声波作用下的气泡非线性动力学特性影响因素及功率谱变化规律研究

为获取声波作用下的气泡非线性动力学特性影响因素及频谱变化规律,本文以描述声场作用下气泡动力学特性的Keller-Miksis模型为基础,综合利用多种数值分析方法,对激励声压幅值、激励频率以及气泡平衡半径等参数对气泡非线性动力学特性影响及参数控制下该非线性系统中多种运动状态下的频谱能量变化规律进行了研究。研究结果表明,只有当系统参数皆在一定阈值范围内时,系统才可能发生混沌,系统混沌运动状态的产生是各种因素相互制约和均衡的结果,且在该系统中蕴含着复杂的频谱展宽和能量转换过程。在实验中观察到次谐波的出现,并证明了随着激励强度的增大,产生次谐波的能量越大,同时基波能量衰减也越大。本文的研究工作可为引导外加声场的频谱结构发生改变所带来的潜在的噪声控制等应用提供一定的理论和实验基础。     

爆破地震波传播过程的振动频率衰减规律研究

爆破振动频率的研究是爆破振动危害控制技术发展的重要基础。基于引入介质阻尼项建立的黏性岩体爆破振动频谱表达式,并结合LS-DYNA有限元软件,数值模拟分析球状药包爆破振动主频和平均频率的衰减机制和规律;针对柱状药包,利用数值模拟其爆破振动频率的衰减规律。结果表明：无论是球状药包还是柱状药包,由于爆破地震波频谱曲线的多峰结构和高低频衰减速度的差异,其爆破振动主频随爆心距的增大并非严格的衰减,在衰减过程中出现局部突变或者波动,而爆破振动平均频率则随爆心距规则地衰减。该理论分析结果得到了工程实测振动资料的验证。     

富水细砂单向冻结超声波时频特性研究

为了掌握富水细砂单向冻结超声波时频参数响应特征,利用NM–4A型非金属声波检测仪,对单向冻结条件下不同冻结锋面位置的富水细砂进行超声波纵波透射试验。利用小波分解、傅里叶变换及连续小波分析等方法,分析局部冻土的声波波形、频谱等参数变化规律。结果表明:(1)由下至上单向冻结的富水细砂土受水分迁移的影响形成3个声阻抗区域:下部冻结富水区、中部冻结水分降低区和未冻水分降低区,单向冻结过程中接收波时频特征一直受到未冻水分降低区散射衰减作用的影响;(2)随着冻结锋面高度增加,局部冻结冻土接收波波形周期数目逐渐增多,但散射衰减作用相比于恒温冻结冻土仍较明显;(3)单向冻结细砂土纵波波速随着冻结锋面高度提升而增加,二者满足三次函数关系,相关性很好;(4)随着冻结锋面高度增加,频谱特征发生变化,最终频谱出现多峰,主频难分辨,频带宽,高频部分所占比例与低频部分基本相同的现象,由此发现单向冻结后期频谱内不同峰值可表征试件内部已出现的特定声阻抗区主频;(5)随着冻结锋面高度增加,冻土散射衰减逐渐减小,尾波由较发育转变为不发育;(6)利用连续小波分析方法可以分析出试件的历史冻结模式:单向冻结冻土主频值位置偏向于冷端,而恒温冻结冻土主频值位置基本位于整个时域的中间位置。     

敏感海域大直径钢管沉桩施工环保措施研究

为减弱海洋工程桩基础施工对海域环境造成的不良影响,开展大直径深长桩基础钢管沉桩施工的环境敏感性研究,本试验设计特制的减噪装置为气幕发生器,以研究沉桩过程中气泡帷幕的减噪效果;同时,对比分析了不同沉桩形成对环境影响的强弱。结果表明:钢管沉桩时开启气幕发生器,噪声峰值声压衰减量可达24%~74%;撞击沉桩产生的噪声峰值声压明显大于振动沉桩所产生的噪声峰值声压,撞击沉桩噪声在一定的频带范围内有较高的能量分布。     

脉冲爆轰发动机噪声的近远场传播研究

为探索脉冲爆轰发动机(PDE)的爆轰噪声传播特性,对爆轰噪声进行分析,建立了理论模型并进行数值仿真。通过CE/SE方法计算得到PDE管口静压、总压及总温随时间的变化曲线,在此基础上,利用大涡模拟得到了PDE近场区域的压力分布,并进一步对远场声压进行了预测。仿真结果表明:当轴向距离小于参考半径时,PDE噪声以1/r3衰减;当轴向距离大于参考半径时,PDE噪声以1/r衰减。该结果对研究PDE噪声的形成及控制方法具有指导意义。     

近远场地震动作用密贴交叉组合地铁车站振动台试验

以北京地铁公主坟换乘车站为背景,开展近远场地震动作用下密贴交叉组合地铁车站振动台试验,通过对模型土体和模型车站结构的动力特性进行分析,研究密贴交叉组合结构地铁车站的地震响应特性。结果表明:在频谱特性不同的近场和远场地震动作用下,土层的地震反应不同,主要频谱成分接近模型地基土基频的近场地震动和中场地震动,对土层的放大效应更明显;与传统的单体车站结构不同,由于上下两个车站间发生相互作用,使得车站结构底板应变幅值大于顶板,边墙结构下端应变幅值均大于上端。     

列车振动荷载作用下公轨合建隧道及周围土体动力响应特性研究

为了研究列车振动荷载作用下公轨合建隧道及周围土体的动力响应特性,采用模型试验与数值模拟相结合的方法,基于时频分析研究隧道管片和内部结构的动力响应特性以及振动波在地层中的衰减特性。研究结果表明：列车荷载作用下全频域范围内,隧道管片结构动力响应随着频率的增大而增大,而内部结构上部车道动力响应表现为随频率的增大先增大(0～140 Hz)后减小(140～200 Hz)。就不同位置动力响应衰减幅度而言,上部车道最大,其响应平均衰减幅度为20.05dB,相应地时域上峰值加速度的衰减幅度为72.6%。此外,考虑列车振动荷载的移动效应会使隧道结构的动力响应增大,移动荷载作用下道床处峰值加速度增加了约105%,内部结构侧壁处增大了41.9%,侧壁与上部车道连接处增大了47.3%,上部车道中心处增大了22.3%。单次列车振动荷载作用过程中隧道结构的最大位移发生于拱底,其峰值为3.85 mm。     

编码结构的高频声场屏蔽效应研究

设计了一种基于编码结构的圆柱体空腔,在墙体透射与隔声理论分析和物理建模的基础上,利用有限元分析,发现该结构能对空气中的高频声场进行有效的隔离,当外部声压较高时,模型内部声压仅为极低,且外部声压约为内部声压25倍.同时发现,当入射激励在不同位置时,其被屏蔽的区域也不同,可以拓展至实现特定区域的声屏蔽功能.     

大跨度柱面网壳结构风荷载特性风洞试验研究

为研究大跨度柱面网壳结构受特征湍流影响的风荷载特性,在大气边界层风洞中对一大跨度柱面网壳干煤棚结构进行刚性模型同步测压试验,获得了结构表面测点在36个风向角下的测压数据。根据测试结果分析了结构的平均、脉动风压分布特性,脉动风荷载谱以及测点间脉动风荷载的相关性等。结果表明：结构在不同风向角下,特征湍流的影响情况不同,平均风压和脉动风压最大值出现的位置和范围存在较大差别;结构迎风位置测点脉动风荷载无量纲功率谱数值较大,且频谱成分复杂,随着气流向尾流区域发展,无量纲功率谱谱峰宽度及对应的无量纲频率具有增大的趋势,且高频段的衰减速度变缓;测点间脉动风荷载相关性随着频率及测点间空间距离的增加而减小,当频率达到30 Hz时,其相干函数值快速衰减,可以近似认为不相关。     

预紧力衰减对摩擦型高强螺栓群承载力的影响

摩擦型高强螺栓预紧力衰减的现象普遍存在于大型钢结构工程中,而预紧力的衰减造成摩擦型高强度螺栓群的抗剪承载能力降低。螺栓群的抗剪承载能力取决于滑移荷载和滑移量。文章以三行三列螺栓群为例,对不同位置的螺栓的预紧力衰减情况进行模拟,研究各螺栓预紧力衰减对螺栓群抗剪承载能力的影响。在不同的螺栓预紧力状态下,对摩擦型高强螺栓群的受力情况、滑移荷载和滑移量进行有限元数值计算,采用放大系数表征不同位置的螺栓预紧力衰减对螺栓群受力影响的显著性。研究结果表明:螺栓预紧力的衰减会增大相邻螺栓的受力;近荷载端的螺栓排中的首尾两个螺栓的放大系数最大;当单个螺栓预紧力衰减100%时,终滑移荷载降低为标准状态的88.9%;当2号螺栓预紧力衰减100%时,终滑移量最大值增加到标准状态的1.5倍。