模拟引潮力作用下岩石破坏前兆的实验研究——加卸载响应比(LURR)理论和能量加速释放(AER)

大地震前加卸载响应比升高和能量加速释放这2种现象可以用来对地震进行中期预报。同时,加卸载响应比升高和能量加速释放有相同的物理机制。实验对于揭示地壳岩石的变形和破坏规律是非常重要的。在三轴应力条件下进行了岩石破坏声发射实验,声发射技术是研究岩石变形破坏微观机理的重要手段。为了模拟日月引潮力对地球的加载和卸载作用,在一常数加载率的轴向压力作用下,叠加上微小的正弦扰动,力求能够模拟地下岩石复杂的受力状态。实验过程中记录到大量的声发射信息,声发射记录包括声发射发生的时间、空间坐标和振幅,它能够反映岩石试件内部每一个损伤(微裂纹)发生的时间、地点和强度。利用声发射记录系统地分析了岩石试件破坏前能量释放及加卸载响应比的演化情况,结果显示,岩石试件宏观破坏前出现了能量加速释放及加卸载响应比剧增这2种前兆现象,从而对地震临界点理论给予了实验支持,同时也为地震预测提供了实验依据。

对加速度能量物理意义的探讨

从牛顿运动定律出发,得到力学系统加速度能定理的两种表述,阐明了加速度能量的物理意义,证明了系统加速度能定理两种表述的等价性,并指出系统加速度能量的一种可能的计算方法．

加卸载响应比(Load/Unload Response Ratio)、能量加速释放(AE/MR)的临界区尺度及地震预测

加卸载响应比理论的主要思路是 :系统在稳定状态时加载响应与卸载响应的比值与非稳定状态时加载响应与卸载响应的比值是完全不同的。大震前加卸载响应比升高和能量加速释放这两种现象可以用来对地震进行中期预报。同时 ,加卸载响应比理论和能量加速释放可能有相同的物理机制。为了验证这种地震预报方法的可行性 ,我们研究了几例发生在澳大利亚与中国 ,M 5 0～ 7 9之间的地震 ,其中包括破坏严重的澳大利亚纽卡斯尔地震和中国的唐山地震。我们利用以震源中心一定范围内的数据计算了震前的加卸载响应比和能量加速释放的幂律拟合。能量幂律加速释放存在一组最佳的拟合 ,一定范围内加卸载响应比达最大值表明加卸载响应比也有一个临界区尺度。进一步讲 ,加卸载响应比与能量加速释放的临界区尺度是相似的。这些结果表明加卸载响应比与能量加速释放有相同的物理机制。进一步的研究可能会对这种物理机制提供更好的解释 。

光阴极注入器型能量回收射频加速器

光阴极注入器型能量回收射频加速器 (PERL)是新一代加速器 ,在高平均功率自由电子激光和下一代高亮度光源等研究中有很好的应用前景。分析了PERL的强流与高平均功率特性 ,对注入器输出束流品质的要求及光阴极注入器、超导加速腔等关键技术进行了研究 ,设计分析了一种特殊结构的高压DC Gun光阴极注入器 ,能有效地提高DC加速腔中的加速场强 ,当高压为 1MV和加速场达到 10MV/m时 ,产生的电子束流能够基本满足PERL应用要求。同一超导加速段中的束流加速和能量回收的数值模拟计算结果表明 ,能获得高效率电子束流能量回收效果。

加速度能量法及其在列车冲动分析中的应用

依照UIC513《铁路车辆内旅客振动舒适度评价标准》,提出了加速度能量法的概念,并在LabVIEW7.1环境下开发了一套列车振动舒适度检测和评价系统,通过对频率在1-80 Hz内的纵向、横向、垂向3个方向加速度数据进行分析处理,得出振动舒适度等级,同时实现加速度数据波形和振动舒适度等级的实时显示。该系统以计算机为硬件工作平台,以图形化编程语言LabVIEW7.1为软件开发平台,主要由数据采集、数据分析两大模块组成,具有可靠性高、可扩展性强、精确度高、成本低、易升级、易操作的优点。

基于改进支路暂态能量函数的风电并网暂态最优切机控制

大规模风电接入比例的增加对电力系统暂态稳定性造成了影响,因此在风电并网系统的紧急控制中必须考虑风电切机措施。首先分析了双馈式感应发电机(DFIG)的暂态运行特性;然后运用改进支路暂态能量函数法分析了DFIG和传统火力发电机切机效果的差异性。结果表明在风电并网系统的紧急控制中应考虑风电和火电机组切机比例的配合。因此,提出一种考虑风力发电机的最优切机决策模型和一种实用化解法,合理选择最优的风火电切机比例,改善系统恢复过程的特性,极大地提高了系统运行稳定性。通过某区域风电外送系统暂态切机算例验证了该方法高效可行。

关于分离作用射频四极场(RFQ)加速结构的设想

RFQ加速器是一种体积小、束流强、性能优良、应用广泛的新型离子直线加速器,但随着加速能量的增高,它的加速效率逐步下降.分析了加速与聚焦作用之间相互制约引起的矛盾,提出了将加速与聚焦作用分离的“分离作用RFQ”(SFRFQ)的设想.对两种分离作用的加速结构进行了讨论,并通过初步的模拟计算与模型实验测量论证其可行性.它们都可提高能量增益,从而有效地提高加速能量的上限.

锥形超强激光场对电子的加速效应

提出了用锥形超强激光场对电子加速的方法,研究了该位形光场对电子的加速效应,得出了电子在该光场里无群聚现象,并能被光场俘获的结论.

变加速动力学和三阶微分方程

阐明了梅凤翔在《高等分析力学》一书中给出的完整系统关于广义速度的Lagrange方程就是沈惠川在"吴大猷先生点评《经典力学》"一文中设想要仿照Lagrange方程寻找的新的动力学方程(简称为赝La grange方程).分析并指出了匀加速运动方程是赝Lagrange方程的第一积分.应用赝Lagrange方程求解了收尾速度问题中的急动度.

HI-13串列加速器核物理应用研究发展现状和展望

HI-13串列加速器建设开始,核物理应用研究即为其一主要研究和发展方向。过去30多年,从设备和装置建设开始,核物理应用研究得到很大发展,取得了一批优秀的研究成果。本文主要介绍HI-13串列加速器的航天电子元器件抗辐射加固、辐射生物效应、加速器质谱、核孔膜和防伪标识、在线和离线核效应等核物理应用研究发展现状,展望了依托在建的预期2021年底投入运行的HI-13串列加速器-超导直线加速器和多粒子可变能量回旋加速器的创新性、前沿性和实用性的核物理应用研究。

耦合系数和束流强度对驻波加速器性能的影响和耦合系数的测量

根据加速器和微波谐振腔的基本理论,采用微波电路理论,分析和计算了驻波加速器输入波导和加速腔之间的耦合系数和束流强度对能量、束流功率、效率和X射线辐射强度等性能的影响。当耦合系数大于1时,随着耦合系数增加,加速器最大输出能量下降。随着加速器束流强度增加,加速器能量V_s降低。对于给定的束流强度,随着耦合系数增加,加速器输出能量、电子注束流功率和X射线的辐射强度存在最大值。为了使加速器获得最佳性能,确定和测量耦合系数十分重要。论文在大功率速调管输出电路的外观品质因子测试方法的基础上,针对不同耦合系数,推导出了驻波加速管的外观品质因子、固有品质因子与加速管输入端处的群延迟和驻波比的相互关系,建立了相应的测试方法。采用矢量网络分析仪,通过测量加速管输入端的群延迟和驻波比,可测得耦合系数等相关参数,该方法已在实验中获得了验证。

基于能量回收技术的光源——ERL光源

能量回收技术将使用后的电子束进行能量回收,用于加速后续束团,可大大减少加速器消耗的射频功率和有害辐射。基于能量回收技术的光源除节能环保外,还具有束团短、发射度低的特点,可有效提高光源的峰值亮度和相干性,是一种很有潜力的未来先进光源。介绍能量回收直线加速器技术的基本原理、相关关键物理问题和技术以及能量回收直线加速器发展现状,最后简要介绍几个国际上提出的典型能量回收直线加速器光源方案。

用于ERL-FEL的高平均流强超导加速技术研究

强流超导加速器是ERL的关键部件之一。该研究结合ERL对超导加速器的要求,对高性能射频超导腔的研制、强流高阶模耦合器研制、强流加速器恒温器设计研制、频率调谐器设计研制、麦克风效应和洛伦兹力失谐等问题进行深入研究。该年度主要进行强流超导腔的研制,包括冲压、成型、焊接、表面处理、场调平;进行强流超导腔的垂直性能测试;进行强流超导加速单元设计。研究组在强流超导腔研究中取得了进展,9-cell超导腔在32 MV/m时Q值在1E10以上,单cell超导腔在1.8 K,25 MV/m时,品质因数达到3E10以上,这对于强流超导加速器的运行有重要的意义。对超导腔场致发射点的定位进行了深入研究,为提高超导腔的性能提供了一种非常有效的方法。

用于极紫外光刻的高功率能量回收型自由电子激光光源

未来极紫外光刻技术的发展亟需更高功率的光刻光源,能量回收型自由电子激光光源可以实现千瓦量级以上的功率输出,是一种极具潜力的高功率极紫外光刻光源。主要介绍了高功率能量回收型自由电子激光光源的工作原理、发展现状以及所面临的关键技术挑战。

再生混凝土临界破坏特征及单轴压缩损伤本构方程

制作了5组不同再生粗骨料取代率的再生混凝土棱柱体试件并进行单轴压缩试验,采集棱柱体试件单轴受压全过程声发射(AE)参数,绘制单轴压缩应力-应变曲线。通过分析声发射能量参数,绘制压缩破坏过程中时间-声发射累计能量曲线,采用幂函数Power公式对该曲线进行拟合,将试验曲线与拟合曲线进行对比,结合能量加速释放理论对再生混凝土损伤过程声发射能量释放规律进行分析;将声发射累计能量突增的时刻视为临界破坏点,用受压全过程采集的声发射振铃计数定义损伤变量,考虑再生掺量带来的初始损伤,用再生粗骨料取代率百分数定义再生参数,借助Weibull统计方法与损伤理论建立声发射损伤演化模型,建立考虑再生粗骨料初始缺陷影响的声发射损伤本构方程,并将新建方程拟合应力-应变曲线与试验曲线进行对比。结果表明:拟合曲线与试验曲线吻合良好,新方程能够较好地描述再生混凝土的损伤演化过程。

风火打捆外送系统暂态稳定切机控制

风火打捆能源基地的投入运行,在带来巨大经济效益的同时也引起电网安全稳定性发生变化。某些严重故障后,仅切除常规火电机组难以保证系统稳定运行或代价过大。首先分析了风电机组和火电机组暂态特性的差异性以及各自对系统暂态稳定的影响。然后指出了严重故障后导致系统失稳的2个主要原因:一是故障过程中产生了加速能量;二是由于故障后,外送通道被削弱,外送系统输电能力急剧下降。因此,提出了严重故障后火电机组和风电机组的优化切机方案。西北某电网的仿真结果表明:该优化切机方案在保证故障后系统安全稳定运行的基础上,能显著降低系统稳定恢复所需切机量,改善故障后系统恢复特性,大大提高系统运行的安全性和经济性。

地震临界点理论的实验研究

按照临界点理论 ,在大地震或岩石等脆性材料破坏发生之前能量会加速释放 (AER) ,这种加速过程呈幂律变化 (power law) .本文通过大尺度岩石破裂声发射实验 ,对这一临界现象进行了研究 .实验分别采用 3种岩石试件 ,并且实现了不同轴压加载历史以及三轴应力状态 ;实验利用声发射技术记录了微裂纹产生和扩展时所释放的弹性能 (声发射 ) ;实验结果证实了临界点理论 ,在不同的实验条件下 ,岩石材料在受压破坏之前弹性能会出现明显的加速释放过程 .本文还对使用AER预测中期地震进行了初步研究 .

单轴加卸载扰动下石灰岩声发射特性研究

以取自拟建大连地铁二号线的石灰岩试件为研究对象,用单轴循环加卸载扰动来模拟交通荷载,进行该加载过程的声发射特性研究,并利用RFPA2D模拟岩石加卸载循环下的破坏过程。试验结果证实该种石灰岩存在Kaiser效应,也证实加卸载下的Felicity效应的存在。将加卸载理论应用于岩石的声发射前兆分析中,将加卸载响应比Y值达到(接近)1作为此种岩石失稳破坏前兆特征;石灰岩破裂过程中声发射能量加速释放现象明显。数值模拟结果能看到明显的Kaiser效应以及各步对应的声发射现象,将模拟结果与试验结果进行对比发现,岩石均质度系数m=5时,二者最为接近。所得结果可望为地下工程的施工安全研究提供理论依据。

利用损伤力学模型研究地震前兆现象

在地震等灾变破坏发生之前会出现一定的前兆现象,本文通过损伤力学模型,运用数值计算的方法对此进行了研究.从计算结果可以看到,在灾变破坏发生之前,由损伤所释放的能量(能量释放)和加卸载响应比值Y都发生了异常明显的变化,这表明二者具有相同的物理机制,在一定程度上都能够较为定量地刻画出系统的损伤演化过程.如果把二者相结合则可能对地震等灾变破坏做出更为准确的预测,本文结合实际震例对此也进行了一定的研究.

利用前兆事件对云南地区地震进行中短期预测研究

对某些类型的主震事件 ,进行中短期预测也许是可能的 .利用Varnes ,Bufe和Varnes提出的破裂时间法模拟前兆地震能量加速释放模型 ,通过实际观测资料与理论公式的拟合 ,可以建立主地震事件的中短期预测技术 ,用以确定表示主震的地点、时间和震级大小 .本文使用的是云南区域台网的地震目录资料 ,覆盖的时间段为 196 5～ 2 0 0 2年 .统计分析表明 ,在此 37年时间内 ,等于或大于 2 .5级地震资料是相当完整的 .本文对云南地区的 30次主震事件进行了模拟 ,其中 2 5次主震事件由前兆序列模拟得到的预测时间和震级与实际值相当接近 ,主震震级预测精度约± 0 .5 7个震级单位 ,假定已知前兆序列中最后一次事件 ,则预测主震发生时间误差约± 0 .6 4年 .对另外的 5次主震事件 ,由于没有足够的前兆事件来充分确定前兆能量加速曲线或是存在对能量加速释放曲线的干扰事件 ,而不能进行破裂时间法模拟 .本文的研究结果还表明 ,由于云南是破坏性地震和中小地震活跃的地区 ,因此 ,主地震与前兆事件最佳搜索半径不存在明显的线性关系 .主震矩与系数k ,m之间存在强烈的相关性 ,利用主震地震矩与系数的关系和限制指数m的取值范围 ,可进一步缩小预测时间和预测震级的“最佳拟合区”范围 ,提高了模拟主震事件的预测精度 .本文采?