动载作用下铁矿石能量耗散规律及破坏特征试验研究

为研究攀枝花铁矿开采境界内铁矿石的动力学性能,利用动静组合分离式霍普金森杆实验系统,开展 4 种典型铁矿石的动态单轴压缩试验。 以动态强度、能量耗散、碎屑分布为切入点,分析 4 种矿石的动力学响应特征。 试验结果表明:4 种铁矿石的动态强度均具有明显的率效应,随冲击速率的增加而增大;所研究冲击速率范围内,中低 品位铁矿石的动态强度显著大于高品位铁矿石和表外矿的强度;随着冲击速率的增加,单位体积耗散能随之增大,且 单位体积耗散能的增加幅度与铁矿石的品位相关;基于分形理论分析 4 种铁矿石破坏后碎屑块度的分形维数,发现碎 屑块度的分形维数随冲击速率增大而增加;最后,分析了单位体积耗散能与分形维数的关系,发现二者呈现非线性正 相关关系。     

3D打印裂隙岩体动态力学性能及能量耗散规律初探

地下岩体结构经常遭受到地震、爆炸、冲击振动等产生的动力扰动，利用3D打印技术的优势研究冲击荷载下岩体动态力学性能对实现3D打印技术在工程领域的应用具有重要意义。采用φ50 mm的变截面霍普金森压杆(SHPB)装置，对含预制裂隙的3D打印岩体试样进行动态单轴压缩试验。研究结果表明：试样的动态抗压强度随着预制裂隙倾角的增大呈现出先减小后增大的趋势，当预制裂隙倾角为30°时试样强度最小，当预制裂隙倾角为90°时试样强度最大。与3D打印岩体试样的静态单轴压缩强度对比发现，3D打印砂性材料具有明显的率效应，当应变率为139.65 s^-1时，3D打印岩体试样的动态抗压强度是静态抗压强度的4.34倍。预制裂隙缺陷在一定程度上加剧了试样的能量耗散和破碎过程，并且30°倾角预制裂隙对试样能量耗散和破碎结果的影响程度最大。同时，3D打印岩体试样的能量耗散过程与破碎块度表现出明显的自相关性，所用的3D打印砂性材料的宏观破碎结果与能量耗散之间的关系与天然岩石材料有一定相似性，为今后3D打印材料模拟天然岩体应用于动态力学试验的可行性奠定了基础。     

基于MF-DCCA 的呼吸道疾病与大气污染物相关性分析

针对呼吸道系统疾病与大气 PM2:5、 SO2 浓度序列的相关性特征, 应用多重分形消除趋势波动分析法 (MF-DCCA), 对张家界市永定区呼吸道系统疾病患病人数与大气 PM2:5、 SO2 浓度序列进行了研究。结果发现该地区 呼吸道系统疾病患病人数与大气 PM2:5、 SO2 浓度的相关性具有长期持续特征和多重分形特征。随后对它们相关性 多重分形特征的动力来源进行了分析, 通过随机重排和相位随机处理, 结果表明在不同时间尺度上的长期持续性影响 是其主要动力来源。进一步研究发现该地区呼吸道系统疾病与大气 PM2:5、 SO2 浓度序列的相关性在四个季节均具 有长期持续性的多重分形特征, 且夏季多重分形特征相对强于其他季节。     

具有函数尺度因子的有理分形曲线

带有常数尺度因子的分形插值,是描述具有明显自相似事物的一个有效工具,然而,它却难以精确地刻画自相似较弱的不规则数据.为此,提出一种具有函数尺度因子的有理样条分形插值方法.首先,在迭代函数系统中引入函数尺度因子,构造了一种仅仅基于函数值的带有形状参数的有理分形插值曲线;然后讨论了分形曲线的分析性质,包括分形曲线在尺度因子满足适当条件下的光滑性、分形曲线对插值数据扰动的稳定性以及分形插值函数的收敛性;最后,研究了分形曲线的计盒维数,给出了计盒维数的上下界.数值算例验证了该分形曲线造型的可控性和对噪声的鲁棒性;对海岸线数据插值时,该方法相比B样条、Bézier曲线和三次样条能更好地还原海岸线的粗糙程度;处理股票时序数据时,相比ARIMA和SVM方法,在RMSE等多项指标下更优.     

柴油机缸内团聚态颗粒氧化过程中的破碎

基于全气缸取样系统采集不同燃烧时刻的柴油机碳烟,使用粒数粒径测试分析仪和透射电子显微镜测量了碳烟的粒径分布、数密度、分形维数和团聚度,进而获得团聚态颗粒的破碎速率,在上述工作的基础上,分析了柴油机缸内碳烟氧化主导阶段团聚态颗粒物的破碎现象.结果表明:碳烟氧化主导阶段初期,团聚态颗粒破碎速率高,碳烟颗粒总粒数密度和核态颗粒数密度增加,同时分形维数和团聚度明显减小.随氧化主导阶段燃烧反应的进行,破碎速率逐渐降低,总颗粒数密度逐渐减小,核态颗粒数密度先增加后减小,而分形维数和团聚度呈现上升的趋势.     

基于多重分形的SF6替代气体击穿特性研究

为探究干燥空气作为SF_6替代气体的可能性并深入理解短间隙气体放电流注的放电特性,搭建冲击电压放电试验平台,施加雷电冲击电压和快速暂态过电压,在极不均匀电场下探究干燥空气和SF_6气体的绝缘水平。为进一步研究流注形态特性受气体种类、电压极性等外界条件的影响,利用ICCD相机捕获二维流注图像分析了流注发展速度和流注通道长度的关系,并基于多重分形理论对流注整体形态的复杂性进行了解释。结果表明,在0.4MPa的气压下,干燥空气的脉冲击穿电压(V50%)满足24kV C-GIS的基本脉冲绝缘水平;在负极性下分形谱最大值相对较大,流注发展速度更快;与SF_6气体下的流注形态相比,空气下的流注形态的分形谱最大值较大,流注发展速度更快;多重分形谱谱宽不随外界条件变化而变化,说明流注光电离在二维图像空间分布上具有一定的相似性。     

低温条件下红砂岩动态力学性能试验研究

应用SHPB试验和分形方法研究饱水冻结红砂岩的动态力学性能和破碎分形特性,分析负温变化对红砂岩动态强度性能和变形破坏规律的影响,结合SEM扫描实验,探究应力波作用下饱水冻结红砂岩的微观破裂机制。研究结果表明,负温变化显著影响红砂岩的动态力学性能和分形特性,其中动态强度随温度降低(25~-40℃)呈先增大后减小的趋势,形似"几"字形,峰值应变则是先减小后增大,这与冻岩的静载试验结果迥然不同。经引入分形维数D,建立冻结红砂岩块度分形计算模型,经模型计算得到红砂岩在25,-5,-10,-20,-30,-40℃时的分形维数分别是2.37,2.12,2.29,2.35,2.41,2.44,这与试验筛分结果基本吻合。通过对红砂岩断口形貌的观察和分析,发现低温条件下红砂岩最终断口多发生于黏土胶结物上或其与矿物颗粒的交界处,常温条件下红砂岩断口形貌较为复杂,很难看出规律性,但在引入低温梯度后,由黏土胶结物和矿物颗粒组成的断口形貌会逐渐呈现出规律性,在对相应规律分析总结后推断,负温条件下胶结物的性质和断裂性能对红砂岩力学性能有着更为显著的影响。     

煤体破裂分形特征与声发射规律研究

探究离散性影响下煤体力学行为演化机制及失稳预测方法是有效提高冲击地压预测准确性的关键，开展煤受载破坏声发射监测试验并对破碎块体筛分统计，获得了强度、块体分形特征、声发射信号规律及其相互关系。研究结果表明:受裂隙及夹矸等影响煤体内部形成承载结构缺陷区导致其强度具有显著离散性，含有夹矸或裂隙越多，煤体受载过程弹性区越短承载能力越低，破碎后完整性较高，峰后软化特征明显，煤体单轴压缩破坏块度分形维数为2.08~2.60略高于岩石，碎块分形维数随峰值应力增加而升高，将质量频率分布曲线的斜率定义为碎块密集度(k)，碎块密集度越小煤体分形维数越大，破碎块体的数目越多体积越小破碎程度越高;煤体受载过程声发射能量、信号密集度和能量累积量随强度正相关变化，声发射累积量正比于分形维数，结合试验统计结果，深入分析了声发射能量与分形维数间的内在联系，并建立了声发射累积总能量随分形维数变化的经验公式，研究成果为定量的分析声发射信号与煤体力学行为间相互关系提供指导。     

煤层注水对原煤孔隙及甲烷吸脱附性能的影响

煤层注水对防突具有显著效果,而煤层孔隙特性是影响瓦斯吸脱附及渗流的重要因素,为了从孔隙角度揭示不同注水压力对原煤体甲烷吸脱附性能的影响。选取首山矿己15-12070工作面进行煤层注水现场实验,使用氮吸附法得出各煤样孔隙特性并用分形理论计算孔隙粗糙度,使用静态容量法测出各煤样吸脱附参数。结果表明:注水后各孔径段孔隙量均有所增加,注水压力与比表面积、孔容及分形维数呈线性正相关关系;孔隙特征参数与甲烷吸脱附性能呈线性正相关关系;各煤样均出现甲烷吸脱附迟滞现象,且注水压力越高,甲烷吸附能力越强,脱附迟滞程度越大。煤层注水压力越大,煤的孔裂隙数量会增多且粗糙度增大,煤体倾向于保留更多的瓦斯。