激励入波角度对瓷支柱绝缘子振动检测的影响研究

研究了利用振动检测法对220 kV瓷支柱绝缘子进行故障诊断时,激励力的入波角度对检测结果的影响。首先,利用SolidWorks建立瓷支柱绝缘子三维模型,针对正常、下故障、上故障三种绝缘子,采用有限元数值仿真分析了在不同入波角度下的绝缘子轴向振动响应和激励方向总的振动响应特性。然后研制了瓷支柱绝缘子故障模拟实验台,实测了正常、下故障、上故障三种绝缘子在不同入波角度激励下的振动响应加速度。仿真和实测结果表明,入波角度对绝缘子轴向振动响应的影响较小,但对激励方向的振动响应存在较大影响,导致频谱图中出现新的波峰,进而对缺陷判断产生影响。

SV波入射情况下V型河谷地形对地震动的影响分析

基于局部人工边界的显式有限元方法,给出了二维V型河谷地形在SV波垂直入射下地面运动数值解,并分析其地震动分布规律以及两侧不同的边坡角度对于地震动分布规律的影响。数值结果表明:谷底的角点、两岸靠近河谷的点、两侧谷坡靠近谷底的点以及靠近两岸的点,对地表位移有放大作用,而对其邻近区域地表位移有抑制作用。这是由于角点处存在面的相交和转化,使角点处和角点附近波的散射更为复杂,故波形转换更加强烈,并且以其为中心有一定的影响区域,越靠近这些角点波形转换越为强烈。峰值结果、传递函数结果和观测点质点运动轨迹结果都显示了这一规律。整体而言,右岸和右坡坡顶附近波形转换要比左岸明显得多,且对应两侧河岸相同的X向位移峰值,左侧河岸的影响范围要比右侧的影响范围大,这可能是因为右坡坡度更大导致波形转换要更强所致。两侧河岸质点运动轨迹最终都呈现逆进运动轨迹,有些观测点的逆进椭圆轨迹较明显,这可能是由于在河岸处SV波转换成面波所致。

位于弹性半空间上的理想流体层动力反应—平面P波入射

根据弹性介质与理想流体交界面的边界条件以及理想流体层自由表面的边界条件,基于位移势函数,推导了平面P波从弹性半空间入射到与理想流体层的交界面时,确定交界面波的透射与反射系数的理论方程。根据该方程,通过数值算例,分析了弹性半空间的弹性模量和密度、平面P波的入射角以及入射频率对理想流体层动压力的影响。

接杆凿岩中接头能量传递特性与理想入射波形的研究

对不同形状入射波经过钎杆接头后的能量传递效率进行了电算和测试，全面揭示了接头能量传递特性，同时也分析讨论了实测波形、理论波形与理想入射波形等问题。

阻力矩阵法计算斜波入射下平板的声辐射

利用声辐射阻力矩阵和振动面上的速度矢量预报了结构声辐射的总功率。振动面等效为有限个活塞振动单元。通过计算,得到了嵌在无限大障板中简支板模型在斜波入射作用下的声辐射功率和辐射效率。利用阻力矩阵法,不仅避免了声场的计算,而且能达到经典法所能达到的精度。这样,在辐射计算经典方法所需的辐射声场难以测量的情况下,阻力矩阵法尤为有用。

凿岩机具入射应力波的分析

在凿岩过程中，受凿岩机活塞的冲击作用，在钎杆中形成一系列冲击应力波，并以纵波的形式传递给钎头而达到破碎岩石的目的，所以，入射应力波形是控制冲击凿岩的重要因素。文中根据液压凿岩机具、气动凿岩机具和内燃、电动凿岩机的部分样机的测试数据，分析了凿岩机和冲击类工具的性能特性、入射应力波形和钎杆应力峰值系数等，其结果将对钎杆的受力分析、凿岩机冲击能的确定、凿岩机具的合理匹配以及凿入系统的研究具有一定的实用价值。

高进水塔地震波斜波入射有限元分析

在水工结构抗震动力分析中,反应谱和时程分析都是基于地震波垂直入射来考虑地震荷载的影响,而实际地震波的传播方向往往是斜波入射。斜入射地震波会引起地面运动的非一致变化,从而对结构产生很大的影响。基于波动理论和黏弹性人工边界波动输入方法,采用有限元模拟地震波斜波入射,并比较在45°斜波入射情况下进水塔与基岩接触的上游建基面、塔背回填混凝土与塔身接触位置等关键部位的顺水流向和竖向加速度、位移、应力时程曲线,结果表明,采用黏弹性人工边界等效荷载方法可以实现地震波斜入射的输入,计算结果与理论分析结果一致。

入射激波诱导环氧丙烷爆炸特征研究

用自行设计激波管点火测试技术,实验研究了温度范围760～1380 K间入射激波诱导下环氧丙烷的点火机理.利用激波管压力传感器测定了H*(486.1)和O(470.5 nm)随激波诱导强度变化的点火时间特征.实验结果表明:在低马赫数下氢氧自由基出现时间较接近,1.5～2.5马赫间随激波诱导强度增大而线性减小;而马赫大于2.5后,氧自由基的出现时间迅速减小,是由于高活化能的氧自由基的点火时间对强激波较敏感,而诱导强度大于3.5马赫后对两者点火影响区别就下明显了.实验数据将有益于含能材料点火时间的研究.

双圆柱活塞冲击钎杆的入射应力波形研究

双圆柱活塞纯刚体模型及把头部当作一维杆的弹性波传播理论模型都不能反映双圆柱活塞冲击钎杆的实际情况,为此提出了双圆柱活塞撞击钎杆的双质量双弹簧系统模型(DMDS)并进行了受力分析,导出了该系统模型的微分方程并给出了其解析解;解决了其他理论模型不能反映双圆柱活塞撞击钎杆的入射应力波形前沿的问题。与其他理论模型给出的波形相比,DMDS系统模型给出的波形与实测波形更一致。

SV波垂直入射盆山耦合场地对地面运动的影响

基于多次透射边界和有限元数值模拟方法,研究了SV波垂直入射下,山体高度、盆地深度、以及山体与盆地剪切波速变化对盆山耦合场地位移峰值放大系数、位移频谱及谱比的影响。结果表明:(1)盆地与山体均对地震波有放大作用,从坡底到坡顶位移放大效用逐渐增大,从盆地外边缘到盆地中心位移放大效应逐渐增大,但盆地内放大系数分布特征受盆地深宽比的强烈影响。(2)山体测点位移峰值放大系数AF随山体高度增大而增大;山体的存在减弱了盆地的地表地震动放大效应,导致盆地远离山体一侧的放大更强烈,反之亦然。(3)随盆地波速的减小或山体波速的增大,盆地AF最大值增大,且最大AF出现的位置向远离山体一侧偏移,而山体各测点的AF值受此影响较小。(4)山顶处谱比峰值主要受山高、盆地深度及盆地波速影响,但最大放大频率及分布特征基本不变;山体波速对山顶处谱比分布影响显著。盆地中点处谱比受各参数影响均较显著,但规律较复杂。盆山复合场地的地震动分析中需考虑二者的耦合效应对地震动的影响。

激波对超声速气膜冷却流动换热特性影响研究

为研究激波对超声速气膜冷却流动换热的影响机理,利用数值模拟方法在三种冷气射流马赫数(Ma=1.2,1.5,1.8)下改变激波入射角度(θ=2°,4°,8°),对绝热冷效与壁面换热系数的变化开展研究。结果表明,激波对绝热冷效与壁面换热系数的影响可以根据当地流动情况与主射流掺混程度划分为四个影响区域;入射激波增强使逆压增大,引起分离涡范围增加并使边界层再附影响区内的主射流掺混强度增强,导致冷却效果的恶化;高冷气射流马赫数通过推移边界层分离位置与减弱分离涡后主射流掺混强度来对冷却效果受激波影响的恶化起到补偿作用。综合来看,激波入射引起超声速气膜冷却综合冷效下降,而在低射流马赫数时提高射流马赫数可使综合冷效最大提高80.6%。

压电材料中弧形裂纹对入射SH波的散射

将波函数展开方法与奇异积分方程方法相结合,研究了无限大压电体中多个弧形裂纹对入射SH波的散射问题。通过引入广义位错密度函数,所考虑的混合边界值问题被化为一组第一类Cauchy型奇异积分方程,最后化为代数方程组进行数值求解。作为算例,给出了一个和两个弧形裂纹动应力强度因子随入射频率变化的关系曲线。

自由界面上SV波入射的反射系数变化特征

地震反射系数的幅值与相位是地震反射波的重要特征,对地震资料反演起着重要作用。利用自由界面上SV波入射的反射系数公式,通过建立9个不同泊松比的介质模型,绘制了反射SV波与转换P波反射系数的振幅、相位随入射角及泊松比的变化曲线,分析了不同泊松比介质的反射系数随入射角变化的规律,特别关注临界角附近的突变特征。通过对比分析发现:在临界角附近,对于P波反射系数的突变值,大泊松比(0.3~0.5)和小泊松比(0~0.3)介质存在较大差异。随着采样点数的增加,能更准确观测到SV波反射系数曲线在临界角前的极小点,进而充分认识SV波的全波型转换。研究结果对于深入认识地震波传播特征以及实施广角地震勘探或多波地震勘探具有较大实际意义。

来流Mach数连续变化下的激波串运动特性

为了研究入射激波变化的隔离段内激波串的运动特性,设计并搭建了直连式变Mach数实验系统,捕捉了相同来流Mach数变化速率、不同背压变化速率下激波串的运动行为,揭示了入射激波与背压同时变化对激波串运动的影响机理。入射激波与背压同时变化时,共有3个方面的因素会影响激波串整体的上下游运动趋势,其一,Mach数变化,Mach数增大导致激波串向下游运动,该影响随Mach数增大逐渐减弱;其二,背景波系移动,背景激波反射点靠近激波串前缘时,可能引起激波串的突跳;其三,背压压比变化,背压压比增大时激波串向上游运动,该影响随背压压比增大逐渐增强。三方面因素共同作用下激波串表现出复杂的运动。

P波作用下机场跑道的爆破安全振动速度研究

结合湖北省首例下穿机场跑道隧道钻爆法开挖工程背景,基于理论解析、数值模拟与现场监测相结合的研究方法,分析了下穿隧道爆破产生的入射P波对混凝土跑道的作用机理,研究了机场跑道的隧道爆破振动安全判据.结果表明:下穿跑道隧道爆破振动作用下,岩石与混凝土跑道交界面以拉伸破坏为主;随着入射P波入射角的增大,机场跑道的爆破安全振动速度呈现先增大后减小的趋势,其最小值出现在入射角为零时(即垂直入射的情况),表明爆破地震波垂直入射时机场跑道最容易发生破坏;基于机场跑道的重要性,选取1.7为重要性修正系数,依据爆破地震波以不同角度入射时确定的爆破安全振动速度,得到修正后的爆破安全振动速度在3.67~7.91 cm/s之间;与数值模拟和回归分析结果相比,由于应力波理论分析忽略了材料塑性变形的影响,其计算分析得到的爆破安全振动速度更小,具有更高的安全储备.

含断层破碎带场地对平面SH波的放大作用

借助Wolf的土层和半空间精确动力刚度矩阵和斜线荷载格林函数,采用间接边界元法在频域内求解了含断层破碎带场地对SH波的放大作用,着重分析了破碎带较窄断层两侧围岩动力响应的基本规律及场地动力特性对散射的影响.结果表明,断层破碎带对SH波有显著的影响,即使破碎带很窄,也可对SH波产生很大的放大作用;层状场地动力特性对放大作用有显著的影响.

受限空间内激波与火焰作用的三维计算

激波与火焰的相互作用常发生在超声速燃烧和燃烧转爆轰过程中,为深入了解这一现象,采用带化学反应的三维Navier-Stokes方程,对平面入射激波及其反射激波与火焰的作用进行了计算研究,其中燃烧过程使用单步反应模型描述。研究结果显示:在受限空间内模拟激波与火焰作用,能更好地符合实验结果,从而体现出受限空间的三维效应;火焰在入射激波的作用下主要经Richtmyer-Meshkov不稳定而发生变形,此时火焰变形以物理作用为主,燃烧膨胀效果相对不明显;当反射激波与变形火焰再次作用后,火焰迅速膨胀变形,放热率维持在较高水平,此时化学反应过程起主要作用;在反射激波的作用下,变形火焰复杂三维涡结构的形成能强化热量与质量的输送,提高燃烧速率。

超音速气膜冷却及其受斜激波的影响

选取了一组接近超燃发动机内部实际工况的边界条件,对二维平行缝槽形式的超音速气膜冷却进行了数值计算,比较了吹风比、缝槽高度和隔板厚度等因素对壁面冷却效率的影响,并考虑了不同强度的斜激波入射气膜冷却边界层对壁面冷却效果和压力分布的影响。通过回归分析,不受激波影响的超音速气膜冷却的壁面冷却效率可以整理成统一的关联式。计算结果表明,斜激波入射将使入射点及其下游的壁面冷却效率降低,但是这个影响没有向上游传播。

爆震燃烧波在管内传播过程的二维数值模拟

采用三阶TVD迎风格式和Strang-sp litting算子分裂法,对氢氧混合物爆震燃烧进行了二维数值计算;获得了爆震燃烧流场的清晰、独特和规则的三波结构;分析了三波结构的构成和成因以及爆震燃烧直接起爆后由强爆震燃烧波衰减为稳定自持的爆震燃烧波的过程。