落过程对颗粒运动状态转捩的影响. 最后, 通过对比前人关于圆柱体下落的运动特性的相关结果, 获得了细长椭球体和细长圆柱体运动特性之间的异同点以及其潜在的物理机理.      

高温后高强高性能混凝土双轴压力学性能

利用大型静动真三轴试验机,进行了常温20${^\circ}$C以及200${^\circ}$C$\sim $ 600${^\circ}$C\,6个温度等级高温后高强高性能混凝土在7种应力比双轴压应力状态下的强度与变形试验.测得了双轴主压方向的静态强度、峰值应变与应力应变曲线,剖析了温度和应力比对单、双轴压强度与峰值应变发展趋势的影响规律性以及试件破坏形态. 试验结果表明:随温度的升高,高强高性能混凝土的单轴压减摩强度并不一定降低;双轴压强度相对于单轴压强度的提高倍数取决于应力比、不同温度等级后的高强高性能混凝土``脆硬性'. 提出了带有温度和应力比参数的Kupfer-Gerstle破坏准则公式.      

固体还是流体？

 当有人问,刷墙的涂料是固体还是流体时？需要仔细想想才能给出一个正确的回答. 日常的 生活经验告诉我们,液体涂料似乎是一种流体. 但是,在粉刷墙壁的时候,涂料薄层的流动 需要用刷子来帮助. 也就是说,只有在一定大小力的作用下,涂料才能流动. 从这个角度看, 涂料在不同的外力条件下,可能呈现固体或流体两种不同的特性. 在流变学和非牛顿流体力 学中,涂料被称为屈服应力流体. 当作用力小于屈服应力时,屈服应力流体呈现固体的特性; 当作用力大于屈服应力时,屈服应力流体就开始流动.     

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``自燃'是燃料化学动力学控制的基本燃烧现象. 本文通过正庚 烷详细化学动力学机理和简化骨干机理相结合的研究方法,验证了Livengood-Wu ``爆震累积临界值'概念(knock integral approach). 证明当反应H$\cdot``自燃'是燃料化学动力学控制的基本燃烧现象. 本文通过正庚 烷详细化学动力学机理和简化骨干机理相结合的研究方法,验证了Livengood-Wu ``爆震累积临界值'概念(knock integral approach). 证明当反应H$\cdot ``自燃'是燃料化学动力学控制的基本燃烧现象. 本文通过正庚 烷详细化学动力学机理和简化骨干机理相结合的研究方法,验证了Livengood-Wu ``爆震累积临界值'概念(knock integral approach). 证明当反应H$\cdot ``自燃'是燃料化学动力学控制的基本燃烧现象. 本文通过正庚 烷详细化学动力学机理和简化骨干机理相结合的研究方法,验证了Livengood-Wu ``爆震累积临界值'概念(knock integral approach). 证明当反应H$\cdot"自燃"是燃料化学动力学控制的基本燃烧现象.本文通过正庚烷详细化学动力学机理和简化骨干机理相结合的研究方法,验证了Livengoodo-Wu"爆震累积临界值"概念(knock integral approach).证明当反应H·+O_2=O·+OH·的高活化能势垒被击穿,形成高浓度OH自由基,混合气释放出大量的热量,系统温度急剧升高,自燃发生.本文还介绍了"均质压燃、低温燃烧"技术的研究进展,燃料自燃过程的控制是现代内燃机技术的重要内容.     

宾汉姆体的缓凝砂浆在单螺杆挤出机中的流动

在实验的基础上，研究了宾汉姆体的缓凝砂浆在单螺杆挤出机中的流动；运用流变学理论， 建立了缓凝砂浆螺旋输送物理模型；对缓凝砂浆螺旋输送与包裹机构的工作机理进行了分析 与研究，得出了缓凝砂浆连续输送的条件，螺杆转速必须大于临界转速. 实验发现：宾汉姆 体的缓凝砂浆在螺旋输送与包裹机构中当螺杆转速在78$\sim$240\,r/min范 围内可实现连续输送和包裹.