典型舱段结构三轴振动/热复合环境虚拟试验方法研究

随着航天飞行器面临的力学环境愈发严酷,热与振动环境已成为造成结构损伤和破坏、产品功能下降或失效的关键因素。建立了一种考虑三轴振动与热复合环境的虚拟试验方法,以简化的筒形舱段为对象,分别建立石英灯阵高温加热仿真模型与三轴振动仿真模型,并通过实际试验数据得到振动台-夹具传递函数,将三者结合以建立三轴虚拟热振仿真模型。分别通过舱段结构单轴热振试验与三轴热振试验来验证所建模型的准确性,并基于验证后的模型获取三轴振动下结构中央测点随温度时变的传递函数变化情况。由舱段模态试验验证舱段有限元模型的准确性,对比前6阶模态频率误差不超过5%。在单轴热振试验中,仿真模型各测点响应均方根值(root mean square,RMS)与试验加速度响应RMS的误差不超过15%;在三轴向热振试验中RMS误差不超过20%,验证了所建虚拟热振模型的有效性。

BIM技术在岩土三轴测试技术教学与科研中的应用

将BIM技术和虚拟仿真技术与传统的岩土三轴测试相结合,构建虚拟实验室,并应用于土力学及岩土工程测试技术的教学与科研中,有利于促进高校专业课程教学改革以及新型实验室建设,有利于增加高校实验室教学的创新性、多样性,有利于拓展学生知识面及提升实验人员队伍的整体素质。

可燃冰试采及其沉积物三轴试验虚拟仿真教学项目的构建与应用

基于Unity 3D、3D Studio Max、Visual Studio等技术,将可燃冰(学名天然气水合物)试采方法与过程、可燃冰沉积物三轴试验操作过程进行虚拟仿真,开发可燃冰试采及其沉积物三轴试验虚拟仿真实验项目。介绍了虚拟仿真实验项目的基本架构、主要功能模块、实验方法与步骤以及面向学生的考核标准,分析了该项目的特色及未来持续建设的方向。项目既有基础理论,又有关键操作引导;兼有网络版和手机版,方便学生实际操作运用,交互性和沉浸感强,激发学生学习的主动性和兴趣,解决可燃冰试采方法与过程不易实践教学、可燃冰沉积物三轴试验实践教学成本高等瓶颈问题,为海洋工程地质虚拟仿真教学项目提供了良好的范例。

虚拟三轴实验教学软件的开发及应用

采用可视化语言Visual Basic和图形处理软件Photoshop开发了虚拟三轴实验教学软件,介绍了该软件的设计思路和具体组成。通过该软件,学生可以在计算机上模拟三轴实验的操作,有助于学生提高实验动手能力,加深对土力学基本原理的深入理解。

土的力学性质环境效应虚拟仿真实验设计与实现

基于虚拟仿真技术手段,开发了复杂环境作用下土的力学性质虚拟仿真实验系统。系统可通过虚拟仿真实验装置实现土样反复增湿-脱湿、低温-高温的干湿循环和冻融循环,模拟炎热多雨和酷暑严寒复杂环境气候对土体力学性状的影响,实现对经历复杂环境作用土样的固结、直剪及三轴试验,测试土的强度及变形特性。虚拟试验操作过程与实体试验基本相同,试验环境相似,互动感受逼真。学生可在虚拟环境中直观体验土样的环境模拟及力学试验过程,克服了实体试验中难实现、成本高昂、受时空限制等困难,在课堂教学时间内学习和认知复杂环境作用对土体力学性状的影响。

土体力学性质研究的三轴虚拟仿真试验开发

三轴剪切试验是研究土体力学性质的重要试验,在土力学试验中处于核心地位。但是,三轴剪切试验制样困难、操作过程复杂、试验周期长,初学者在短时间内很难掌握基本的试验技能,为此,开发并利用三轴虚拟仿真试验开展教学工作显得尤为重要。开发的三轴虚拟仿真试验包含了虚拟试验操作和电子报告两个部分,学生可以在移动端熟悉三轴剪切试验仪器结构以及试验操作过程,延伸试验教学时间和空间,在低成本、低消耗、无安全隐患的前提下,提升试验教学质量和水平,激发学生的学习积极性。为通过三轴虚拟仿真试验得到较真实的土体力学性质和参数,将砂土力学和本构参数的大数据预测功能融入三轴虚拟仿真试验中,学生不仅熟悉了试验操作过程,还可以深入理解土体的力学特性与物理性质的关联性,促进创新创造性能力的综合培养。将三轴虚拟仿真试验用于本科生土力学、研究生岩土工程试验这两门课程,取得了较好的教学效果。

道砟嵌入路基土试样离散元虚拟三轴试验

采用离散元法(DEM)从宏细观角度研究了有砟轨道道砟嵌入对路基土变形特性的影响;基于三维结构光扫描系统对道砟颗粒外形进行重构,实现道砟颗粒的精细化建模;基于DEM软件PFC3D V6.0建立高度为600 mm、直径为300 mm的道砟嵌入试样与纯土试样三轴计算模型;通过有限差分法(FDM)与DEM耦合,实现三轴围压柔性加载,分别对2种试样进行三轴试验模拟;对比分析了道砟嵌入试样与纯土试样的模拟结果,明确道砟嵌入对路基土变形特性的影响。研究结果表明:围压为30 kPa时,道砟嵌入试样峰值强度为257 kPa,纯土试样峰值强度为199 kPa,相比于纯土试样,道砟嵌入会使土体承受荷载的能力降低;剪切结束时纯土试样体应变为-3.24%,道砟嵌入试样为-14.59%,道砟嵌入试样剪胀效应更为明显;纯土试样与道砟嵌入试样侧向变形机理不同,纯土试样中部产生鼓胀变形是因为其中部区域不受约束,颗粒可自由运动,道砟嵌入试样土样表层发生侧向鼓胀是因为道砟-土界面处发生的道砟嵌入对表层土颗粒向两侧挤压的排挤作用;2种试样土颗粒配位数变化趋势一致,均表现出随轴向应变先增加、后减小、最后趋于平缓的趋势,但纯土试样土颗粒配位数明显高于道砟嵌入试样;纯土试样力链沿轴向发展且分布均匀,道砟嵌入试样会在道砟-土接触界面出现明显接触力集中。