振动对充填裂隙渗透率影响的实验研究

为了研究振动和充填泥沙的共同作用对裂隙岩石渗透率的影响,通过对裂隙试件在充填和振动后条件下的渗流实验,得到了频率和振幅与充填裂隙岩石渗透率的关系曲线。结果表明,充填泥沙后的相对渗透率低于充填前,最小降幅为10.19%,最大降幅为59.74%。在相同的振幅下,试件的相对渗透率随频率的增加都基本呈下降趋势;振动后的渗透率低于振动前的渗透率;充填试件在较大频率振动下,渗透率减小的更为显著。在相同的频率下,充填试件振动后的渗透率基本上都减小了,最小降幅为8.90%,最大降幅为51.23%;而未充填试件振动后的渗透率与振幅存在一定关系;相对渗透率与振幅的变化之间存在拐点,相对渗透率并没有随着振幅的增加而一直减小。     

非线性Winkler地基上矩形薄板在移动荷载作用下的非线性动力分析

分析了非线性Winkler地基上矩形薄板在车辆移动荷载作用下的非线性动力特性。考虑地基反力的存在,基于Hamilton能量变分原理,建立了车辆、板、地基耦合系统非线性振动的控制微分方程;并将方程进行了量纲归一化处理,构造了满足周边自由矩形薄板全部边界条件的试探函数;运用伽辽金法和谐波平衡法对耦合系统控制方程进行了求解,讨论了板参数、地基参数、车辆系统参数等变化对耦合系统板振动幅频曲线的影响。结果表明:该耦合系统振动的频率都随板振幅的增大而增大;当板振动的幅值一定时,系统振动频率随着板厚、地基反应模量、车辆运行速度、车体刚度的增大而增大,但随着车体质量的增大而减小。因此,适当增加地基的反应模量可优化地基板的振动,并且从行车舒适性角度考虑,适当控制车速和车体刚度是有益的。     

剪切流场中含内流立管横向涡激振动特性

立管是海洋工程中输送油气或其他矿产资源的必备结构, 外部洋流引起的立管涡激振动影响着立管的疲劳寿命, 危害深海资源开发. 本文基于欧拉?伯努利梁方程, 结合半经验时域水动力模型, 建立剪切流与内流耦合作用下海洋立管涡激振动预报模型, 运用有限元方法和Newmark-β逐步积分法求解方程, 首先将数值模拟结果与实验数据进行对比, 验证模型正确性. 然后, 运用此模型, 对剪切流作用下含内流的顶张立管在不同内流速度和密度下的横向涡激振动响应特性进行研究, 主要分析了立管的横向振动模态、振动频率以及均方根位移等涡激振动参数随内流速度和密度等参数的变化规律. 结果表明, 在剪切流场中, 含内流海洋立管在横向上表现出多模态多频率的涡激振动;立管横向振动的最大均方根位移随内流速度和密度的增大而增大, 特别是当内流速度较大时, 横向最大均方根位移增大明显;立管横向振动的主导频率随内流速度和密度的增大而减小, 并且内流密度的增大同样会引起模态转换和频率转换.      

Bingham 流体中蛋白质气泡动力学特性研究

根据粘弹性蛋白质气泡有限变形的应力方程,利用Bingham流体的本构关系,得到Bingham流体中蛋白质气泡在内外压力差、弹性有限变形应力及粘性耗散产生的应力共同作用下内径的非线性振动方程．运用数值方法求解该方程,对蛋白质气泡有限变形的振动特性进行分析．研究了流体的静压力、Bingham流体的特性参数、蛋白质膜的粘弹性对蛋白质气泡振动特性的影响．结果表明,蛋白质气泡膜的振动具有非线性特性,降低气泡内外的压力差,振幅减小,振幅随时间衰减变慢,振动频率降低,平衡时气泡变形小,变形达到平衡时所需的时间也相对较短;增加Bingham流体的塑性粘度会使振幅衰减速度加快,频率降低,平衡时气泡变形小;增加蛋白质膜的粘弹性会抑制气泡的振动,增强气泡承受载荷的能力．     

高阻尼比低质量比圆柱涡激振动试验研究

针对圆柱的涡激振动问题,设计开发了高性能循环水槽与超声位移传感器,研究了高阻尼比、低质量比条件下,弹性支撑的刚性圆柱的涡激振动变化规律。结果表明:(1)高阻尼比条件下,振幅主要受独立参数阻尼比、质量比的影响;低质量比条件下,振动频率随流速增大而增大,"锁定区间"较高质量比范围扩大。(2)高阻尼比、低质量比条件下,阻尼的增大会导致振幅减小且"锁定区间"变窄;但振动频率在"锁定区间"内变化趋势一致。(3)高阻尼比、低质量比有利于涡激振动的能量转化,但阻尼不可过大,否则振幅与"锁定区间"均变小,影响电能转化。     

颗粒毛细效应影响因素的离散元分析

颗粒毛细效应是指将一根细管插入填充有颗粒物质的容器中并对管施加竖直振动时颗粒在管内上升并最终达到一个稳定的高度的现象, 该现象为颗粒物料的逆重力输运提供了一种潜在的技术途径. 为探究颗粒毛细效应的影响因素, 采用离散元方法, 模拟再现了颗粒毛细效应过程,展示了不同管径下颗粒竖直方向速度演变特性, 考察了不同容器宽度和振动条件下颗粒最终毛细上升高度随管径的演变规律. 结果表明, 在容器宽度与粒径比为40、管振幅与粒径比为14.33、管振动频率为12 Hz情况下, 管径与粒径比$D/d = 3.33$时, 管内颗粒堵塞严重, 使得颗粒上升缓慢,并造成颗粒柱中断; $D/d = 8.33$时, 起初毛细上升高度增加迅速, 随后毛细上升高度的增大逐渐减缓, 管内颗粒在管径方向几乎不存在速度梯度; $D/d =15$时, 随着颗粒毛细上升高度的增大, 管内颗粒柱分离为速度截然不同的两层, 上层颗粒在管径方向几乎不存在速度梯度, 而下层颗粒存在明显的速度梯度.研究还发现, 在毛细效应能够发生的管径范围内, 存在一个对应于颗粒最终毛细上升高度最大值的临界管径, 当管径小于临界管径时, 颗粒最终毛细上升高度随管径的增大而增大, 当管径大于临界管径时, 颗粒最终毛细上升高度随管径的增大而趋于减小; 增大容器宽度,临界管径有所增大; 增大振幅、适当提高频率能够有效促进临界管径的增大.      

颗粒毛细效应影响因素的离散元分析

颗粒毛细效应是指将一根细管插入填充有颗粒物质的容器中并对管施加竖直振动时颗粒在管内上升并最终达到一个稳定的高度的现象,该现象为颗粒物料的逆重力输运提供了一种潜在的技术途径.为探究颗粒毛细效应的影响因素,采用离散元方法,模拟再现了颗粒毛细效应过程,展示了不同管径下颗粒竖直方向速度演变特性,考察了不同容器宽度和振动条件下颗粒最终毛细上升高度随管径的演变规律.结果表明,在容器宽度与粒径比为40、管振幅与粒径比为14.33、管振动频率为12 Hz情况下,管径与粒径比D/d=3.33时,管内颗粒堵塞严重,使得颗粒上升缓慢,并造成颗粒柱中断; D/d=8.33时,起初毛细上升高度增加迅速,随后毛细上升高度的增大逐渐减缓,管内颗粒在管径方向几乎不存在速度梯度; D/d=15时,随着颗粒毛细上升高度的增大,管内颗粒柱分离为速度截然不同的两层,上层颗粒在管径方向几乎不存在速度梯度,而下层颗粒存在明显的速度梯度.研究还发现,在毛细效应能够发生的管径范围内,存在一个对应于颗粒最终毛细上升高度最大值的临界管径,当管径小于临界管径时,颗粒最终毛细上升高度随管径的增大而增大,当管径大于临界管径时,颗粒最终毛细上升高度随管径的增大而趋于减小;增大容器宽度,临界管径有所增大;增大振幅、适当提高频率能够有效促进临界管径的增大.     

带有新型涡激振动抑制罩的圆柱体的水动力特性

通过模型实验和数值模拟计算,研究了带有涡激振动抑制罩的圆截面柱体的水动力特性.模型实验主要测试了柱体上附加谐波型和类圆锥型涡激振动抑制罩的单摆结构在不同流速下发生涡激振动的性质;数值模拟则针对谐波型和圆锥型扰动,在雷诺数Re为102到105范围内,研究其水动力参数,如阻力、升力和涡脱落频率等,随扰动波长和波动强度的变化.模型实验结果表明,在直圆柱开始发生共振的流速下,带抑制罩的柱体的振幅显著降低,而在更高流速下则显著增大.数值模拟结果表明,谐波型和圆锥型扰动具有相似的水动力特性;且在不同Re时,阻力、升力和涡脱落频率具有相似的变化规律;随波动强度的增大,阻力一般逐渐增大,升力则在多数情况下先减小而后增大,而涡脱落频率一般逐渐减小.      

颗粒物质对风积沙压实特性影响研究

本文从颗粒物质的角度探讨了风积沙的压实特性和机理。研究表明,风积沙的重型击实试验曲线呈"双驼峰"形式,表明风积沙具有干压实的特性,水在风积沙的压实过程中扮演着不同的作用|室内振动试验表明振动加速度及振动时间影响着风积沙"巴西坚果效应"与"反巴西坚果效应"之间的转化,从而影响风积沙的振实密度,二者均存在一个产生最大振实干密度的最优值。现场试验通过控制机械参数(振幅A=0.4mm,频率f=48Hz)在压实5遍的时候,可使压实度达到96.8%,CBR值达到25.3,均能满足《公路路基设计规范》要求。     

两端铰接的细长柔性圆柱体涡激振动响应特性数值研究

目前细长柔性圆柱体涡激振动响应的研究方法主要包括实验方法、计算流体动力学方法以及半经验模型方法. 鉴于实验方法研究成本较高、计算流体动力学方法计算时间较长,本文基于尾流振子模型对线性剪切来流下两端铰接的细长柔性圆柱体涡激振动响应特性进行了半经验模型方法研究. 先建立了柔性圆柱体结构振子以及尾流振子之间的耦合模型,紧接着基于二阶精度中心差分格式对耦合模型先离散后迭代进行求解. 对不同剪切参数下柔性圆柱体涡激振动响应的振动波长、振动频率、振动位移以及响应频率随时间的变化特性等参数进行了分析. 分析结果表明:圆柱体的涡激振动响应由驻波和行波混合组成. 当无量纲弯曲刚度较小时,在圆柱体两端附近,驻波占主导;而在圆柱体中间段附近,行波占主导. 当无量纲弯曲刚度较大时,在圆柱体整个长度区间上均为驻波占主导. 随着剪切参数的增大,振动位移以及振动波长均逐渐减小,而振动频率和频率带宽均逐渐增大.      

Moderate time scale finite amplitude analysis of large stefan number convection in a gravity modulated mushy layer during the solidification of binary alloys

We investigate the convection amplitude in a binary alloy mushy layer subjected to a vibration body force that is collinear with the gravitational acceleration. The analysis shows that the convection amplitude decreases over time for all vibration frequencies tested. The analysis further reveals that as the vibration frequency increases, the convection amplitude subsequently decreases until a critical vibration frequency; at which the amplitude reaches the lowest value. Further increases in the vibration frequency increase the convection amplitude but gradually.     

Experiments on densifying packing of equal spheres by two-dimensional vibration

Densification of mono-sized sphere packings using two-dimensional （2D） vibration was experimentally studied. The effects of vibration mode, amplitude and frequency, feeding method, and container size on packing density were systematically analyzed. Useful results were obtained.     

冰激结构频率锁定振动的发生机理及简单分析方法

冰激结构频率锁定振动是冰区海洋工程结构的危险工况.对频率锁定振动过程的传统机理解释没有体现这一过程的全部物理特征,导致现有的分析方法无法准确分析这一问题.本文基于对现场测量结果的分析,提出了一种海冰韧性损伤--破碎过程与结构振动耦合导致频率锁定振动的机理.该机理认为,海冰在直立结构频率锁定振动过程中发生韧性损伤-破碎行...     

结构爆破振动响应的频率与持续时间依赖性分析

明确结构爆破振动响应对频率与持续时间的依赖性有助于进行爆破参数设计和爆破振动安全评价。本文从频域上推导单段爆破振动、多段爆破振动、单自由度系统振动响应三者之间的关系,以延迟时间和爆破段数作为纽带分析爆破振动频率和持续时间对结构爆破振动响应的影响,最后以一组实测试验数据进行验证。结果表明,在延迟时间△τ下,多段爆破振动出现间隔1/△τ的频带现象,频率成分向优势频率f_i=n/△τ集中(n∈Z^+),且随段数增加,优势频率幅值增大。爆破振动中接近结构自振频率f_n的优势频率成分使结构产生较大振动响应,为此延迟时间的选择应保证在n/△τ优势频率处不会引起结构的共振。多段爆破振动在其多个优势频率n/△τ附近的结构振动响应放大系数均比单段大,其余处与单段相差不大,特别的,当优势频率f_i、单段爆破振动主频f_m和结构物自振频率f_n三者相近时,结构可能产生最大的响应。爆破段数的增加,使爆破振动持续时间增加,但仅在一定范围内使结构爆破振动响应增加,增加到一定值后,结构响应与持续时间关系不大。     

低雷诺数下串列布置双圆柱涡激振动特性研究

基于四步半隐式特征线分裂算子有限元方法,对串列布置双圆柱双自由度涡激振动问题进行了数值模拟计算,并分析了间距比、剪切率、频率比以及折减速度4个参数对圆柱结构动力响应的影响.研究发现:不同固有频率比与剪切率对下游圆柱振动幅值影响较大,然而对上游圆柱振动幅值影响较小.上游圆柱在两个自由度方向达到最大值的折减速度不同,然而下...     

砂土中螺旋锚基础水平振动特性的模型试验研究

在水平激励作用下,钢管螺旋锚基础-土的动力相互作用具有明显的非线性特性。基于自制的锚土动力相互作用模型试验系统,对砂土中不同锚体几何结构的钢管螺旋锚的水平振动响应特性进行了研究,具体分析了螺旋锚长径比(L/D)、叶片距宽比(S/D0)、叶片外伸比(D0/D)、不同荷载幅值(F0)和振动频率(f)等对螺旋锚水平动力响应特性的影响,并与直桩进行了对比分析。通过研究螺旋锚周围土体的应力扩散,讨论了水平动力荷载作用下螺旋锚-土的相互作用规律。研究结果表明:长径比(L/D)是影响直桩和螺旋锚水平动力响应特性的重要因素;在锚径相同的条件下,锚土系统的共振频率随锚体长径比的增加而减小,随叶片外伸比的增加而增加,但对叶片距宽比相对不敏感;在锚体几何结构相同的前提下,激振荷载幅值越大,直桩土系统的共振频率越小,但激振荷载幅值对螺旋锚土系统共振频率的影响相对较小。     

串列布置三圆柱涡激振动频谱特性研究

对串列三圆柱体双自由度涡激振动问题进行了数值计算, 并分析了雷诺数、固有频率比和约化速度对串列三圆柱体结构动力响应及频谱特性的影响. 研究发现: 雷诺数、频率比对上游圆柱的振幅和流体力系数的影响较小. 中游圆柱频率锁定区域随着雷诺数的增大而增大, 其动力响应受上游圆柱尾流的影响较大, 但频率比的影响较小. 同时, 流体力系数在约化速度较小时受雷诺数和频率比的影响较大. 另外, 下游圆柱的振幅和流体力系数受雷诺数及频率比的影响较大. 雷诺数、频率比和约化速度对圆柱流体力系数能量谱密度(PSD)曲线中主峰幅值、频谱成分及波动性的影响较大. 流体力系数PSD曲线波动性的增强, 导致圆柱运动轨迹会从"8"字形转变成不规则形状. 当频率比为2.0时, 上游圆柱尾流出现P$+$S模式, 导致其发生非对称运动, 且升、阻力系数PSD曲线主峰重合. 最后, 激励荷载平均功率值随约化速度的变化趋势与对应的结构动力响应的变化类似. 在同一约化速度区间内, 结构振动响应的强弱与位移的平均功率值成正比. 对不同约化速度区间内的升力系数功率谱密度分析时, 振动频率比($f_{s}/f_{n, y})$对结构振动响应的影响更大.      

垂向动载下饱和砂土液化发展的数值模拟

针对一维应变情况,建立了垂向荷载作用时饱和砂土的一维应变动力学模型,然后进行了分析。得到了在垂向荷载作用下,饱和砂土液化发展过程的特性。结果表明,渗透系数越小,骨架强度越低,扰动强度越大,液化发展越快。     

Liquefaction and displacement of saturated sand under vertical vibration loading

In order to investigate the influence of the vertical vibration loading on the liquefaction of saturated sand, one dimensional model for the saturated sand with a vertical vibration is presented based on the two phase continuous media theory. The development of the liquefaction and the liquefaction region are analyzed. It is shown that the vertical vibration loading could induce liquefaction. The rate of the liquefaction increases with the increase of the initial limit strain or initial porosity or amplitude and frequency of loading, and increases with the decrease of the permeability or initial modulus. It is shown also that there is a phase lag in the sand column. When the sand permeability distribution is non-uniform, the pore pressure and the strain will rise sharply where the permeability is the smallest, and fracture might be induced. With the development of liquefaction, the strength of the soil foundation becomes smaller and smaller. In the limiting case, landslides or debris flows could occur. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (40025103, 10202024)