无限均匀固体介质包围的固体圆柱中弹性波的理论求解与数…

对各向同性弹性固体地层包围的固体圆柱中，对称点源激发的声波进行了理论求解和数值研究。详细分析了沿圆方向传播的导波的频散及激发特性，分析并计算了声波场沿柱体外介质纵，横波支点的割线积分。在分波分析的基础上，进行了瞬态全波场的数值模拟，计算了不同地层参数下圆柱界面上不同点径向切应力和径向法应力的瞬态全波曲线。     

水介质受冲击后的应力波计算

从流体动力学基本理论出发,用应力波理论建立了以水作为介质的应力波传播模型,推导出介质受冲击后瞬时的应力波传播至某一点的超压值的计算方法,进行了压力的测试实验,并将计算值与实验结果进行了比较,证明该计算模型是可靠的.     

蒸压加气混凝土砌块砌体水平灰缝钢筋锚固试验

目的 研究钢筋在不同砂浆中的粘结锚固机理及钢筋应力沿锚固长度方向的变化,确定钢筋在蒸压加气混凝土砌块砌体水平灰缝中的锚固长度.方法 通过蒸压加气混凝土砌块砌体水平灰缝钢筋锚固试验,对11个试件44根钢筋进行拉拔试验,分析钢筋直径、截面正应力、砌筑砂浆强度等级及截面刻槽等因素对钢筋锚固的影响.结果 在实际工程中,加气混凝土砌块在采用专用砂浆砌筑截面有刻槽、专用砂浆无刻槽、普通砂浆有刻槽三类形式构件时,砌体水平灰缝中钢筋锚固长度可分别取400 mm、460 mm、490 mm,具有一定安全储备.结论 不同类型试件对构件粘结力的影响存在很大差别,砂浆强度对粘结力具有显著影响.     

非对称双层磁性薄膜中的自旋波研究

在一维海森堡模型的基础上,采用界面参数化方法,将双层铁磁/反铁磁薄膜中自旋波本征值问题归结为联立求解能量约束方程和界面参数化方程.重点讨论了在层间反铁磁性耦合薄膜中自旋波低温激发问题.结果表明:体系中存在体模、完全禁闭模和界面模三类不同的本征模,三类自旋波的传播行为以及本征模的色散关系不同.体模能在薄膜中自由传播,但在...     

岩体内应力波传播的研究进展与展望

岩体动态力学行为和应力波传播特性是岩体工程动态稳定性分析的关键科学问题之一.天然岩体内广泛存在着从细观缺陷到宏观节理等不同尺度的不连续结构面,影响应力波的传播,导致应力波能量的衰减.岩体内的细观缺陷和宏观节理对应力波传播的影响具有不同的作用机理,充分认识不同尺度的不连续面对应力波传播规律的影响对岩体工程动态稳定性分析具有重要意义.首先,分析了应力波在细观缺陷岩体内的衰减机制,详细介绍了研究细观缺陷岩体内应力波传播的波散射方法、等效弹性模量方法、等效黏弹性连续介质方法,对比总结了这些方法的适用性及优缺点.其次,分析了应力波在宏观节理岩体内的透、反射机制,系统介绍了研究宏观节理岩体内应力波传播的位移不连续方法和等效连续介质方法,重点概述了这2种方法的优缺点.再次,总结了双尺度不连续结构面岩体内应力波传播的分析方法,在同一框架内分析了双尺度不连续结构面岩体内应力波的传播规律,阐明了细观缺陷和宏观节理对应力波传播规律的不同作用机理.最后,结合深部岩体工程、极地岩体工程等国家重大项目,展望了应力波分析方法在极端环境下岩体工程稳定性分析中的应用.     

复式楔形深孔掏槽爆破研究

掏槽爆破时随炮孔深度增加,岩石夹制作用增强,抛掷效果差,导致炮孔利用率降低,直接影响岩巷的掘进速度.采用数值方法对12孔复式楔形掏槽进行研究,揭示了应力波在槽腔内的传播规律,再现了炮孔底部槽腔的形成过程.研究发现采用双楔形毫秒延期爆破,炮孔底部形成2个应力峰值,有利于槽腔内岩体的破碎.同时中心孔的存在增强了破碎岩体的抛掷作用,提高了炮眼利用率.根据分析结果进行了孔深3m的现场爆破试验,10组爆破实验平均炮眼利用率为94.9%.     

煤系地层弹性波阶段性衰减特性分析

微震监测技术在矿山动力灾害预警、水力压裂增透效果评价等方面发挥着显著作用.煤系地层是典型的层状介质，介质各向异性和层间界面是弹性波在煤系地层中传播和衰减的重要影响因素.结合弹性波传播理论，采用有限元数值模拟为手段，研究了层状介质中弹性波传播的阶段性衰减特征.研究结果表明：相同试验条件下，层状介质中弹性波传播的信号幅值随着传播距离的增加呈指数衰减.由于层间界面的反射和透射作用，雷克子波速度幅值在100～400 Hz频带内显著衰减，在低频段(100～200 Hz)内的垂直衰减系数约为水平衰减系数的1.5倍，测点有效监测范围为8～12 m.雷克子波作用1个周期内，穿层方向的垂直应力场在近震测点(距离≤13 m)范围内具有相同的波动规律，应力响应表现出传递特性；随震源作用时间和传播距离增加，层间不连续界面阻断弹性波应力传递过程，弹性波幅值在主应力方向表示出阶段性衰减规律，应力状态呈现“正—负—正”交替变化特征.通过数据拟合分析发现，层状介质中的衰减系数介于单层介质吸收衰减系数的最小值与最大值之间.     

基于空域方格模板的水泥刻槽路面裂缝提取方法

针对水泥路面裂缝检测过程中刻槽的干扰问题,提出一种基于空域方格模板的水泥刻槽路面裂缝提取方法：根据刻槽的几何特性,选取合适边长的方格对图像进行遍历搜索,将影响裂缝识别的刻槽干扰因素进行剔除。提取过程：利用中值滤波对水泥刻槽路面进行滤波处理;采用基于分块的图像分割算法对路面图像进行分割;对分割后的图像进行空域方格搜索;对图像进行去除噪声和毛刺处理。实验结果表明,该方法不仅对水泥刻槽路面裂缝的识别有良好效果,而且极大缩短了算法运行时间。     

槽波探测技术的多领域应用与试验

为有效探测煤层厚度、构造、采空区等,科学指导矿井安全、高效生产,使用德国SUMMIT-ⅡEX槽波地震仪,采用透射法,在选定适宜频率进行波速成像后,根据波速与煤层厚度的负相关关系,实现了煤层厚度的定量化解译,准确率达86%。采用反射法,利用槽波沿煤层传播时遇到断层等波阻抗界面产生反射的现象,根据槽波传播速度及反射波到达检波器的时间,计算并预测了走向断层位置,偏差小于5 m。另外,在探测采空区、地应力集中区、瓦斯富集区、突水风险区等方面开展探测试验,取得了有价值的成果。槽波具有只在煤层中传播、携带信息多、探测距离远等优点,槽波地震勘探技术是一种有效的矿井物探手段,具有良好的应用前景。     

含层状液体介质瑞雷面波频散曲线正演分析

瑞雷面波在地球物理勘探和工业无损检测中起着重要的作用.自由界面激发的瑞雷面波有多个导波模式,瑞雷面波频散曲线特征可以清楚反映各层介质的力学参数.很多文献已经讨论了横向均匀层状固体介质中瑞雷面波的传播模式和特征,为了研究含层状液体介质自由界面瑞雷面波的传播特征,本文用传递矩阵法,结合位移应力的边界条件,推导出不同情况下含层状液体介质的瑞雷面波频散方程,频散函数表现为实数域的行列式,所以可用二分法求解,数值计算出三种不同情况下含层状液体介质模型的多模式瑞雷面波频散曲线,并对频散曲线的特征和影响因素作了简单分析,发现频散曲线可以清晰反映某些介质的层速度参数.     

超高韧性水泥基复合材料的波传播试验研究

为了研究超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）中应力波的传播特性,采用Hopkinson杆加载UHTCC试件,测得UHTCC在0.2、0.3、0.4、0.5 MPa冲击气压下的应力波信号. 通过对比入射杆波形,验证相同加载条件下加载波形的一致性. 分别采用两点法和峰值法计算每种冲击气压下UHTCC中应力波的波速,结果显示,两点法适用性较广,计算结果较稳定,利用峰值法测波速则需要入射杆和试件波阻抗相近. 计算结果显示,UHTCC中应力波波速、衰减系数随冲击气压均无明显变化,平均波速为3.060 km/s,平均衰减系数为2.777 m^?1. 可以利用朱-王-唐本构模型参数表达材料中应力波的波速和衰减,也可以利用实测的波速和衰减系数将UHTCC的朱-王-唐冲击本构模型表示为只含单个准静态参数的方程,从而提供通过试验直接确定UHTCC动态本构的方法.     

Piezoelectric responses of brittle rock mass containing quartz to static stress and exploding stress wave respectively

The electromagnetic emission（EME） induced from the rock containing piezoelectric materials was investigated under both static stress and exploding stress wave in the view of piezoelectric effect. The results show that the intensity of the EME induced from the rock under static stress increases with increasing stress level and loading rate; the relationship between the amplitude of the EME from the rock under different modes of stress wave and elastic parameters and propagation distance was presented. The intensity of the EME relates not only to the strength and elastic moduli of rock masses,but also to the initial damage of the rock. The intensity of EME induced by stress wave reaches the highest at the explosion-center and attenuates with the propagation distance. The intensity of EME increases with increasing the elastic modulus and decreases with increasing initial damage. The results are in good agreement with the experimental results.     

SHPB杆加载动态裂纹扩展速度测试方法研究

利用改进的ＳＨＰＢ（Spite Hopkinson Pressure Bar)压杆实验装置,建立了应力波加载条件下动态裂纹扩展速度的测定方法,并对１８Cr2Ni4ＷＡ钢进行了实验测定,结果表明本文建立的方法简便易行,可用于高加载速率下裂纹扩展速度的测定。     

预混气体爆轰波传播定性仿真建模研究

借助定性仿真,建立预混气体爆轰波的传播定性模型,推理分析不同初始压力下,预混气体爆轰波传播速度,研究预混气体爆轰波爆轰过程中传播速度与初始压力的关系,且采用定量的实验验证定性的建模推理分析结果.结果表明,定性推理分析的结果与实验结果是一致的,即随初始压力的逐渐增大,爆轰波的传播速度逐渐加大.爆轰波传播定性建模推理分析对安全传输可燃性气体和管道阻火器的安全使用具有重大意义.     

基于超声波的钢板防腐层剥离检测方法

针对管道防腐层破损和剥离的检测问题,从钢板防腐层模型出发,提出了一种基于超声波的钢板防腐层剥离检测算法.该算法利用兰姆波在单层介质和双层介质中的传播特性,得出了不同传播介质与超声波传播速度变化的关系.在有限元仿真软件ANSYS环境下构建了裸钢板模型及外壁涂有防腐层的钢板模型,分别在这两种模型下进行受力振动产生超声波,并对超声波的传播速度进行对比分析.通过仿真计算得出,超声波在有防腐层钢板中比在裸钢板中的传播速度慢,根据仿真模型搭建实验平台,验证了仿真结果的正确性,从而可进行基于超声波的钢板防腐层剥离检测.     

Caustic study on blast-induced wing crack behaviors in dynamic–static superimposed stress field

This paper studies blast-induced wing crack behavior in a dynamic–static superimposed stress field using high-speed photography in combination with the optical method of caustics. With a static–dynamic loading setup, four PMMA plate specimens with pre-existing cracks under different static loading and the same dynamic loading were tested to observe the mechanical characteristics and the kinematic characteristics of blast-induced wing cracks during the propagation process, including crack length, crack velocity and dynamic stress intensity factor (SIF) at the crack tip. The results show that the behavior of the blast-induced wing crack is affected by the explosion stress wave and initial static stress, and the initial static stress with the direction being perpendicular to the wing crack propagation direction hinders crack propagation. Furthermore, the boundary constraint condition of the specimen plays an important role on the behavior of the crack propagation in the experiment.     

An improved multidirectional velocity model for micro-seismic monitoring in rock engineering

An improved multidirectional velocity model was proposed for more accurately locating micro-seismic events in rock engineering. It was assumed that the stress wave propagation velocities from a micro-seismic source to three nearest monitoring sensors in a sensor's array arrangement were the same. Since the defined objective function does not require pre-measurement of the stress wave propagation velocity in the field, errors from the velocity measurement can be avoided in comparison to three traditional velocity models. By analyzing 24 different cases, the proposed multidirectional velocity model iterated by the Simplex method is found to be the best option no matter the source is within the region of the sensor's array or not. The proposed model and the adopted iterative algorithm are verified by field data and it is concluded that it can significantly reduce the error of the estimated source location.     

超高速飞行器气动外形对电波传播特性的影响

等离子体鞘套会对飞行器的无线通信信号产生强烈的干扰,甚至中断信号而威胁飞行器的飞行安全．为了解不同气动外形对电波传播特性的影响,文中研究了典型飞行器外形(钝头和尖头)外部鞘套的电波传输特性．首先,采用商业软件COMSOL计算不同飞行条件下的流场分布,生成离散鞘套模型数据．然后,结合等离子体中电波传播理论,采用高维Lagrange插值以及Runge-Kutta等方法数值地求解电波在鞘套中的射线方程,得到电波轨迹和衰减以及一些新的传播特性,并对这些传播特性的物理机制进行了分析．结果表明,在相同条件下,钝头飞行器对电波的干扰明显地强于尖头,表现出丰富的传播现象．取得的这些结果,能够为超高速飞行器设计提供参考,并进一步推动相关问题的研究．     

Modeling of Electromagnetic Wave Propagation and Its Application in Virtual Test

电磁波传输建模及在虚拟试验中的应用

林连雷,苏文圣,姜守达

（哈尔滨工业大学 自动化测试与控制系）

创新点说明：

本文主要针对用于虚拟试验的电磁波传输模型,研究了多类典型天气下的电磁波传输模型,并将构建的模型用于雷达制导导弹虚拟试验中,通过试验验证了该模型的有效性。主要创新点如下：

1）为满足虚拟试验的实时性要求,采用快速计算方法,在满足计算精度的前提下实现了电磁波传输的快速计算;

2）将电磁波传输模型封装为独立的虚拟试验资源,该资源具有良好的通用性,可用于各类涉及电磁波传输的虚拟试验中;

3）通过HIT-TENA体系结构构建了一个虚拟试验系统,通过典型天气下的多个虚拟试验,验证了本文开发的电磁波传输模型的有效性。

研究目的：

虚拟试验技术是近年来一种新兴的试验技术,主要用于对武器装备进行复杂环境条件下的试验验证,评价其在复杂环境下的作战效能等。虚拟试验离不开虚拟环境以及相应的环境效应,本文针对一种常用的环境效应模型——电磁波传输效应模型展开研究。电磁波传输模型常用于雷达类的虚拟试验中。本文针对虚拟试验对模型实时性和通用性的要求,研究了电磁波传输模型的快速计算方法,并将其封装为具有独立功能的试验资源。

研究方法：

1）分析了典型天气下的电磁波传输模型,针对虚拟试验实时性的要求,针对每种模型提出了基于C语言的快速计算步骤;

2）利用UML建模语言,设计了运行于HIT-TENA平台上的具有通用性的电磁波传输资源;

3）利用一个雷达制导导弹攻击目标的虚拟试验验证了本文开发的电磁波传输资源有效性。

结果：

1）通过跟理论模型的传输曲线进行对比,证明了本文开发的电磁波传输模型的计算精度;

2）通过一个虚拟试验验证了本文开发的电磁波传输效应资源在虚拟试验中的应用有效性。

结论：

在本文中,我们针对晴天、雾天、雨天、雪天共4种典型天气下的电磁波传输展开研究,通过快速计算方法构建了满足虚拟试验实时性要求的电磁波传输模型。然后,开发了运行了HIT-TENA虚拟试验平台上的电磁波传输效应组件,该组件不但能计算不同天气条件下的电磁波能量衰减,而且在HIT-TENA平台下实现在其他试验系统中的重用。

关键词：电磁波传输,建模与仿真,虚拟试验

     

基于裂纹扩展的两级加载下的疲劳-蠕变寿命预测

取加载一个周期内拉应力作用下的应变能密度增量为材料的损伤变量,由迟滞回线所围面积导出了该损伤变量的计算式;依据材料被损伤会使裂纹扩展,裂纹的扩展会导致试件发生断裂的事实,以J积分为裂纹扩展的控制参量,将裂纹扩展看作纯疲劳损伤与蠕变损伤二者共同的贡献,考虑疲劳-蠕变的交互作用,导出了在两级应力加载下的疲劳-蠕变寿命的表达式;该表达式与加载的波形、材料的疲劳-蠕变速率相关.应用该表达式对316L钢在550℃两级应力梯形波加载下的疲劳-蠕变寿命进行了预测,预测值在1.5倍误差因子以内,预测精度较高.