爆炸地冲击扰动诱发含结构面围岩破坏模拟试验

为研究远区爆炸作用产生的地冲击扰动对深埋洞室破坏的影响机制,采用地冲击效应模拟试验装置开展了相似模拟试验研究。采用边长为1.3 m的立方体试件,实现了从地应力加载(1 000 m埋深)、洞室开挖到爆炸地冲击扰动加载全过程的模拟。试验过程中,将各类传感器放置在试件和洞室内部,监测试验过程中的应力、应变、位移变化,以及洞室内部的破坏情况。通过在试件顶部施加不同峰值的冲击扰动荷载,再现了碎屑崩出、裂隙连通导致块体崩出、块体滑移和断层激活等破坏现象,初步得到了深埋洞室的安全阈值。分析得到了含裂隙围岩、块系围岩和含断层围岩在不同地冲击扰动作用下的破坏机制。试验结果表明,较小的动力扰动即可诱发深埋洞室的破坏,并且随冲击扰动次数的增加和冲击荷载峰值的增大,洞室破坏程度会加剧;此外,在爆炸远区,地冲击扰动仍可诱发工程灾害。

强冲击扰动下舰船摇摆姿态模拟控制技术研究

为抑制舰船摇摆姿态模拟时的舰炮射击扰动,在串联机构+多液压缸并联驱动的混合结构基础上,对总体结构进行动力学和轴系惯量耦合分析;利用位置反解的方法给出平台姿态角和各液压缸长度之间的转换关系;以雅可比矩阵的条件数为评估判据,对各液压缸的运动参数进行优化;根据阀控液压缸流量方程和负载力平衡方程,建立多缸控制系统模型。最后通过机-电-液联合仿真得到不同极限工况下的冲击抑制误差曲线,仿真实验结果证明了技术的合理性。

冲击扰动下滑移型岩爆的模拟试验及机理探讨

由岩体结构面滑移破坏导致的滑移型岩爆对外界扰动敏感、释放能量巨大,一旦发生可能带来灾难性的后果。利用自主研制的试验装置,结合高速摄影技术,模拟了冲击扰动下岩块从开始滑移至发生岩爆全过程,并从内因、外因和诱因3方面探讨了滑移型岩爆机理。冲击扰动应力波在块系岩体中传播造成结构面正应力的减小导致摩擦力下降,即超低摩擦现象。如果结构面摩擦力减小到小于结构面剪切力,岩块开始滑移。如果最终的动摩擦力也仍然小于结构面剪切力,岩块将持续滑移导致块系岩体失稳崩塌,发生滑移型岩爆。冲击扰动诱发的岩块间滑移运动与结构面初始应力状态密切相关。引入一个无量纲能量参数来表征动力扰动诱发滑移型岩爆的临界能量条件,并给出了该能量参数与结构面初始应力状态的定量关系。总结得出滑移型岩爆产生需要满足3个条件:块系岩体中存在软弱结构面(内因),结构面上的应力水平接近临界状态(外因),动力扰动使得结构面抗剪强度降低(诱因)。

电机电源切换冲击扰动机理分析及防护

以交流电动机为例 ,进行理论分析 ,研究了电机系统电源和后备电源快速切换引起的冲击扰动问题 .模拟实验证明电源快速切换引起的冲击电流远大于电机设备常规起动电流 .该扰动冲击可使电力电子设备损坏 ,线路保护装置误动作 ;电机电源快速切换会造成瞬态电磁转矩值大范围波动 ,影响系统工作特性 ,降低设备使用寿命 .文中提出了电压周波过零快速切换的控制方案 ,它有助于减少系统电源和后备电源切换引起的冲击扰动 。

电机电源切换冲击扰动机理分析及防护

以交流电动机为例，进行理论分析，研究了电机系统电源和后备电源快速切换引起的冲击扰动问题．模拟实验证明电源切换引起的冲击电流远大于电机设备常规起动电流．该扰动冲击可使电力电子设备损坏，线路保护装置误动作；电机电源切换会造成瞬态电磁转矩值大范围波动，影响系统工作特性，降低设备使用寿命．提出了电压周波过零快速切换的控制方案，它有助于减少系统电源和后备电源切换引起的冲击扰动，具有实际应用价值．

深部围岩地冲击扰动作用的模拟试验技术

为模拟深部高围压硐室结构在爆炸地冲击扰动作用下的长持时加载过程,开展了模拟装置的调试和试验工作。分析了爆炸作用下,远场扰动应力波的主参量,并采用量纲分析获得了满足相似定律的仪器参数指标。利用模拟试验装置,分析探讨了气室压力、电磁阀开启时间、活塞速度、水压以及整形材料等因素对冲击波形、正压时间、升压时间和峰值的影响规律。结果表明,整形材料的刚度越低,应力波形的正压时间及升压时间越长,峰值相对越低;活塞撞击速度越高,应力峰值越高,但是正压时间及波形无明显变化。通过控制电磁阀开闭时间和气室气体压力值,可以控制活塞撞击的速度。通过改变整形材料和活塞撞击速度,实现了正压时间在3.5~5.0 ms之间的调整、升压时间在0.9~2.5 ms之间的调整,峰值在4~8 MPa之间的调整,调整后输出的压力波形可有效模拟深部围岩中远区爆炸应力波。采用有机玻璃复合结构作为试件,验证了装置在模拟深部围岩地冲击扰动作用的可行性及可靠性。上述研究证明了装置可为室内试验提供参数可控的爆炸地冲击扰动,丰富了深部地质力学试验系统模拟爆炸扰动的研究。

主动粘弹性控制抗冲击扰动

根据粘弹性材料耗能减振性能较好的特点,针对高频扰动、冲击扰动,本文提出了主动粘弹性控制的方法,定义了主动粘弹性控制技术的基本架构.根据粘弹性材料的耗能计算模型,提出了粘弹性控制律的选取原则.结合广义Maxwell模型,提出了3种粘弹性控制律(viscoelastic control law,VCL).并将粘弹性比例–微分(proportional derivative,PD)控制、粘弹性比例–积分–微分(proportional integral derivative,PID)控制、粘弹性自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)应用到常见的二阶系统中.研究结果表明,主动粘弹性控制技术抗高频扰动、抗冲击扰动的性能特别优异.由于主动控制的响应速度快,主动粘弹性控制的抗扰性能好,本文提出了主动控制与主动粘弹性控制相切换的控制方法,并对切换控制策略进行了研究.研究结果表明,切换控制可同时兼顾抗扰性能与响应速度.

冲击扰动系统预测陷阱与缓冲算子

探讨克服冲击扰动系统预测陷阱的一种新途径．建立了缓冲算子的概念和公理系统；研究了缓冲算子的特性；构造了若干具有普遍意义的实用弱化算子与强化算子．

冲击扰动下断面形状对深部隧洞岩爆的影响研究

深部隧洞岩爆的发生与冲击扰动密切相关,隧洞断面形状会进一步影响岩爆过程及特征。基于国际上首台双轴霍普金森压杆设备,开发冲击动载下二维高应力隧洞洞壁破坏试验功能,对圆形孔、马蹄形孔和矩形孔试样进行了相同静应力和冲击荷载组合加载下岩爆试验,探索断面形状对隧洞岩爆破坏的影响。通过高速相机和DIC技术揭示试样的岩爆过程和应变场演化特征。试验结果表明,不同断面形状试样洞壁岩爆过程可归纳为4个阶段:平静期阶段→裂纹萌生、扩展、贯穿阶段→板裂阶段→岩片弹射阶段。不同断面形状试样洞壁岩爆特征具有显著差异:圆形孔试样应变集中区位于孔洞中心线处,裂纹从弧形过渡到“V”形,岩爆破坏程度最轻,围岩破坏模式为张拉破坏;马蹄形孔试样应变集中区位于拱脚和拱肩之间的直墙区域,裂纹从弧形过渡到“V”形,以张拉和张拉-剪切破坏模式为主;矩形孔试样岩爆破坏程度最严重,应变集中区贯穿整个洞壁,裂纹从直线形过渡到“V”形,以张拉和张拉-剪切破坏模式为主。矩形孔试样整体变形速率较快,应变数值最大为0.0034,其次为马蹄形试样,最大应变数值为0.0029,圆形孔试样变形程度相对较低,最大应变数值为0.0022。对比表明,圆形孔断面能够优化应力或应变分布,提高隧洞整体结构稳定性,破坏程度相对较低;马蹄形孔和矩形孔断面可能因其不规则的形状而产生应力集中,相对更容易发生破坏,破坏程度相对较高。

周期冲击扰动下粉砂岩单轴蠕变特性研究

采用改进岩石蠕变扰动试验装置对粉砂岩试件开展施加周期冲击扰动下单轴蠕变试验,研究周期冲击扰动下粉砂岩蠕变变形、蠕变速率及破坏特征.结果表明:冲击扰动会引起蠕变曲线产生新的波动,随冲击扰动次数增加,粉砂岩内部累积变形逐渐增加,进入稳定阶段时间明显缩短,进入加速蠕变阶段轴向应力阈值显著降低;在周期扰动作用下,粉砂岩蠕变占比与轴向应力呈指数关系,蠕变速率稳定值提高;冲击扰动加速粉砂岩内部裂隙发育,粉砂岩试件破坏形式更趋于脆性破坏.基于Mohr—coulomb准则,提出一种与时间有关的非线性黏滞体并引入损伤因子改进Burgers模型,建立粉砂岩蠕变扰动理论模型;该模型能很好描述周期冲击扰动下粉砂岩蠕变特性,可为深入研究冲击扰动下岩石蠕变失稳破坏提供参考.

冲击扰动下泥页岩块剪切蠕变损伤特性研究

矿体爆破是大多数露天矿山开采作业中的必要环节,然而持续爆破作业产生的冲击扰动作用会降低露天边坡的长期稳定性,甚至促使滑坡灾害的发生.为研究冲击扰动效应对边坡岩体蠕变特性的影响,以露天石灰石矿山二叠系软弱夹层中的炭质泥页岩为研究对象,利用自主研发的岩石冲击-剪切蠕变试验系统开展了不同冲击能量扰动下的剪切蠕变试验.试验结果表明:(1)冲击扰动对软岩剪切蠕变破坏具有明显的促进作用,随着冲击扰动能量的增加,软岩进入加速蠕变历时缩短,蠕变破坏总时长与剪切蠕变破坏强度亦随之降低.(2)冲击能量可改变泥页岩剪切破坏面的发育特征,冲击扰动能量越大,剪切面裂隙发育越充分且岩样结构形态越破碎.(3)岩样总体变形量与冲击能量呈正相关关系,随着冲击能量的增加,其造成的总变形中塑性永久变形占比越大而弹性变形占比越小,当冲击能量为7.09 J时两次冲击后的塑形永久变形占比均不小于73.1%.根据试验结果,引入基于冲击能量的损伤因子D,建立了考虑冲击扰动效应的软岩剪切蠕变损伤模型.采用BFGS算法和1stOpt通用全局优化数学软件进行了模型参数辨识,采用损伤模型对试验结果进行拟合后发现,所建立模型能够较好地描述冲击扰动下泥页岩剪切蠕变变形的全过程,可为爆破扰动效应下的矿山边坡长期稳定性研究提供一定的理论基础.

交流互联电网中大扰动对联络线的冲击特性分析方法

针对在规模庞大的同步交流电网中,区域内大扰动不仅会对本区域电网稳定性造成冲击,而且将通过区域间联络线对其他区域电网的稳定性产生冲击,甚至会导致区域联络线功率振荡解列的现象,研究了故障后大扰动冲击各个区域电网的特性。基于联络线暂态势能变化,定义了扰动起始冲击时间和扰动冲击时间,可以定量描述大扰动冲击区域交流联络线的过程,并根据首次扰动冲击时间联络线功率偏差与暂态势能间的关系,提出了联络线脆弱性指标作为系统是否在联络线处发生解列的判据,从而建立了基于能量函数的大扰动冲击特性定量描述方法。最后,在华中—华北交流互联电网中验证了所述方法的有效性。

扰动冲击下弱胶结红砂岩的能量耗散与分形特征

为探索动态扰动后西部矿区软岩夹层的能量耗散规律和破坏模式,利用分离式霍普金森压杆装置对弱胶结红砂岩进行动态冲击破坏试验,分析该类红砂岩在受到不同加载速率、不同次数扰动冲击以及是否扰动的条件下,试样在相同加载速率破坏性冲击过程中的能量耗散与分形特征。试验结果表明:在不同速率扰动冲击作用下,随着扰动冲击次数的增加反射能递增而透射能和耗散能呈减小趋势,其中较高速率扰动冲击下试样的反射能高于低速率扰动冲击,耗散能则相反,且低速率扰动冲击下试样的耗散能、能量耗散率和能量耗散密度高于较高速率扰动冲击,表明低速率扰动冲击下试样的能量利用率更高;在破坏性冲击试验中,随着扰动冲击次数的增加,低速率扰动后试样的破碎程度相较于未扰动与高速率扰动更为严重,对应分形维数D_(b)低速率扰动>未扰动>高速率扰动,表明分形维数与扰动冲击次数呈正相关,与扰动冲击速率呈负相关;在相同扰动冲击次数下,低速率扰动试样的D_(b)所对应累积耗散能和耗散能密度高于较高速率扰动试样,而对应的累积反射能则相反。

冲击波阵面几何扰动衰减特性及材料强度效应研究

非理想球面冲击波的几何整形问题是强冲击动力学研究的关键问题之一,因此研究冲击波阵面几何扰动的衰减特性与金属材料的动力学性质之间的关系成为冲击波物理研究领域的一个重要课题.利用二维有限差分方法数值再现飞片碰撞扰动实验,得到金属铝中冲击波振面扰动随传播距离演化的全过程.利用数值模拟发现金属铝的屈服强度对扰动衰减曲线上的2个特征点非常敏感,即零相位点和最大反向点,给出他们之间的定量关联.数值分析结果为飞片碰撞扰动方法研究材料的强度效应提供合理的理论支持,并提供一个研究材料强度效应的新思路.

冲击波扰动衰减法测量高压下铝的屈服强度

采用冲击波扰动衰减法研究了材料在高温高压条件下的屈服强度。通过二级轻气炮试验平台,将样品铝冲击加载到58 GPa,并利用电探针测量技术得到样品中冲击波阵面的振荡衰减过程。结合零振幅点相位相对距离与材料屈服强度之间的定量关系,得到铝在冲击压力为58 GPa条件下的屈服强度接近2.32 GPa。

轧机非线性传动系统冲击扭振的研究与抑制

以轴系含非线性阻尼和非线性刚度的两惯量轧机主传动系统为研究对象,建立其在冲击扰动作用下的动力学方程。分析了该系统的稳定性,得到了阻尼与刚度对系统稳定性的影响关系。采用多尺度法求解系统的一阶近似解,得到系统的扭转冲击响应,并通过对其进行数值仿真,讨论了主传动轴系阻尼非线性和刚度非线性对轧机传动系统冲击响应的影响规律,从而找出轧机系统冲击减振的方法。研究结果为抑制冲击扰动引起的轧机轴系扭转振动提供一定理论指导。

雁淮直流短时扰动冲击对山西电网交流断面影响的评估分析

通过分析山西电网±800 kV雁门关—淮安特高压直流线路发生短时扰动冲击后对山西电网与华中电网交流联络线(长南线)的影响,提出了基于直流短时扰动冲击量化指标的电网稳定性评估方法。通过仿真验证,此方法能够快速评估直流故障下的功率波动峰值,快速识别山西电网的恶劣运行方式,提高了山西电网的安全稳定运行水平。

岩石流变扰动效应三轴试验系统

深井软岩巷道围岩易发生流变变形,且对外界扰动极为敏感,为研究岩石在不同流变状态下受外加扰动影响变形规律,在以往两种型号流变仪的基础上,研发出了RRTS-Ⅲ型岩石流变扰动效应三轴试验系统,流变仪主机提供了长期稳定的轴向压力,采用齿轮和液压两级扩力结构,扩力比达1∶100;注油式三轴压力室提供了长期稳定的围压,结构采用油气隔离的设计原理,液压泵能够最大提供50 MPa压力,精度为0.1 MPa;改进后的冲击扰动加载装置可操作性高,依据冲击作用原理设计出了IEPE动态力传感器,量程0~10 000 N,灵敏度0.497 mV/N,能够精确测量单次实际冲击扰动荷载大小;配备自动监测系统包括荷载、位移、应变和振动4种数据采集仪及处理软件。运用岩石流变扰动效应三轴试验系统初步进行了单轴流变扰动试验及三轴流变试验,其试验过程操作简便,数据结果可靠性较高。

动力灾害过程中锚杆支护的极限承载能力数值模拟研究

通过对深部巷道遭受冲击扰动的应力动态演化和围岩破坏的过程进行数值模拟,分析了锚杆与围岩的耦合体系承载冲击的能力,得到了深部锚杆支护巷道抵御动力冲击能力的规律。研究结果表明:水平方向的冲击应力波对巷道底脚和顶板破坏最严重,造成巷道断面挤压变形,同时引起冲击扰动壁面岩块受应力波叠加作用产生弹射;一定的锚杆支护结构在其承载范围能够抵御相应强度的动力冲击,但在更强冲击荷载下对巷道造成的破坏严重加剧,致使锚杆大量失效,并最终导致整个支护体系完全失去支护能力;冲击扰动对靠近扰动源壁面破坏严重,对其他壁面影响较小;原岩应力大小对冲击破坏影响明显,采深越大,冲击扰动造成围岩变形幅度越大,锚杆支护体系破坏更严重。研究结果为进一步开发深部巷道抗冲击破坏稳定性控制技术及制定方案提供了依据。