圆锥-球缺组合药型罩战斗部侵彻双层水间隔靶板

为提升聚能战斗部毁伤性能,基于组合药型罩战斗部的起爆机理,设计一种圆锥-球缺组合药型罩聚能战斗部及双层水间隔靶板结构,建立该战斗部侵彻双层水间隔靶板的物理模型,进行数值模拟计算,根据计算结果加工战斗部及靶板的1∶3缩比模型样机,展开相应试验,为设计全尺寸战斗部样机奠定了基础。试验结果表明:该战斗部侵彻含水夹层目标时具有独特的优势,对目标的破坏效应显著增强。

动载作用下高强度钢的层裂特性研究

结合VISAR测试技术,进行平板撞击试验,得到G50和30CrMnSiNi2A钢试件的自由面速度-时间曲线,分析材料的层裂强度、层裂片厚度及各自的应变率;用LS-DYNA结合Johnson-Cook本构模型和最大拉应力断裂准则,数值模拟了平板撞击层裂现象。结果表明:G50钢抵抗冲击的能力优于30CrMnSiNi2A钢;层裂强度和弹性屈服极限随应变率增加而增加;最大拉应力断裂准则较好地描述了这两种材料的层裂现象;数值模拟结果与试验结果较吻合,验证了模型的可靠性。

TC4钛合金海水管系焊接接头应力腐蚀研究

TC4钛合金由于其优越的综合性能在舰艇海水管系中有着较好应用前景,海水管系由焊接工艺制成,而目前对TC4钛合金焊缝的应力腐蚀研究较少。本文利用钨极氩弧焊对TC4钛合金进行焊接,对TIG焊焊接接头的组织结构进行分析,通过慢应变速率拉伸试验,对TC4钛合金焊接接头在3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀行为进行了研究。通过电子探针对断口进行扫描,观察断口形貌,分析其断裂机理。结果表明,TC4钛合金焊接接头熔合区晶粒粗大,有严重的组织不均匀性,是发生应力腐蚀的薄弱位置。随着慢拉伸速率的增加,焊接接头应力腐蚀敏感性增加,当拉伸速率为0.24 mm/min时,应力腐蚀敏感性最大,接头断裂位置出现在熔合区处,断口形貌以韧窝为主。TC4钛合金焊接接头主要以塑性断裂为主,表现出较强的抗应力腐蚀的能力,适用于舰艇海水管系。

水下爆炸冲击伤阈值与安全距离计算综述

水下爆炸冲击波对人员损伤的判据和安全距离计算方法,是水下爆破作业安全问题之一。针对目前水下爆炸冲击伤判据标准不一,安全距离不同计算方法结果差异较大,国内相关标准缺乏,尤其是50 kg以下小当量水下爆破安全距离计算误差较大的问题,分析现有国内外水下爆炸冲击伤研究相关资料,梳理水下爆炸冲击损伤阈值试验数据和安全距离计算方法,并进行比较分析,为水下爆炸冲击伤阈值选取和安全距离计算提供了参考依据,并以水下爆炸冲击伤阈值为依据,给出了小药量装药(1、5、10、50 kg)水下爆破的安全距离。

盾构渣土改良效果评价机器人搅拌探头选型分析

为实现土压平衡盾构渣土改良效果的动态监测,须开展渣土改良效果实时评价机器人的研究。搅拌探头作为机器人唯一与渣土接触的部件,其形状对搅拌转矩与贯入阻力检测的灵敏度至关重要。将盾构渣土假定为Bingham流体,开展不同形状搅拌探头贯入搅拌不同流变参数渣土的正交仿真试验,观测探头贯入、搅拌渣土过程中贯入阻力与搅拌转矩的变化规律。基于仿真结果,利用层次分析法对搅拌探头进行选型分析,得到可以同时兼顾贯入阻力与搅拌转矩检测灵敏度要求的搅拌探头,并通过室内试验对选型结果进行验证。

石墨烯/聚吡咯导电复合材料超级电容器电极的制备研究

超级电容器与锂电池相比具有更高的循环稳定性以及更高的能量密度。提高超级电容器电极材料化学稳定性,增大离子吸附比表面积,以获得更好的电化学性能,成为超级电容器研究领域的热点。以湿化学还原法制备的石墨烯为基底,采用原位电化学沉积法制成了石墨烯/聚吡咯导电复合材料超级电容器电极。通过扫描电子显微镜(SEM)对电极的微观形貌进行了观察,利用电化学工作站对组装的超级电容器电化学性能进行了系统表征,同时探讨了沉积浓度和沉积时间对电化学性能的影响。结果表明,在0.2mol/L吡咯溶液中沉积时间为22.5min制备出的石墨烯/聚吡咯导电复合材料电极的比电容可达388F/g,表现出优良的超级电容器电化学性能。

用于超级电容器电极的柚子皮/聚苯胺原位复合碳化材料

超级电容器作为一种新兴储能设备,具有充电速度快、功率密度高、使用寿命长、工作温度范围广且绿色环保等优点,弥补了以锂电池为代表的传统化学电池和其他普通电容器在生产使用方面的不足。本工作以生活废弃物柚子皮为碳源,利用生物质热解炭化技术,在氮气保护下高温碳化柚子皮得到活性炭材料,然后采用最优质量比1∶1原位聚合制备活性炭/聚苯胺纳米复合材料,经高温再碳化获得活性炭材料,并将获得的活性炭材料制成电极,研究其电化学性能。结果表明,活性炭/聚苯胺复合材料经碳化后获得的活性炭材料比电容量可达358 F/g,电极经过2 000次的充放电循环后,电容量仍可保持初始值的95%,具有优良的循环稳定性。

应力波扰动下孔洞块体超低摩擦效应试验研究

矿山开采过程中,采掘、放炮、地震等扰动极易诱发冲击地压灾害。用含孔洞砂岩块体模拟巷道,采取自主研制的含孔洞块体超低摩擦加载试验装置,进行应力波扰动对含孔洞砂岩块体超低摩擦效应影响的试验研究,并分析不同工况下工作块体相应能量变化特征。研究结果表明:应力波扰动通过顶板向下传播会使巷道块体在长时间拉压作用下形成疲劳损伤,巷道稳定性大幅降低,此时巷道极易在水平冲击作用下产生超低摩擦效应,尤其是垂直方向应力波扰动频率趋于2 Hz时超低摩擦效应强度最大;含孔洞砂岩块体超低摩擦效应强度与应力波扰动强度成正比;同一水平冲击及应力波扰动作用下,含孔洞砂岩块体单位质量动能幅值及功率谱密度幅值均大于完整砂岩块体,含孔洞砂岩块体稳定性远低于完整砂岩块体稳定性。

围压与冲击扰动作用下组合煤岩超低摩擦效应分析

深部煤岩在垂直扰动作用下发生振动,当水平冲击足以克服块体间摩擦阻力时,极易发生超低摩擦型冲击地压。文章以细砂岩-煤-细砂岩组合块体为研究对象,考虑顶板-煤-底板临近工作面开采工况,采用数值模拟方法,建立围压与冲击扰动下组合煤岩数值模型,以煤块水平位移、垂直加速度差值作为超低摩擦效应特征参数,分析围压、垂直冲击及水平冲击对特征参数的影响规律。研究结果表明:在垂直冲击与围压共同作用下,煤岩体残余位移及水平位移峰值随围压增大且呈指数增长趋势;在垂直冲击、水平冲击和围压三者共同作用下,煤岩体超低摩擦效应强度与作用时间都随着围压呈增加趋势;垂直冲击对组合煤岩超低摩擦效应的影响最为显著。

基于最小破碎比能TBM滚刀间距设计方法研究

正滚刀刀间距是TBM刀盘设计的重要参数之一,刀间距布置的合理性直接影响TBM破岩效率、刀具损耗等参数。本文首先基于最小破碎比能原理,确定相邻滚刀协同破岩时的合理刀间距,以压头侵入载荷与侵入深度的关系曲线为基础,提出单刀法向推力和贯入度计算模型,依据岩石破碎角几何关系计算不同贯入度下的最优刀间距,总结提出TBM正滚刀刀间距设计方法。结合某工程实例,计算查找TBM在不同岩体中高效运行的贯入度区间和最优刀间距,设计结果与经验取值接近。该方法可用于类似TBM滚刀刀间距设计。

水下“智能服装”柔性电极材料的制备研究

以“智能服装”为代表的水下装备具有高度电子集成化的特点,需要能量密度更高、续航时间更长的储能单元供能。碳纳米管/聚苯胺复合材料经碳化后可获得的比表面积更大的活性碳材料,其不仅保留了碳纳米管和聚苯胺优异的柔性和抗弯曲性能,而且还具有更好的电化学性能。其中,当原位聚合质量比为1∶1时,比电容可达到67 F/g,大于纯碳纳米管和其他配比样品的比电容,经过2 000次的充放电循环,电容量仍可保持初始值的94%,具有优良的电化学性能,可以为其作为织物单元制作“智能服装”提供依据。

基于局部线性嵌入和支持向量机回归的TBM施工参数预测

依托吉林引松工程开展隧道掘进机(TBM)施工参数预测研究,提出TBM施工数据分段提取算法,提取上升段前30 s的总推进力、刀盘转速、推进速度、刀盘扭矩、刀盘转速电位器设定值、推进速度电位器设定值、贯入度、贯入度指数(FPI)、扭矩切深指数(TPI)9个参数作为输入;通过局部线性嵌入(LLE)完成对上升段数据特征的降维;基于支持向量机回归(SVR)建立TBM施工控制参数(推进速度、刀盘转速)和负载参数(总推进力、刀盘扭矩)预测模型.分析是否结合前一掘进循环的FPI、TPI指数进行预测对预测效果的影响.结果表明,上述方法在推进速度、刀盘转速、总推进力、刀盘扭矩的预测中均取得了较好的预测效果,平均预测绝对百分比误差均小于15%,验证了该预测方法的有效性,该方法可以为TBM现场施工提供指导.

平均应力对超低摩擦型冲击地压影响试验研究

提出了超低摩擦型冲击地压概念,研究了其发生机理,建立了超低摩擦型冲击地压理论模型,并试验验证了模型的正确性.以花岗岩块体和煤块体为研究对象,利用自主研制的超低摩擦试验装置,对3种不同特征工作块体施加轴压、围压、垂直振动和水平冲击共同作用,进行块系岩体的超低摩擦效应试验研究,得到了工作块体水平位移随平均应力变化规律.结果表明:平均应力对超低摩擦效应影响存在强弱区间、波动特征.块系煤岩体的超低摩擦效应强度随水平冲击幅值增大而增加,水平冲击扰动是诱发超低摩擦效应发生的直接原因.

应力波扰动对砂岩块体超低摩擦效应影响分析

以砂岩块体为研究对象,利用自主研制的超低摩擦试验装置,进行垂向应力波扰动条件下砂岩块体超低摩擦效应试验研究。通过对砂岩块体施加垂向应力波扰动、垂向轴压和水平冲击共同作用,模拟深部岩体所处应力环境。分析垂向应力波扰动频率、应力波扰动振幅对砂岩工作块体超低摩擦效应影响规律。研究结果表明:垂向应力波扰动、垂向轴压和水平冲击共同作用下砂岩块体超低摩擦滑动失稳过程分为应力波扰动、超低摩擦加速滑动、非稳定滑动、稳定滑动4个阶段。垂向应力波扰动作用既是块体发生超低摩擦效应的关键因素,又是诱发块体发生超低摩擦效应的催化剂。应力波扰动频率对砂岩工作块体超低摩擦效应存在低频显著影响区,应力波扰动频率在1~3 Hz低频时,砂岩工作块体超低摩擦效应最为明显。相同水平冲击作用下,砂岩工作块体水平位移、水平加速度峰值与应力波扰动强度间均呈线性关系。

高宽比及应力波扰动对砂岩块体超低摩擦影响试验研究

为揭示层状岩体在应力波扰动作用下岩块尺寸对超低摩擦型冲击地压影响机制,以沈阳红阳三矿顶板砂岩块体为研究对象,将5个块体上下依次叠放置于自主研制块系岩体超低摩擦试验装置加载腔内,始终以中间块体为工作块体,用不同工作块体的高宽比H/H(0.8~2.0)模拟不同构造层次或同一构造层次不同破碎程度的岩体,通过对块系模型系统施加应力波扰动P(频率0~10 Hz、振幅0~1 MPa)模拟爆破、顶板断裂、集中开采等扰动作用,施加轴压F和水平冲击F分别模拟岩体上覆岩层压力和顶板断裂冲击作用,开展应力波扰动作用下高宽比不同的砂岩块体超低摩擦试验。以高宽比作为反映岩块尺寸的表征指标,以应力波扰动频率和振幅作为反映扰动作用的表征指标,以工作块体水平位移作为超低摩擦效应强度的表征指标,分析得到轴压、应力波扰动及水平冲击组合作用下高宽比及应力波扰动对砂岩工作块体的超低摩擦效应强度影响规律与能量演化特征。研究结果表明:应力波扰动、轴压及水平冲击作用一定时,工作块体水平位移随其高宽比增大而呈递减趋势,即越趋破碎的岩体在相同应力环境下产生超低摩擦效应强度越大;高宽比一定时,工作块体水平位移随应力波扰动频率增加呈先增后减变化、随应力波扰动振幅增加而增加;不同试验工况下,工作块体单位质量动能及功率谱密度最大值均随高宽比减小而逐渐增大,高宽比为0.8时工作块体所携带动能最大,超低摩擦效应强度相对较大。

弱围压与垂直冲击强扰动下块系岩体超低摩擦效应试验研究

随开采深度增加,深部岩体结构趋于破碎,临近工作面待开采岩体受弱围压作用.遇冲击载荷强扰动时,易诱发超低摩擦型冲击地压。采用自主研制的弱围压块系岩体超低摩擦模拟试验装置.以5个上下叠加花岗岩块体模拟深部临近工作面破碎岩体,通过螺栓加载方式对块系岩体施加弱围压作用、垂直方向施加冲击载荷作用模拟强扰动。以垂直加速度差值变化作为超低摩擦效应强度特征参数,分析得到了冲击载荷强度、围压对块系岩体超低摩擦效应影响规律。研究结果表明:垂直冲击载荷作用下,块系岩体振动分为受迫振动和自由振动两个阶段,随冲击载荷增大,块体垂直加速度差值峰值增大,垂直加速度差值衰减时间延长,此时超低摩擦效应强度和持续时间均显著增加;围压与冲击载荷共同作用下,存在围压临界值使得超低摩擦效应强度达到最大;随围压增加,超低摩擦效应最大强度发生时刻提前,当试验围压达到最大值时,超低摩擦效应最大强度发生时刻趋于一致。

应力波扰动对块系煤岩组合体超低摩擦效应影响的实验研究

随着煤矿开采深度增加,煤岩体破碎呈块系状,爆破、顶板断裂、集中开采等外力冲击作用下,煤岩巷道容易失稳发生超低摩擦效应,影响开采作业。基于顶板-煤层-底板实际工况建立块系煤岩组合体实验模型,顶底板岩块均为砂岩块体,利用自主研制的块系岩体超低摩擦实验系统,研究应力波扰动作用下块系煤岩组合体的超低摩擦效应特征规律。以煤块水平位移和加速度作为反映超低摩擦效应强度的特征指标,探究煤岩组合体在轴压、水平冲击及垂直应力波扰动复合加载作用下,不同应力波扰动(频率1~10Hz、幅值0~1MPa)时块系煤岩组合体的动力响应情况。研究结果表明:应力波扰动频率在1~3Hz时,煤块、岩块的水平位移和加速度最大值均有显著增大,超低摩擦效应强度增大,且在相同条件下煤块水平位移和加速度幅值较岩块响应更为剧烈;煤块、岩块的水平位移和加速度最大值随应力波扰动强度增加呈线性增加的趋势,即应力波扰动强度越大,煤岩组合体超低摩擦效应强度越大,极易诱发动力灾害;应力波扰动使得块体间法向力在一定程度上的降低,是煤岩组合体滑动失稳的重要原因;煤岩组合体动能主频主要分布在20Hz以内时,较易发生超低摩擦效应。