头部撞击损伤的有限元模型建立

根据人体头部的螺旋CT医学影像,利用图像边界分割、各层图像之间的影像配准以及三维重建技术建立了头部几何模型,然后运用NURBS曲面片的构造算法将三角面片转换为四边形面片,最后利用TrueGrid软件对颅脑几何模型进行网格划分,同时进行适当的网格修补,从而建立了人体头部有限元模型。根据碰撞过程中的能量守恒,验证了模型的可靠性。本模型可用于汽车交通事故中头部损伤的生物力学研究以及为开发相应的汽车安全防护装置提供理论依据。     

三维动静组合加载下花岗岩能量耗散试验研究

利用改造的三维霍普金森试验系统(split Hopkinson pressure bar, SHPB),选取4个轴压水平(25, 50, 75和100 MPa)和4个围压水平(0, 5, 10和15 MPa),对应开展4种应变率(约70, 90, 110和130 s^-1)下花岗岩三维动静组合加载试验研究,分析静载轴压、静载围压和应变率对花岗岩受冲击过程中能量耗散的影响规律,并讨论其破坏模式。试验结果表明:轴压增大时,花岗岩破坏时单位体积吸收能逐渐降低;围压或应变率增大时,单位体积吸收能逐渐升高。岩石储能极限在能量耗散过程中发挥关键作用,且不同情况下具体表现不同:储能极限与初始储能的差值影响岩石受冲击时的吸能值;当岩石在静载下进入损伤阶段初期时,储能极限与初始储能的比值决定岩石受冲击时的释能值;当岩石在静载下进入损伤阶段后期甚至发生屈服时,储能极限值正比于岩石释能值。此外,岩石破坏模式与单位体积耗散能关系密切:应变率相似静载组合变化时,破碎程度与单位体积吸收能变化呈负相关;静载组合确定应变率梯度变化时,破碎程度与单位体积吸收能变化呈正相关。     

不同构型潜射航行器倾斜出水流场演化特性

研究头部构型、发射角度、发射速度对潜射航行器跨介质出水载荷及水流场演化特性的影响.基于潜射航行器跨介质出水弹射试验及数值仿真数据,采用统计学相关分析与跨介质水动力、水流场演变特性相结合的方式,揭示各试验影响因素对航行器跨介质水流场特性的影响及机理.研究结果表明,各因素影响航行器跨介质稳定性的程度关系为:头部构型>发射角度>发射速度.影响潜射航行器跨介质出水载荷及水流场演化稳定特性的因素如下:1)头部构型差异引起流场脱落涡强度与脱落涡频率的不同,影响了湍动能耗散(最大耗散为0.075 J);2)发射角度不同引起了航行器运动状态与分力的改变;3)发射速度不同引起的初始动能不同诱发跨介质动能耗散不一.     

高速滑坡活动强度的动力模拟

考虑到高速滑坡过程中的速度和变形的不均匀性、变形能的改变以及能量的损耗 ,提出一种可以模拟滑坡从失稳开始滑动到终止全过程的数值模型 ,可用来预测最大滑速和最大滑距及滑体形状的变化 .通过对天水锻压机床厂滑坡的滑速和滑距的验证及坡体形状的计算机模拟 ,证明了该方法的有效性 .结果表明 :滑坡形成高速的根本原因在于剧滑时综合摩阻力的下降 ,滑体后部在滑动过程中的较大重心落差是滑体高速运动的动力来源 ;在滑动的中间阶段 ,滑体经常呈现出整体运动的特征 ,而中前部土体在滑坡后则易处于松弛甚至拉伸的状态     

单轴加卸载条件下岩盐变形过程能量和声发射特征研究 （研究生论坛）

利用 MTS815 Flex Test GT 岩石力学试验系统及声发射(AE)实时监测系统,对取自平顶山和淮安两处矿井的纯盐岩进行了单抽加卸载试验,得到了岩盐的应力-应变加卸载曲线、声发射振铃计数率和能量率曲线,并且从能量与声发射的角度研究了纯岩盐变形破坏过程的基本特征。通过研究表明,岩盐单轴加卸载条件下,弹性变形阶段很短,屈服过程产生很大的塑形变形,且峰后的变形过程没有应力的急剧下降,整个实验过程中加卸、载之间滞回环面积很微小。在整个实验过程中,弹性应变能占的比例非常的小;盐岩单轴加卸载变形破坏过程中,其耗散能随应变一直增加,且增长率递增,而当应力接近峰值时,增长率趋于恒定,耗散能曲线开始呈线性增长;弹性应变能在峰前一直增加,且增长率递减,在峰值处达到最大值,峰后开始下降。岩盐在试验初始阶段振铃计数率与能量率便大量产生,而后在屈服阶段呈现下降进入稳定发展期,直到峰值处,出现一个累计振铃计数和累计能量曲线的拐点,峰后以一个更高的速率稳定地且呈现阶梯状发展。本文对于盐岩储气库的水溶开挖和采气过程中逐渐卸载的应力环境施工过程有一定的实际指导意义。     

Laboratory investigation on mechanisms of stress wave propagations in porous media

A number of porous models having the similar statistical characteristics of pores and physical properties with natural sandstones have been produced using reactive powder concrete (RPC) and polystyrenes. Spit-Hopkinson-Pressure -Bar tests and CT scans have been carried out on the models with the various porosities to probe the performance of wave propagations and the responses of pores and the matrix during wave propagations. It is shown that porosities significantly influence wave propagations. For an identical impact strain rate, the greater the porosity is, the larger the amplitude of the reflected wave appears, the more the peak in the reflected wave presents, and the smaller the amplitude of the transmitted wave turns out. A single peak emerges in the reflected wave when the porosity falls down to 5%. The larger the impact strain rate, the much remarkable the phenomena. The energy-dissipated ratio of porous models, i.e., W _J /W _I , linearly increases with the increment of porosities. The ratio is sensitive to the impact strain rate. Differences in the performance of wave propagations and energy dissipation result from the varied mechanisms that pores response to impacts. For the porosity less than 10%, the mechanism appears to be a process fracturing the matrix to generate new surfaces or pores. Energy has primarily been dissipated in creating new surfaces or pores. No apparent pore deformation takes place. The impact strain rate takes little effect on pore geometry. For the porosity of 15% or more, the mechanism works depending on the impact strain rate. When a low impact strain rate applies, the mechanism still appears to crack the matrix to generate surfaces or pores, but the amount is lower as compared to the case with a low porosity. If a large impact stain rate applies, the mechanism combines both fracturing the matrix and deforming the pores, with the deforming pores predominating. The vast majority of energy has been dissipated to deform pores. Only high porosity and impact strain rate can bring significant deformation to the pores. The proposed eccentricity of pores is capable of characterizing the geometry of pores and its change during wave propagations. Supported by the Natural Sciences & Engineering Research Council of Canada (PGS-D2-2006), the National Basic Research Program of China (“973” Project) (Grant No. 2002CB412705), and the New Century Excellent Talents Program of the Ministry of Education of China (NCET-05-0215)     

不对等射流空中碰撞扩散消能研究

本文在总结挑流碰撞消能已有研究成果的基础上,提出射流空中碰撞消能的主要作用在于分散水流,用小股射流碰撞大股主射流,可以使主射流充分分散,达到消能目的。通过模型试验,分析了不对等射流的水力特性,研究了满足消能需要的最小流量比,从而提出了不对等射流空中碰撞消能的新思路,并为创造这一新的消能方式打下了初步基础。     

Effect of dynamic loading conditions on the dynamic performance of MP1 energy-absorbing rockbolts: Insight from laboratory drop test

Energy-absorbing rockbolts have been widely adopted in burst-prone excavation support, and their serviceability is closely related to the frequency and magnitude of seismic events. In this research, the splittube drop test with varying impact energy was conducted to reproduce the dynamic performance of MP1rockbolts under a wide range of seismic event magnitudes. The test results showed that the impact process could be subdivided into four distinct stages, i.e. mobilization, strain hardening, pla...     

基于能源互联网的新能源及微电网接入对电网的影响

针对能源枯竭和生态环境恶化的状况,发展清洁能源、能源互联等已成为世界各国的研究热点。总结了目前能源互联网的概念和研究实践,在此基础上分别从集中式新能源、分布式新能源及微电网接入电网来分析对电网产生的影响,包括市场机制、辅助服务等综合性问题和继电保护等纯技术性问题。最后,给出了对华东电网未来接入新能源和微电网的建议。     

冲击载荷下磁铁矿石破碎的能量耗散特性

针对金属矿山企业破碎磁铁矿石时,存在着耗能巨大且能量利用率较低的工程问题. 利用分离式Hopkinson压杆装置和高速摄影技术,首先,研究了磁铁矿石在冲击载荷下的能量运移转化规律及其机理;其次,采用标准方孔砂石筛与GZS-1高频振筛仪,分析了不同耗散能下磁铁矿石破碎块度的分布规律、平均块度的变化情况、以及矿石冲击破碎模式的转变过程;然后,分析了随应变率提高,矿石能量耗散率与破碎程度的相关性问题;最后,结合影响矿石块度分布的基本因素,推导出了磁铁矿石平均块度的预测模型表达式. 结果表明:随入射能提高,矿石波阻抗的降低,改变了矿石与压杆间的透射系数与反射系数,影响着各能量在入射能中的占比分布,即能量耗散率和能量反射率增大,而能量透射率却减小;耗散能越高,磁铁矿石的破碎程度越重,当耗散能由14.79 J提高到121.18 J时,矿石破碎块度的主要分布区域由粗粒端（26.5 mm,37.5 mm）向细粒端（4 mm,16 mm）移动;耗散能与平均块度（d_s）呈减对数关系,d_s降低了56.04%;d_s存在着一个临界值,当d_s大于该值时,矿石能量耗散率和破碎程度呈正相关;反之,两者呈负相关;在该值处,磁铁矿石可实现最优破碎. 研究成果对于磁铁矿石破碎工序中的能耗控制具有一定参考价值.     

基于耗散能法分析热拌及温拌再生 SMA沥青混合料的疲劳特性

为了分析废旧沥青路面材料(reclaimed asphalt pavement,RAP)掺量和Sasobit对再生沥青玛蹄脂碎石混合料(stone mastic asphalt,SMA)疲劳性能的影响,本文设计并比较了不同RAP掺量(0%、20%、30%)的热拌及温拌SMA沥青混合料.对不同类型SMA沥青混合料进行四点梁弯曲疲劳试验,采用耗散能法分析其疲劳特性.研究表明:1)不同类型SMA沥青混合料的疲劳次数与累计耗散能之间的关系不会随RAP掺量改变以及是否添加Sasobit发生变化,其疲劳寿命与累计耗散能在双对数下,均表现出良好的线性关系,且具有唯一的关系方程.2)随着RAP掺量的增加,再生SMA沥青混合料的累积耗散能降低,疲劳寿命下降.3)Sasobit对温拌SMA沥青混合料耗散能量的能力有不利影响,而对温拌再生SMA沥青混合料影响不大.     

Simulation of the Impact Between Head and Seat Head Restraint During REC Under Consideration of the Multiphase and Nonlinear Features

The impact process between car drivers head and seat head restraint during a car rear end collision is simulated, where the multiphase and nonlinear features of the human brain tissues and the foam material of the seat head restraint are considered. Using the FEM-software LS-DYNA, the brain tissue deformation caused by a car REC is calculated. The purpose of this work is to supply references for improving the design of the head protective devices. The results show that the maximum shear strain appears near the boundaries of different phases and there is a great shear strain gradient in the brain tissues.     

后张预应力摇摆墙动力耗能机制分析

为分析后张预应力摇摆墙的墙-基摇摆碰撞冲击阻尼在地震动能量输入中的能量耗散贡献。基于ABAQUS建立摇摆墙精细化模型,结合模态分析确定摇摆墙结构动力特性,模拟发生大侧移下摇摆墙自由衰减振动,获得墙顶位移、速度和加速度动力时程响应,以摇摆墙恢复系数作为冲击阻尼量化指标,综合评价了不同高宽比和预应力水平摇摆墙的包含碰撞耗能多机制耗能能力。结果表明：所提出的模型能够精确还原摇摆墙试验模型的动力响应;高宽比对摇摆墙动力特性影响显著,减小高宽比可明显提高碰撞耗能占比,最高为78.3%;初始预应力水平对摇摆墙动力特性和自由衰减振动响应影响并不明显,但可显著提高耗能能力,将耗能占比提高至36.8%。     

多级孔板消能泄洪洞设计初探

多级孔板消能泄洪洞是在小浪底水利枢纽工程设计过程中提出的一种全新的消能工,鉴于国内外大型工程中尚无实践经验,经批准在碧口水电厂排沙洞内进行孔板消能的原型试验,任务主要是了解孔板的消能特性、水流空化及脉动情况、振动情况、孔板孔缘的保护措施和施工经验。试验取得了圆满成功,为多级孔板消能泄洪洞的设计积累了丰富的经验,也为小浪底工程将导流洞改建为永久孔板泄洪洞打下了坚实的基础。     

客车侧翻乘员防护座椅系统

为提高客车侧翻事故中对乘员的保护能力,减少或避免乘员损伤,根据客车侧翻中乘员的运动状态、损伤机理和损伤程度评价,提出了具有主动倾斜约束的ARS(active-tilting restraint system)安全座椅系统.结合ECE R66法规,建立了车身段结构-约束系统-乘员组合有限元模型,计算分析了客车侧翻时座椅约束系统对乘员不同运动行为状态下的乘员损伤和防护作用.与原座椅系统的对比分析可知,ARS座椅在客车侧翻时有效地约束了乘员的运动轨迹确保其在生存空间内,避免了被撞击侧乘员超出生存空间而受到损伤,且乘员的头部和胸部等损伤指标HIC(head injury criteria)和TTI(thoracic trauma index)均得到有效改善.研究结果表明:ARS座椅在客车侧翻中施加相对于翻转运动的回正作用能有效保证乘员的生存空间,同时经约束客车乘员的运动状态提高了其损伤防护能力.     

辅助消能工应用于低佛氏数水流消能的试验研究

低水头闸坝工程的一个普遍水力学问题是低佛氏数水流的消能防冲 ,其特点是消能率低 ,为达到较好的消能效果 ,常在消力池中加设一些辅助消能工 .结合沂沭河上某节制闸的消能试验 ,探讨几种辅助消能措施在低佛氏数泄水建筑物中的应用     

无线传感器网络中基于能量比的簇首选择机制

针对无线传感器网络中节点的不同能量损耗度,提出了基于能量代价的能量比簇首选择机制;该机制首先将普通节点视为簇首节点,计算节点的必要能量损耗值和节点当前的能量剩余值;并结合本文提出的能量比概念及计算公式,将上述能量相关值转化为可衡量传感器节点的能量损耗快慢度的簇选因子量值。仿真实验表明,该算法实现了更优的簇头选择,能有效延长网络生命周期。     

滚石冲击闭孔泡沫铝夹芯板耗能缓冲机理研究

在棚洞顶部铺设一定厚度砂土垫层可起到有效的耗能缓冲作用,不同厚度的砂土垫层耗能缓冲效果差异较大,如何量化砂土垫层厚度成为棚洞结构设计的关键问题之一。以实际棚洞结构为原型,采用动力有限元对滚石冲击砂土垫层进行数值仿真计算,分析不同冲击能量下多组砂土垫层厚度组合的动力响应及耗能缓冲机理。结果表明：低冲击能量下,改变砂土垫层厚度对滚石冲击力影响不大,而高冲击能量下,不同厚度砂土垫层的吸能减震效果有显著差异;增大砂土垫层厚度可有效的减弱滚石冲击对棚洞钢筋混凝土顶板造成的变形影响,但同时会增加结构自重,通过计算,可以得到最优化的垫层厚度,兼顾经济合理性和结构可靠性。研究成果将为滚石多发区棚洞结构砂土垫层的设计提供理论依据。     

Experimental study on the deformation behaviour,energy evolution law and failure mechanism of tectonic coal subjected to cyclic loadsOA

Compared to intact coal, tectonic coal exhibits unique characteristics. The deformation behaviours under cyclic loading with different confining pressures and loading rates are monitored by MTS815 test system,and the mechanical and energy properties are analysed using experimental data. The results show that the stress–strain curve could be divided into four stages in a single cycle. The elastic strain and elastic energy density increase linearly with deviatoric stress and are proportional to th...     

阶梯-深潭系统消能率的试验研究(研究生论坛)

阶梯-深潭系统是高坡降河流上经常发育的一种河床结构,它能够形成阻力、极大的消耗水流能量,从而稳定河床。为了更加深入的了解阶梯-深潭系统的消能率变化规律和阶梯-深潭系统的优化设计,本文研究了阶梯-深潭系统在不同量级洪水下的消能率,并对构造的两种形式的阶梯-深潭系统在不同量级洪水下的消能率进行了对比分析。试验在云南省昆明市东川区蒋家沟内进行,试验沟道由泥石流堆积物上开挖而成,利用在沟道上游修建的水池来制造试验洪水,阶梯-深潭系统用直径0.3-0.5m的大石块构造。试验采用了两种典型的阶梯-深潭系统构造形式,一种为单个阶梯加较深深潭的构造形式,一种为多级阶梯加较小深潭的构造形式。试验结果表明,阶梯-深潭系统消能率最高能达到90%以上。阶梯-深潭系统的消能率随着洪水量级的增大会减小。在各种工况下,第一种形式的阶梯-深潭系统消能率要高于第二种形式,本研究为阶梯-深潭系统的优化设计提供了依据。