考虑气动加热瞬态效应的复合材料壁板超音速LCO特性研究

研究了考虑气动加热瞬态温度效应的复合材料壁板非线性热气动弹性行为。对于气动热模型,采用Eckert参考温度法计算气动加热热流,采用有限差分法求解包括壁板面内和贯穿厚度方向的二维瞬态温度场。对于气动弹性模型,采用Von Karman假设来描述复合材料壁板的大挠度变形,采用一阶活塞理论描述超音速气动力。在该方法验证后,给出了考虑气动加热瞬态效应下的复合材料壁板瞬态温度响应和气动弹性极限环振荡(limit cycle oscillation,LCO)响应,并与壁板在稳态温度场中的气动弹性LCO响应进行对比分析。重点讨论了考虑气动加热产生的瞬态温度效应下斜激波、来流动压、传热系数和初始干扰力等因素对复合材料壁板超音速热气动弹性LCO响应和瞬态温度场的影响规律。

参数冻结精细指数积分法在非线性车桥耦合振动分析中的应用

描述车桥耦合作用的基本问题是一个时变系统问题,且很多工况下需考虑非线性特性,使得该问题难以得到解析解,甚至数值解也可能很复杂.针对该问题的求解,提出了一种参数冻结精细指数积分法,将其应用于车桥耦合动力学模型的数值分析中.该方法结合了精细积分和指数积分特点,并将时变系数矩阵在每一积分步参数冻结,用于获得系统振动响应的数值解.考虑汽车轮胎与桥面的力和位移耦合关系、桥面沥青铺装层、桥梁材料黏弹性和几何非线性特性,建立了车桥耦合动力学模型,并应用参数冻结精细指数积分法对该模型进行了求解.通过与近似解析解、辛Runge-Kutta算法以及经典的Newmark-β数值积分法计算结果进行对比,验证了所提出方法计算结果的有效性和准确性.在此基础上,制作了缩尺车桥耦合系统模型,测试了跨中挠度响应,进一步验证了理论建模和所提算法的有效性和实用性.通过数值计算分析了所提算法的数值特性,结果表明:提出的参数冻结精细指数积分法不仅可以处理时变、非线性问题,且具有良好的数值计算精度和长时间数值稳定性;由于精细积分的特点,参数冻结精细指数积分法的计算时间步长可以取的较大,可有效提高计算效率.因此,所提出的参数冻结精细指数积分法预期可成为求解车桥耦合动力学问题的一种新的高效算法.

考虑相干路面不平度的车-路-桥耦合系统振动分析

在车-桥耦合振动系统中,路面不平度作为主要激励之一,直接影响着车辆、路面铺装及桥体的动力响应,而在已有的车-桥耦合振动分析中,还少有考虑路面铺装及路面不平度相干性(即左右轮非一致路面不平度)的研究.为获得更接近实际的车-桥耦合振动分析模型,建立了三维车-路-桥耦合(VPBI)系统有限元模型.路面铺装的黏弹性属性用Prony级数表征;路面不平度由逆傅里叶变换法构建,通过左右轮路面不平度相位差引入相干性,采用约束耦合法实现车辆、路面不平度和路面铺装的位移协调,得到三维VPBI系统有限元模型,并分析左右轮非一致路面不平度及其相干强度对车辆、路面铺装和桥体动力响应的影响情况.结果表明,在建立更接近实际的更精细化的三维VPBI计算模型时,须考虑相干路面不平度对系统动力响应的影响.

深层页岩气非线性渗流的温度效应

为了研究温度变化对高温高压的深层页岩气藏产能的影响,建立了考虑变温吸附和随温度变化的压缩因子和黏度的页岩气非线性渗流模型,推导了考虑弹性变形和吸附应变的非均匀孔隙度和渗透率演化模型,发展了具有显式迭代格式的高效的半解析算法,将数值模拟结果与现场生产数据进行对比,验证了所建立模型和算法的正确性,分析了温度变化对深层页岩游离气、吸附气和总产量的影响.结果表明,压力越高,游离气产量受温度影响越小.当地层温度上升40°C时,浅层页岩游离气的产量降低14.5%,而深层页岩游离气产量增加1.4%.相反,压力越高,温度变化对吸附气产量的影响越大.当温度上升时,浅层和深层页岩吸附气的产量分别降低19.3%和31%.浅层页岩气因温度变化总产量相差约15%,而深层页岩气总产量受温度影响不大.在其他条件相同的情况下,高温高压的深层页岩气前5 a的累计产气量是浅层的1.76倍.所建立的模型和算法可以为深层页岩气的高效开发和优化设计提供参考.

冲击动载作用下含界面裂纹岩体破坏特征试验研究

以含预制界面裂纹的板状试样为研究对象,借助分离式霍普金森压杆系统施加不同强度的冲击动载,使用高速摄像系统记录裂纹扩展过程,分析不同冲击强度下3种界面倾角试样的宏观动态力学性质、裂纹扩展规律及破坏机制。研究结果表明,不同种类试样动态应力-应变曲线形态差别较大,在应力峰值处呈现单峰或双峰的形态,入射波峰值越小时,试样动态压缩强度受节理面角度的影响越大。根据裂纹形态、起裂位置和断裂机制共获得6种裂纹类型,随着入射能量增大,试样裂纹数量增多,试样由单一的劈裂拉伸破坏模式变为复杂的拉伸-剪切复合破坏模式。在试样界面处形成一个材料强度的“过渡区”,界面倾角以及两侧岩石弹性模量、泊松比等因素决定了“过渡区”的应力状态及强度特征。试样在预制裂纹端部首先开裂,预制裂隙端部的新生裂纹一般会跨越弱侧强化区、弱侧基体扩展,且随入射波峰值应力的增大,从Ⅰ型拉伸裂纹转变为Ⅱ型或Ⅲ型剪切裂纹,远场型裂纹相对更多的在弱侧基体出现,强侧基体一般只出现拉伸裂纹。界面和预制裂纹造成了试样复杂的应力环境和不同区域的强度条件,使得裂纹出现界面、裂尖共同主导裂纹路径的典型特征。含界面裂纹岩体破坏特征的试验研究是工程尺度层状岩体裂纹传播计算的试验基础,对于解决层状岩体工程稳定性问题具有重要意义。

不同石墨含量铜基摩擦材料耐热特性及摩擦性能研究

针对铜基摩擦材料耐热性能不足导致的摩擦片服役寿命受限这一问题,采用粉末冶金方法压烧了3种不同质量分数石墨的摩擦材料试样,主要研究了石墨含量对材料耐热性能及摩擦磨损性能的影响及其作用机制。表面形貌分析表明,随着石墨含量的增加基体连续性先增加后降低;热分析结果表明,石墨含量对热学性能的主要影响在于因石墨过量产生的团聚现象导致的界面传热下降;摩擦磨损试验结果证实,随着石墨含量的增加,试样耐热性能明显提升,材料基体的强度得到增强,但是却导致试样磨损率及动摩擦因数上升。

多频锁相融合的复合材料无损检测方法

红外锁相热波检测技术在单一的热波激励频率下仅能够检测到一定深度范围内的缺陷,当试样内部缺陷深度的跨度范围过大时,检测人员使用该技术易出现缺陷的漏检和误检。为了克服传统锁相热波检测技术中缺陷检测深度范围受限的缺点,提出了一种多频锁相融合方法。该方法首先根据锁相激励的理论解公式确定最优的热波激励频率和检测次数,再利用双路锁相相关及相位增强技术提取出不同频率下的相位图像,最后使用基于主成分分析的图像融合方法将所有相位图像重构为一幅融合图像。实验对含有不同深度和尺寸缺陷的玻璃纤维复合材料层压板进行检测,检测结果表明基于锁相热激励的多频融合方法相对于在单一热波激励频率下的检测能够扩大缺陷深度的可检测范围,检测图像的质量与其他传统的序列图像处理方法相比有较大的提升。

超重核^(296)Og的结构和α衰变

在变形的Skyrme-Hartree-Fock-Bogoliubov(SHFB)理论框架下,利用SLy4相互作用研究体积、表面和混合对力对超重核^(296)Og基态性质,如位能面、单粒子能谱、双中子分离能及α衰变能的影响。研究表明:1)体积和混合对力预言的^(296)Og的基态形状接近于球形,而表面对力预言其有着明显的形状共存;2)三种对力预言^(296)Og都具有超形变,对力对超形变态的结合能、位阱深度和激发能有着一定的影响,且表面对力的影响最大;3)对力对^(296)Og的壳结构、双中子分离能、α衰变能和α衰变半衰期有着一定的影响。同样地,表面对力的影响也最明显。而且,由对力引起的α衰变能的变化,有时会导致α衰变半衰期的数量级发生改变。