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[硕士论文] 栾玥琪
工程力学 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:本文依托不同冲击荷载下钢管混凝土压裂实验,通过查阅相关资料分析了数字图像相关法的优势与适用范围,采用DIC-3D软件对实验中拍摄下来的高速图像进行位移与应变分析,得出钢管混凝土裂纹演化规律,并在此基础上展望了数字图像相关法在工程实践中的扩展与运用。论文的主要工作与结论如下所示:
  (1)从数字图像相关法的工作原理、优点、适用范围等方面分析它在脆性材料受冲击荷载实验中的适用性,结合型钢与混凝土的共同作用,得出可选用二维数字图像相关法系统采集实验信息并分析实验结果的结论并设计相关实验。
  (2)针对冲击荷载的高应变率和准脆性材料的内部缺陷,选取适当的加载系统与散斑制作方法,介绍动态应变场测量系统,并在此基础上设计整套实验方案,本次实验的目的是研究实心钢管混凝土的裂纹演化规律,其要点为扩展起始点、扩展方式和扩展规律,以及随着速度的提高其扩展方式有何变化。
  (3)将分析数据汇总,从局部变形、变形前期位移场和应变场的不均匀性、变形后期的均匀性等几个方面对试件表面的变形信息进行讨论,得出初始位移场的不均匀影响之后应变和位移、屈服极限前后的应变场变量大体上呈现出先增大后减小再增大的规律、裂纹起始点的位置总与加载速度有关且与混凝土破坏形式有直接关系等结论。
  (4)观察高速图像并比较不同参数条件下的破坏形式差异,得出同种钢管混凝土试件在加载速度不同的情况下裂纹扩展规律,并观测两种壁厚的钢管混凝土试件在同一冲击速度下的裂纹演化,初步分析结果表明,钢管壁厚与冲击速率的增大均会加剧试件的变形,且影响效果十分显著。
  (5)实验结果表明,数字图像相关法满足冲击荷载下脆性材料的力学性质研究条件,对测量材料表面的应变场与位移场有着其他方法不能比拟的优势,本次实验的方案与成果可为进一步研究钢管混凝土断裂形式与工作机理提供合理的思路,并为将数字图像相关法引入工程实际中以便及时监测施工现场、指导施工方法、改进施工工艺奠定基础。
[博士论文] 张鹏
水利工程;水沙动力学 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:明渠湍流结构的研究已有悠久历史。因受水面比降、河床比降、河宽、尾水高度等多因素影响,对于明渠非均匀流的湍流结构认识还不充分,且明渠均匀流的湍流结构研究成果无法直接应用于非均匀流。而自然界大多数河流或渠道为非均匀流,涉及到非均匀流工程实践又迫切需要加深对明渠非均匀流湍流结构认识。因此,开展明渠非均匀流湍流结构研究,丰富了湍流基础理论,同时,对于相关工程领域有重要的实践意义。本文研究的主要目的在于加深对明渠非均匀流湍流结构的认识,采用高频率粒子成像测速系统(PIV)结合28m高精度变坡水槽,探索非均匀流的紊动统计特性以及湍流结构运动特征,提出非均匀流湍流结构运动模型。得到以下三个方面的主要成果:
  (1)在非均匀流紊动统计特性方面:结合理论分析与水槽试验结果表明:随减速流发展,摩阻流速沿程减小、雷诺应力在水深方向上的分布呈凸型曲线分布以及垂向速度紊动强度逐渐增加;加速流中摩阻流速沿程增加、雷诺应力在水深方向上的分布呈凹型曲线分布。非均匀流内区的垂线速度分布仍符合对数律。其中,卡门常数与非均匀流水深变化率(dH/dx)呈非线性关系,积分常数与非均匀流水深变化率呈线性关系,C=-336.02dH/dx+5.07。
  (2)在非均匀流湍流结构尺度特征方面:结合速度梯度张量与模式匹配法优点,运用区域生长技术,提出了改进的横向涡识别分析方法。基于功率谱、等速区域以及改进的横向涡识别分析方法,对非均匀流超大尺度结构、大尺度结构以及横向涡结构的尺度分布进行分析,结果表明:超大尺度结构、大尺度结构以及横向结构的尺度随非均匀系数增大而减小,横向涡结构普遍表现为椭圆形状,长短轴比值在1.4~1.7范围内;其涡密度与长短轴比值随非均匀系数增加而增大。
  (3)在非均匀流湍流结构瞬态运动特征及演变模型方面:采用基于互相关算法形成的大尺度结构追踪技术以及本征正交分解方法,对非均匀流超大尺度结构、大尺度结构以及横向涡结构瞬态运动进行分析,结果表明:超大尺度结构主要含能结构在随非均匀系数增大而减小,非均匀流大尺度高低速流团各自集中出现以及相互掺混出现,集群纵向尺度随非均匀系数增大而减小,横向涡结构由大尺度高低速流团相互运动而形成。提出了非均匀流湍流结构演变模型:以水面区下扫流为湍流结构运动主要驱动力;形成超大尺度流向涡结构、大尺度高低速结构;大尺度高低速结构相互运动产生横向涡、发夹涡包以及水面泡漩结构。
[硕士论文] 朱帅
工程力学 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:乳化炸药曾被认为是一种安全的炸药,然而近年来乳化炸药事故频发,乳化炸药的热分解过程、热分解机理及其热稳定性又受到民爆行业的高度重视。
  为了从本质上了解乳化炸药安全事故频发的原因,深入分析乳化炸药的热分解过程和机理,探究油相材料对乳化炸药热稳定性的影响。本文选用微晶蜡和聚乙烯蜡对复合蜡进行改性,制备3组乳化炸药。尝试性地将热重-气-质联用(TG-GC-MS)测试手段引入到乳化炸药的热分解过程测试和机理研究当中,清楚地测得了乳化炸药的热分解过程,分析了其热分解机理,初步探讨了油相材料对乳化炸药热稳定性的影响,并得到以下结论:
  1.热重-气-质联用(TG-GC-MS)测试技术在多相态、无机混合物——乳化炸药的热分解测试中,能够准确测量出各个温度下试样的质量变化、生成气态产物的种类及各气态产物随温度或时间的变化趋势;能够较好地定性分析乳化炸药的热分解过程和机理。
  2.梯度升温下的热重(TG)测试结果和热重-气-质联用(TG-GC-MS)测试结果均表明:复合蜡、微晶蜡改性和聚乙烯蜡改性的油相制备的乳化炸药在线性升温条件下的热分解过程相似,都存在四个阶段:副分解阶段,热积累阶段,主分解阶段,尾分解阶段。微晶蜡和聚乙烯蜡改性的油相制备的乳化炸药热稳定性较复合蜡有所提高,其中聚乙烯蜡改性的热稳定性更优。
  3.Ozawa、Starink、Vyazovkin-Wight和Tang四种方法与Coast-Redfern模型拟合法的结果吻合;五种方法在乳化炸药试样分解率15~95%阶段的活化能均值:聚乙烯蜡改性>微晶蜡改性>复合蜡;结合热重-气-质联用(TG-GC-MS)测试所得的热稳定性:聚乙烯蜡改性>微晶蜡改性>复合蜡,可知微晶蜡和聚乙烯蜡改性后的复合蜡均提高了乳化炸药的热稳定性,聚乙烯蜡改性后的热稳定性优于微晶蜡改性的结论。与复合蜡相比,添加微晶蜡和聚乙烯蜡进行改性,可降低油相材料的含油率,提高油相材料的滴熔点和运动粘度;使其制备的乳化炸药的油膜强度、热稳定性都有所提高,热分解活化能增大,热分解主体反应向高温方向偏移。
  4.由热重-气-质联用(TG-GC-MS)测试结果,对热分解过程中主要气体产物的产生过程和各气体产物随温度或时间的变化情况进行了定性分析。聚乙烯蜡改性、微晶蜡改性和复合蜡制备的乳化炸药试样均符合Avrami-Erofeev方程,随机成核和随后生长(n=3)机理。
  通过动力学计算,得到乳化炸药体系处于原始状态(a=0)的热分解反应动力学方程;
  1)复合蜡制备的乳化炸药:dα/dt=(3.02×1013/β)exp(-83.19×103/8.314×T)×(1/3(1-α)[-ln(1-α)]-2);
  2)微晶蜡改性的复合蜡制备的乳化炸药:dα/dt=(1.86×109/β)exp(-65.60×103/8.314×T)×(1/3(1-α)[-ln(1-α)]-2);
  3)聚乙烯蜡改性的复合蜡制备的乳化炸药:dα/dt=(7.08×1011/β)exp(-94.48×103/8.314×T)×(1/3(1-α)[-ln(1-α)]-2)。
[硕士论文] 宫婕
工程力学 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:爆炸容器是一类特殊的内高压抗爆容器,能够有效地约束炸药爆炸产生的冲击波,限制爆轰产物及爆破碎片的作用范围,保护实验人员和周围仪器的安全。因此,广泛应用于爆炸材料性能测试、爆炸效应测试、爆炸加工及爆炸销毁等科研、工业和国防军事领域。爆炸容器内部承受较大的冲击载荷以及冲击波的反射叠加作用,其动力学响应研究对于其安全性分析具有十分重要的意义。
  本文针对安徽理工大学自行设计研制的1kg TNT当量椭球封头柱形爆炸容器展开相关研究,主要进行了爆炸容器设计参数计算校核、内爆炸冲击波超压测试、地面振动效应测试以及筒体振动效应测试。具体研究工作及相关结论有:
  (1)针对该爆炸容器,进行设计参数的计算校核。通过入射波超压计算出反射波超压,采用动力系数法将动态载荷转化为等效静载荷,进而应用强度校核理论进行壁厚、最大允许工作压力及应力校核。考虑到爆炸容器长期使用过程中的疲劳损伤和腐蚀裕度,计算校核得出:爆炸容器的椭球封头及简体计算壁厚远小于设计壁厚;最大允许工作压力远大于1kg TNT当量炸药爆炸转化的静载荷压力,该爆炸容器设计安全性较高。
  (2)通过冲击波超压测试系统,改变实验药量,测试不同水平距离处爆炸冲击波压力时程曲线,分析了冲击波传播规律,并采用经典的W.E.Baker公式和K-G公式计算了冲击波超压峰值。实验测试及理论计算结果表明:K-G公式计算值与实验测试值的误差很大,误差范围在70%~80%之间;而W.E.Baker公式计算误差更大,在75%~85%之间。本文根据爆炸相似律原理拟合得出适用于该爆炸环境的超压计算公式:△P=0.1100(R)-1-0.2965(R)-2+0.4668(R)-3。采用该公式计算,误差减小至0.5%~15%之间。
  (3)测试了乳化炸药在爆炸容器内空中及地面两种不同的起爆方式下爆炸引起的周围地面振动效应,分析了装药量及测点距离对于地面振动效应的影响;同时使用HHT方法分析地面振动的频率分布。通过研究发现:爆炸容器内地面爆炸振动速度与装药量和测点距离密切相关,通过最小二乘法拟合得到三者之间的关系式为:v=13.4(3√Q/-R)125。而装药量的增加对于爆炸容器内地面爆炸低阶频率段分布的影响较大,即5~10Hz低阶频率段的振动幅值随药量的增加逐渐增大,振动作用时间逐渐增加;而对于20~60Hz频率段振动幅值影响相对较小。随着测点距离的增加,低阶频率段的能量幅值逐渐减弱,振动作用时间逐渐缩短,与测试波形具有较高的一致性。
  (4)使用加速度传感器采集了爆炸容器内爆炸简体振动加速度信号,通过拟合多项式去除积分趋势项,从而得到有效的时间-速度曲线;使用HHT方法分析振动信号的时频分布,同时结合爆炸容器简体的固有振动频率,分析振动效应对于爆炸容器安全性的影响。分析得出:爆炸容器特殊的“钢板-缓冲隔层-钢板”结构具有一定的安全防护作用,缓冲隔层有效地吸收了爆炸产生的能量,筒体外壁面振动速度信号频率分布较内壁面更为集中,主要分布在0~200Hz的低阶频率段;同时,低阶频率段的作用时间明显缩短,振动频率明显减小,远离爆炸容器简体的固有振动频率。
[硕士论文] 盛弘钊
工程力学 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:静态破碎剂具有性能膨胀高及无噪音、无污染,安全等特点,广泛应用于岩石和混凝土等爆破工程领域中。针对工程中无法控制裂纹方向的问题,本文主要对不同破碎条件的混凝土进行了单孔和双孔静态定向破裂试验,对比分析不同切槽孔试块与无切槽圆形孔的单孔混凝土的裂缝的扩展规律,同时研究了孔距对不同强度等级下(C30、C40、C50)的不同尖角切槽双孔的定向静态破裂影响,通过使用静态应变仪和超声波检测仪来分析混凝土试块的应变变化和裂缝的扩展及其裂缝位置的情况。预留孔为两尖角和四尖角切槽孔,设定180mm、200mm和220mm孔距。得出如下结论:
  (1)单孔定向破裂试验中,以无切槽圆形孔的破裂结果作为对比分析,得出圆形孔裂纹的萌生具有随机性,而尖角切槽孔的裂纹有一定的方向性,沿着尖角的方向扩展,且尖角切槽孔混凝土试块破裂萌生第一条裂缝的时间快于圆形孔混凝土,提前了2-3小时。
  (2)在两尖角切槽孔混凝土试块中,随着孔距的增大,主裂缝的宽度随之减小,产生裂缝的数量也增大,萌生第一条裂缝的时间变长。主裂缝的方向是沿着尖角的方向扩展的,随着混凝土强度的提高,孔距增大到220mm时,尖角切槽的导向效果会随之降低。
  (3)相对于四尖角切槽孔而言,也具有一定的裂缝导向作用,由于最终扩展的裂缝比较多,更适合对试块的破碎。随着混凝土强度的提高,孔距增大到220mm时,导向作用并不明显。
  (4)由波速-时间曲线可以看出,波速的变化综合的反映出裂缝的数量及宽度扩展变化,混凝土试块内部产生裂缝时,超声波波速就开始降低,且衰减的速度和裂缝扩展的宽度成正比,即裂缝扩展的宽度越大,波速值就越小。在同一测点的位置上,裂缝数目增多时,波速也会有所衰减,为尖角切槽具有导向的作用提供依据。
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