离心模型试验物质运动非惯性系效应

作     者：凌道盛 施昌宇 郑建靖 赵宇 陈云敏 LING Dao-sheng;SHI Chang-yu;ZHENG Jian-jing;ZHAO Yu;CHEN Yun-min

作者机构：浙江大学建筑工程学院岩土工程研究所浙江杭州310058 浙江大学超重力研究中心浙江杭州310058 

出 版 物：《岩土工程学报》 (Chinese Journal of Geotechnical Engineering)

年 卷 期：2021年第43卷第2期

页      面：226-235页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081401[工学-岩土工程] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0815[工学-水利工程] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金基础科学中心项目(51988101) 中央高校基本科研业务费专项资金项目(2019QNA4034)。 

主　　题：离心模型试验 非惯性系 相对运动 科氏力 

摘      要：离心机作为岩土工程学科开展缩尺模型试验的主要装置,随着试验能力的不断提高,在涉及物质高速运动的爆炸、滑坡等方面的应用越来越广泛。首先,严格地推导了运动坐标系中物质运动加速度的一般表达式。其次,针对匀速转动的离心机,基于Newton第二定律建立了质点在模型箱中运动的控制方程,获得了自由质点相对运动的解析解,指出控制质点相对运动的均匀离心力、非均匀离心力和科氏力的本质为非惯性系运动导致的质点惯性作用,称为非惯性系作用。在此基础上,研究了3种非惯性系作用引起的质点相对运动的非惯性系效应,定量分析了初始坐标、初始速度等影响因素的敏感性。分析表明,3种非惯性系作用以不同方式改变质点控制方程性态,耦合作用导致常规模型试验相似律对运动物质不能精确成立;科氏力对非惯性系效应的影响一般大于非均匀离心力;自由运动质点的非惯性系效应显著,但平行于离心机转轴方向的质点运动分量不受非惯性系效应影响。