水射流设备中关键部件磨损机理的研究

磨料水喷嘴是高压磨料水射流切割设备中的关键部件之一，由于受到磨料粒子的高速冲刷，使它容易磨损失效，不得不经常更换。目前，该喷嘴主要靠进口，使得加工成本过高，影响了高压磨料水射流这种新兴加工方法的推广应用。本文主要研究了磨料水喷嘴的磨损机理，磨损形式及影响高压磨料水喷嘴磨损的主要因素。得出了射流时磨粒磨损和冲蚀磨损是喷嘴磨损的主要原因这一结论，提供了减少磨料水喷嘴的磨损，提高寿命的理论依据。     

磨料射流破碎岩石的性能研究

磨料射流在切割破碎岩石时，将产生比纯水连续射流巨大的冲击力。从固液两相流特点出发，对高压磨料射流破碎岩石的机理进行了分析与实验研究。得出岩石在受到磨料射流的冲击下，磨粒与水体对岩石的冲击压力与岩石在水介质作用下力学特性的变化共同促使了岩石的破坏。岩石破坏时最大剪应力位于0．5倍喷嘴直径的径向距离处，同时在固体介质表面边缘产生最大拉应力。该研究从理论与实验上为磨料射流破碎岩石奠定了理论基础。     

淹没条件下超高压水射流破岩影响因素 与机制分析

超高压水射流辅助破岩是提高机械钻速的有效途径,水射流破岩效果影响因素及机制研究是其关键之一.选取100～200 MPa 共5档驱动压力和3种岩样,实验研究淹没条件下水射流驱动压力、喷距、作用时间和喷射角4个因素对冲蚀切割破岩效果的宏观影响规律.采用全解耦流固耦合数值分析方法,对超高压射流破岩过程中耦合系统应力场进行计算,建立岩石宏观断裂规律与微观破坏机制间的联系.研究表明,淹没条件下超高压水射流冲蚀切割破岩存在最优喷距和喷射角:100 MPa时最优喷距约为15倍喷嘴直径,200 MPa时约为20倍喷嘴直径,随压力的增加而增加;最优喷射角为12°～14°.超高压水射流作用下岩石的破坏发生在毫秒量级,主要是拉伸和剪切破坏作用,是由射流冲击应力所造成.研究可为超高压射流辅助钻井技术中水力参数优选及钻头设计提供参考依据.     

淹没磨料射流的动理论分析

淹没磨料射流有效地解决了水下切割硬度较大的物体,动理论方法能更好地分析淹没磨料射流流动的相关理论问题。借助于多相流的运动理论,深入分析了淹没磨料射流的输运特点,探讨了淹没磨料射流中各相的碰撞特征。建立了淹没磨料射流中固、液、气各相分别满足的连续性方程和动量方程。分析指出,只要知道各相的分布函数,则可得到液、固、气各相的运动规律。     

低压磨料空气射流破硬岩规律及特征实验研究

针对坚硬围岩巷道和隧道的掘进效率低、钻具损耗快等问题,提出低压磨料空气射流辅助破硬岩技术思路。采用Fluent-EDEM数值分析不同压力条件空气射流流场结构和磨料加速机制,确定影响磨料加速的关键因素。基于自行研制的磨料空气射流破煤岩系统,研究射流压力、磨料质量流量和冲蚀时间对冲蚀破碎花岗岩效果的影响规律,明确提高破岩效率的关键因素。采用扫描电镜对花岗岩冲蚀坑进行了形貌分析,揭示低压磨料空气射流破硬岩机制。形成了以下主要结论：在压力2 MPa时,射流可达543 m/s,能够将磨料加速至130 m/s,具备冲蚀破坏硬岩的能力。增大气固两相速度差,提高颗粒所受曳力和虚拟质量力是提高磨料速度的关键。相比于提高压力,提高磨料质量流量和冲蚀时间更能提升破岩效率。入射磨料主要以冲击应力波和反复塑性变形使岩石表面产生裂纹和唇状边缘冲蚀坑,反射磨料以剪应力的形式使冲蚀坑壁面产生微裂纹,形成片状断裂裂纹。低压磨料空气射流破岩机制与高压条件下相同,从理论上验证了低压磨料空气射流破硬岩的可行性。     

坚硬顶板水射流预制缝槽定向预裂防冲技术试验

我国大部分冲击地压发生与煤层上覆坚硬顶板密切相关,为了提高坚硬顶板预裂卸压效果,提出一种坚硬顶板水射流预制缝槽定向预裂卸压防冲方法。针对砂岩顶板,通过室内高压水射流切割岩石,测定不同水力化参数下岩石破坏深度、宽度以及冲蚀体积等缝槽特征指数值的变化规律,并进行现场试验。结果表明,单因素切缝特征试验时,岩石缝槽的特征指数深度、宽度、冲蚀体积与射流压力、喷嘴直径、重复切割次数呈正相关关系;与喷嘴横移速度呈负相关关系,岩石缝槽的特征指数随着靶距的增加呈现先增加后减小的趋势,切割效率最优靶距在5d处;五因素四水平正交试验时,影响缝槽卸压最优化的5个关键因素主次关系分别为喷嘴移动速度、重复切割次数、射流压力、喷嘴直径以及靶距;基于实验室研究规律,选择参数,对顶板高压水射流割缝进行井下试验研究。对于单轴抗压强度68 MPa顶板岩层,切缝半径相比传统刀具式切缝提高了10倍,并降低了压裂时裂缝起裂压力,顶板岩层水射流预制缝的聚能引导下,单次压裂半径最大可达15 m,防冲卸压效果良好。     

基于前混合磨料射流的水下破拆救援机器人的研究

本文通过介绍磨料射流基本理论和磨料水射流切割实验理论,指出了磨料射流的水下破拆救援机器人拟解决的关键性问题,对水下机器人的发展也有着重要的实践意义。     

基于CT方法的磨料射流冲蚀损伤岩石特性研究

 为了深入揭示磨料射流破岩机制,开展磨料射流冲蚀典型脆性岩石(硅质灰岩)实验,同时用CT扫描机对冲蚀后试件进行CT扫描,并利用图像处理技术对获得的CT图像进行二值化处理,直观反映磨料射流作用下岩石的破坏与损伤情况。结果表明：磨料射流破岩过程中除了能冲蚀去除岩石,于岩石内部形成由圆形截面与“V”形垂面构成的倒锥体冲蚀孔洞外,还会在孔壁致生大量小裂缝,对岩石产生一定的损伤作用,于冲蚀孔周边构造出一定范围的损伤区。通过实验测试手段直接验证了磨料射流冲蚀损伤岩石特性的存在,为深入揭示磨料射流破岩机制提供实验基础。     

磨料参数对石材切割能力的影响

本文对高压水射流中混入的磨料，以及在切割石材过程中磨料参数的选择进行了试验研究．并对磨料水射流的切割机理进行了分析，探讨了磨料参数的变化对切割石材的影响。     

水射流设备中关键部件加工技术的研究

高压磨料水射流切割设备中的关键部件——磨料水喷嘴，由于受到磨料粒子的高速冲刷，使它容易磨损失效，它的材料一般选用高硬耐磨的硬质合金。该材料的硬度高、脆性大，属于难加工材料。并且磨料水喷嘴是深小孔式，属于难加工的机械零件，加工精度要求高。用一般的加工方法难以完成。目前，该喷嘴主要靠进口，使得制造设备成本提高。本文通过对各种喷嘴材料性能的研究，选择硬质合金材料作为磨料水喷嘴的材料。设计了专用夹具，用高速电火花加工深小孔，并在实验的基础上，分析了工艺参数对加工效率及加工质量的影响。     

利用磨料射流技术切割钢筋混凝土

为保证对原有住宅加层改造工程的顺利实施而进行了磨料射流切割钢筋混凝土板的实验研究，介绍了磨料射流的基本原理，描述了整个试验过程，进而进行了成本分析，得出利用磨料射流技术切割C30、15cm厚以下的钢筋混凝土梁、板结构技术是可行的结论。     

基于损伤的混凝土剪切应力-应变关系

从微观层次上分析了混凝土试件在单调剪切荷载作用下的损伤破坏机制，解释了混凝土剪切本构关系的非线性和宏观特征；借助能量原理，建立了混凝土剪切本构方程模型；在混凝土的断裂应变服从对数分布假设的前提下，分析得出应力-应变关系仅与混凝土的峰值点割线剪切模量及原点切线剪切模量有关，该式能反映混凝土剪切试验上升段的几乎所有特点，与已有曲线相比较，结果吻合较好。     

钢桥面沥青混合料铺装体系疲劳特性的损伤力学分析

用损伤力学原理及方法,从力学近似法角度分析了单纯的沥青混合料铺装层矩形截面梁疲劳损伤特性,推导出梁的应变场和疲劳寿命预测公式。按抗弯刚度等效简化原则,将疲劳试验复合梁模型中的实际桥面用钢板简化为沥青混合料铺装层叠加到下面的沥青混合料铺装层上,共同组成准单纯的沥青混合料铺装层矩形截面梁,应用该原理及方法推导出梁底缘的应变场,以南京长江第二大桥钢桥面环氧沥青混凝土铺装体系复合梁疲劳试验为例,进一步推导出复合梁的疲劳寿命预测公式。通过实例分析,表明损伤力学原理及方法可用于分析钢桥面沥青混合料铺装体系疲劳特性,其疲劳寿命预测结果是较为精确的,它的实际应用还需给出相应的修正,此外指出了环氧沥青混凝土铺装具有很好的抗疲劳性能。     

高性能泡沫混凝土隧道隔震材料研究

基于泡沫混凝土作为隧道隔震材料在力学性能上的要求,开展了影响泡沫混凝土隔震性能的九因素四水平正交试验,通过正交试验得到了影响泡沫混凝土隔震性能的主要因素及各组分的最佳配合比,并研制得到了一种高性能泡沫混凝土。静力与动力试验结果表明该高性能泡沫混凝土的强度、延性、防水性能较普通泡沫混凝土都有明显改善。同时,为验证其作为隧道隔震层的减震效果,将其运用于西藏嘎隆拉隧道洞口段的抗震计算中。数值计算结果显示高性能泡沫混凝土可以有效降低隧道衬砌单元的应力及塑性破坏区的大小,从而证明其具有良好的隔震性能。综合考虑高性能泡沫混凝土的隔震性能与经济性,研究成果对高烈度区隧道的抗震设计有较好的借鉴意义。     

Multi-source information fusion applied to structural damage diagnosis

This study aims to import multi-source information fusion (MSIF) into structural damage diagnosis to improve its validity. Two structural damage identification methods based on MSIF are put forward, one of which is to fuse two or more structural damage detection methods by MSIF and another of which is the improved modal strain energy method by multi-mode information processing based on MSIF. Through a concrete plate experiment it is proved that, if two methods are integrated by character-level information fusion, structural initial damages can be more accurately identified than by a single method. In a simulation of a concrete box beam bridge, it is indicated that the improved modal strain energy method has a nice sensitivity to structural initial damages and a favorable robusticity to noise. These two structural damage diagnosis methods based on MSIF have good effects on structural damage identification and good practicability to actual structures.     

爆炸振动对塑性混凝土防渗墙的影响

 根据混凝土结构设计规范和混凝土材料力学特性的研究成果,在塑性混凝土室内力学特性实验的基础上提出适合塑性混凝土材料受压和受拉状态下的全应力–应变关系。同时结合损伤力学中的能量等效原理,分别定义塑性混凝土材料在受压和受拉状态下的损伤定义,分析损伤发展过程。在此基础上,以辽宁红沿河核电站取水口施工围堰的防渗墙爆破振动控制为背景,采用数值计算分析在爆炸振动作用下,防渗墙顶部质点振动速度与防渗墙损伤面积的关系,据此制定塑性混凝土材料的爆炸振动速度控制标准。分析结果表明,当周围爆炸作用在防渗墙顶部产生的振动速度小于3.0 cm/s时,不会对混凝土产生影响;当振动速度为3.0～7.5 cm/s时,塑性混凝土损伤面积随振动速度线性增长;当振动速度超过7.5 cm/s时,损伤开始加速上升,防渗墙开始产生结构和功能性的破坏。     

Simulation of the failure mechanisms of quasi-brittle materials

One of the major technical interests for quasi-brittle materials is the failure mechanism under uniaxial or triaxial loading, or under some other standard tests such as beam bending specimen and compact specimen. Recent research has led to development of formal procedures for predicting damage behavior of quasi-brittle material using computational simulation in the tests mentioned above. These procedures have subsequently been programmed into a computer module and thus have helped the researcher have a general direction of what the corresponding experiment will be. The objective of this paper is to present and describe results obtained using meso- or micro-mechanical simulation of quasi-brittle materials such as concrete and ceramic. Typical results show that the presented method provides a less expensive alternate to understanding the failure mechanisms of quasi-brittle materials.     

行星式椭圆形顶管机直接切削管片试验研究

针对宁波地铁联络通道的施工需要,选用了行星式椭圆形顶管试验机,并安装上十字刀对C40陶粒混凝土管片进行切削试验,分析了切削管片的效果、切削参数特征、刀具损伤等,试验发现在短时间内的切削过程中十字刀就已磨损严重。随后又设计了一种新型切削刀具,将其安装于行星式椭圆形顶管试验机进行试验,并对其进行同样的分析,试验发现新型切削刀具对C40陶粒混凝土切削性能良好但刀座出现磨损,针对出现的磨损问题,对刀具进行改造,将新型刀具刀头安装在一个可自旋的刀座上改造成一把可自旋转的刀具。研究结果表明:十字刀并不适用于C40陶粒混凝土管片的切削;新型刀具三齿复合片刀头的切削性能良好但未改进前刀座磨损严重的情况;加入自旋刀座改进后,切削性能进一步加强且磨损较小,改进后的刀具能适用于C40陶粒混凝土管片的切削。     

Damage detection in beam-like structures using static shear energy redistribution

In this study, a static shear energy algorithm is presented for the damage assessment of beam-like structures. According to the energy release principle, the strain energy of a damaged element suddenly changes when structural damage occurs. Therefore, the change in the static shear energy is employed to determine the damage locations in beam-like structures. The static shear energy is derived from the spectral factorization of the elementary stiffness matrix and structural deflection variation. The advantage of using shear energy as opposed to total energy is that only a few deflection data points of the beam structure are required during the process of damage identification. Another advantage of the proposed approach is that damage detection can be performed without establishing a structural finite-element model in advance. The proposed technique is first validated using a numerical example with single, multiple, and adjacent damage scenarios. A channel steel beam and rectangular concrete beam are employed as experimental cases to further verify the proposed approach. The results of the simulation and experiment examples indicate that the proposed algorithm provides a simple and effective method for defect localization in beam-like structures.     

GRC永久性模板的试验研究

在提出GRC混凝土工程永久性模板的基础上,在实验室进行了GRC永久性模板的试制,同时对GRC和混凝土复合梁的性能进行了测试,通过初步的实验可以看出,GRC/混凝土复合梁较素混凝土梁有很大的变化,GRC制作混凝土工程永久性模板是可行的