潜艇水下毁伤试验综合测量与分析方法研究

为解决潜艇水下毁伤单次试验中测试测量要素与数据分析不够完备的问题,着眼单次试验获取尽可能多的有效试验数据,提出一种潜艇水下爆炸毁伤试验的综合测试测量方法,分试验前、试验中和试验后3个阶段对测量要素进行了较为全面的分析,并提出了相应的测点布设方案和试验数据处理方法,通过仿真试验对综合测量与分析方法进行探讨,指出了测试测量与数据分析时需要注意的问题,可为潜艇水下毁伤试验的开展提供参考.     

基于加权最小二乘的结构模态参数与损伤识别

为提高利用最小二乘进行模态参数识别的精确度,提出了分频段加权最小二乘模态参数及损伤区域识别方法。分别基于各频率段能量和普通克里金插值作为权值,加权计算模态参数。将此方法应用于识别时变系统,用于Koyna混凝土重力坝在地震作用下损伤识别中。结果表明,识别的固有频率时程曲线可以准确地对结构损伤情况进行描述,根据坝体观测点在初始和损伤结束时刻的响应信号识别的归一化振型可以对结构损伤进行定位。该方法可以较大地提高结构模态参数的识别精度,并且准确地识别结构的损伤区域。     

基于核磁共振成像的混凝土冻融损伤特征

为研究多次冻融循环过程中材料内部孔隙分布的变化特点,采用低强度磁场核磁共振成像扫描仪对经过0,50,100和200次冻融循环的混凝土试件进行扫描,获得了弛豫时间T₂分布谱和扫描图像。研究结果表明:随着冻融循环次数的增加,表征材料孔隙率大小的T₂谱面积呈现初期增速较快,后期增速减小的规律;小孔隙含量随循环次数增加而减小,大孔隙含量随循环次数增加而上升;不同损伤程度的混凝土试件的核磁共振(NMR)扫描图像与T₂分布谱的变化特点具有较好的同步性,体现了扫描结果的准确性。研究成果有助于加深对混凝土在冻融循环过程中结构损伤演化规律的认识。     

正弦波下砂岩ms级损伤预测模型

为获得毫秒(ms)级正弦波损伤变量预测模型,对岩样在不破坏情况下进行了不同波形不同频率的轴向力加卸载试验。提出了不同步时间段的定义,进而获得不同峰值荷载下不考虑不同步时间条件下的动态泊松比分别与即时荷载、即时横向长度、即时轴向高度之间的线性关系,从而得到线性关系中系数与峰值荷载间的拟合公式,即可联立不同已知条件,通过少量几个加载力峰值下的试验数据,对任意峰值荷载下动态泊松比与相关参数间的线性关系进行预测。以此为基础研究得到,在误差允许的范围内,采用动态泊松比与即时横向长度的线性关系,推导出体积应变、损伤变量的计算公式和方法,可以很好地对加卸载过程中岩样的体积应变、损伤的变化做出ms级的精确预测,也为在已知少量循环试验下获得岩石动态参数,即可对ms级的损伤进行精确预测的模型提供了方法。     

考虑接触行为的U型渠道冻胀数值模拟

U型衬砌渠道具有良好的整体性和冻胀适应性,但在冬季仍极易因土体冻胀而导致破坏。考虑渠基冻土与衬砌接触面冻结的非线性特性和冻土、混凝土材料的塑性特征,建立能分析渠道基土与衬砌间挤压、脱开及滑移等接触力学行为的渠道冻胀破坏热力耦合数值模型。以宝鸡峡灌区塬下北干渠为原型渠道,按照模型是否考虑接触分别进行冻胀数值模拟,并对模拟结果进行对比分析。结果表明:考虑接触的模型模拟结果与原型实测值更相符,更能合理地解释U型渠道冻胀在渠底与阴坡衔接处冻胀量最小;考虑接触的混凝土塑性应变最大值是不考虑接触时的3.76倍;考虑接触的法向冻胀力和切向冻结力更均匀,最大值均减少1.5~3.0倍,应力集中现象减弱,更能反映混凝土衬砌板与渠基土之间的滑移变形与破坏准则的相互作用。研究结果为U型衬砌渠道冻胀破坏规律提供了分析方法。     

基于应变率损伤本构模型的围岩分区破裂化现象数值模拟

为了探究深部巷道围岩的分区破裂化现象,利用ANSYS/LS-DYNA软件数值模拟,使用Cowper-Symonds本构模型结合GISSMO模型,将巷道的开挖视为动力过程。从岩石的细观角度出发,考虑岩石的应变率效应以及损伤对岩石的力学性质的影响,构建应变率损伤本构模型。同时结合应力三轴度,以更全面地描述岩石在各种应力条件下的力学特性,并基于最大应变和最大拉应力准则建立单元破坏准则。对岩石进行单轴压缩数值、掘进开挖法模拟及实际观测的结果表明:岩石单轴压缩全应力-应变曲线拟合效果较好;掘进开挖速率对分区破裂化现象有影响;掘进开挖法的分区破裂化模拟结果与实际观测数据具有一定的一致性。提出的模型对于围岩分区破裂化现场的模拟及预测有一定的参考意义。     

钨酸锆填料与沥青的粘附与水损害特性

为分析亲水性钨酸锆材料作为沥青混合料填料的合理性,基于表面能和粘附功理论,对不同填料和沥青的表面能参数及粘附功进行测试和计算,通过设计水侵蚀试验,研究不同填料组成的沥青胶浆在水损害条件下的自由能和拉拔强度变化规律.试验结果表明:钨酸锆填料具有更大的Lewis碱和范德华表面能分量,基质沥青则具备比SBS改性沥青更大的Lewis酸碱和范德华表面能分量;在干燥状态下,钨酸锆替代矿粉作为填料,可提高其与沥青的粘附功,进而提高沥青胶浆拉拔强度;在有水侵蚀下,钨酸锆沥青胶浆具有更大的表面自由能变化,水更倾向于取代基质沥青与钨酸锆浸润.钨酸锆沥青胶浆比矿粉胶浆具有稍差的耐水损害能力.     

涡扇发动机拉紧轴疲劳试验

针对涡扇发动机拉紧轴在工作环境中所存在的疲劳失效问题,提出基于有限元法(FEM)与Miner线性累积损伤理论相结合的理论模型,实现了已知涡扇发动机拉紧轴材料、几何尺寸等条件下的标准载荷循环谱计算.进一步开展了风扇拉紧轴的疲劳寿命试验测试与分析,结果表明,试验中拉紧轴可承受30 000次试验载荷循环数,试验之后经检查无裂纹、凸肩切入、螺纹断扣等失效现象,最终确定其在标准载荷循环下的安全使用寿命.通过开展对拉紧轴的疲劳试验研究、仿真计算与分析等工作,有效验证了可靠性寿命预测方法与模型的可行性.     

基于塑性损伤模型的管片接头阶段分析

基于上海地铁13号线管片接头足尺加载实验,结合ABAQUS中混凝土塑性损伤模型和混凝土结构设计规范,对混凝土CDP模型的参数进行标定,并建立盾构管片接头塑性损伤三维有限元模型,研究管片接头在弯矩和轴力共同作用下的损伤破坏的全过程,对破坏过程中四个阶段的弯矩、裂缝张开量、挠度和损伤之间的关系进行详细分析。结果表明:塑性损伤模型计算得到的挠度-荷载曲线和试验曲线吻合较好,管片接头经历全截面受压阶段、小变形阶段、大变形阶段和接头接触挤压破坏阶段。以裂缝张开量为基础,结合管片接头挠度、弯矩和拉伸损伤带的损伤平均值,提出盾构管片接头损伤破坏的健康评价指标。     

古建筑木构件残损特征及其内部空洞的应力波无损检测

为了更准确地掌握古建筑木构件内部残损状况,在大量现场调研的基础上分析木构件残损特征和主要残损部位,采用FAKOPP应力波对榆木试件采取逆向试验,研究在不同形状、大小的空洞下应力波对空洞面积、空洞形状、波速衰减的数字采集情况.研究结果显示:随着空洞的不断扩大,检测面积与实际面积之间的误差值逐渐减小,最小误差可达4％,此外两者之间存在显著线性关系.FAKOPP应力波对空洞形状的识别较弱,当空洞位置为中部时,将二维平面检测图与反映Va、Vb、Vc、Vd、Ve波速线形图进行综合分析有利于对内部孔洞形状的判定以及空洞面积的参考.其中以Ve路径的波速最为稳定,当空洞达到截面面积1/2时,对比完整试件其波速衰减最高可达51.16％.研究成果有利于古建筑进行预防性保护以及将检测方法由定性转为量化分析,为实际工程的修缮加固方案提供有效数据支持.