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低温环境下碾压混凝土冲击力学性能试验研究

低温环境下碾压混凝土冲击力学性能试验研究

作者：席平西京学院

学位级别：硕士

碾压混凝土是水利工程中应用较多的材料之一,为充分利用我国西北地区水能资源,碾压混凝土大坝正在西部严寒地区相继规划建设,但西部地区的地形比较复杂,且气候也比较恶劣,还时常会发生地震、泥石流等自然灾害,外部的荷载及低温恶劣环境... 详细信息

碾压混凝土是水利工程中应用较多的材料之一,为充分利用我国西北地区水能资源,碾压混凝土大坝正在西部严寒地区相继规划建设,但西部地区的地形比较复杂,且气候也比较恶劣,还时常会发生地震、泥石流等自然灾害,外部的荷载及低温恶劣环境对大坝的安全和稳定造成了很大的影响。为此,开展冲击荷载作用下低温饱水碾压混凝土的动态力学特性试验研究具有重要意义。本文通过动态压缩试验、动态劈裂试验和碎块筛分试验,对力学特性、破碎特征、能量耗散的应变率效应及温度效应进行了研究,主要的研究工作和结论如下:(1)对低温碾压混凝土试样进行了不同温度、不同应变率下的动态压缩试验和动态劈裂试验,对低温碾压混凝土的应力-应变曲线、峰值强度、峰值应变、弹性模量等力学参数进行了分析,并探讨了各项力学参数的应变率效应和温度效应;发现两种加载方式下的峰值应力、峰值应变、弹性模量随应变率增大呈似线性增长,峰值应力增速大于弹性模量增速,峰值应变增速最小;峰值应力、弹性模量随温度降低呈似线性增大,但峰值应变随温度降低呈似线性减小,因为内部孔隙水发生冻结,混凝土脆性增大,变形能力提高,使达到极限载荷时的变形减小。(2)对动态压缩试验和动态劈裂试验后的破碎试样进行筛分试验,发现两种加载方式下破碎特征中的细颗粒、大粒径碎块、平均粒径、分形维数均表现出明显的应变率效应及温度效应,同时探讨分形维数与平均粒径之间的关系,发现二者关系呈似线性相关。对破碎产物集的均衡性分析,动态压缩试验中,不均匀系数和曲率系数均存在一定的阶段性的应变率效应和温度效应,但动态劈裂破坏试样的曲率系数大部分都大于2.5,相较于动态压缩破碎试样的颗粒集的连续性较差。(3)在动态压缩试验和动态劈裂试验中入射能、反射能、透射能、耗散能均随着应变率升高而呈线性增大,增长幅度大小为:入射能最大,反射能次之,耗散能较弱,透射能最小;同时耗散率、透射率随应变率增大呈似线性提高,但反射率呈线性趋势下降。透射能、耗散能都随着温度的降低而增大,但反射能随着温度的降低而逐渐减小;耗散率、透射率呈现出增大趋势,反射率却呈现出下降的趋势,因为温度降低,试样整体强度提高,相同冲击荷载下,为使试样中微裂隙扩展,则需更多的能量。对能量耗散与宏观破坏之间的相关性进行分析,发现比能量耗散随应变率的增加而增大;比能量耗散-峰值应力、比能量耗散-分形维数的拟合结果较为理想,且拟合度良好,并验证了拟合函数的合理性,说明试样比能量能耗与峰值应力、分形维数有较强的应变率相关性。

关键词：碾压混凝土应变率温度动态力学特性破碎特征能量耗散

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复坡珊瑚礁地形规则波传播特性试验研究

水科学进展 2021年第6期32卷 933-943页

作者：诸裕良丁诚宇宗刘俊赵红军管大为谈雯倩河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室江苏南京210098 河海大学疏浚技术教育部工程研究中心江苏南京210098

针对带礁缘的复坡珊瑚礁地形,开展4组礁坪水位条件下、不同入射波高和波周期相组合的系列组次规则波试验,分析波高和增水的沿礁变化过程,研究深水波高、波周期和环境水位对破碎波高、破碎位置、礁坪增水和传递波高的影响规律,拟合给出... 详细信息

针对带礁缘的复坡珊瑚礁地形,开展4组礁坪水位条件下、不同入射波高和波周期相组合的系列组次规则波试验,分析波高和增水的沿礁变化过程,研究深水波高、波周期和环境水位对破碎波高、破碎位置、礁坪增水和传递波高的影响规律,拟合给出试验地形下的参数化公式。研究表明:破碎波高和破碎位置随深水波高和波周期的增大而增大,受礁坪水位的影响相对较小;礁坪增水和传递波高受礁坪水位的影响较大,增水随水位的抬升而减小,传递波高随水位的抬升而增大;破碎波高和深水波高的比值与深水波陡相关;传递波高和深水波高的比值与礁坪水深深水波高比相关;量纲一破碎位置(破碎点至礁边的水平距离与礁边处浅水波长的比值)及量纲一礁坪增水(礁坪增水和深水波高的比值)均可通过礁边水深与深水波高比建立参数化公式。

关键词：珊瑚礁波浪传播破碎特征礁坪增水传递波高

基于SHPB的砒砂岩地聚物水泥复合土动态力学特性

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农业工程学报 2021年第17期37卷 310-316页

作者：赵晓泽李晓丽申向东杨健内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院呼和浩特010018

为探究砒砂岩地聚物水泥复合土在冲击载荷作用下的力学性能,实现大量松散砒砂岩在农业工程的有效利用,该研究通过分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bars,SHPB)冲击试验,探究了不同应变率下砒砂岩地聚物水泥复合土的力学特... 详细信息

为探究砒砂岩地聚物水泥复合土在冲击载荷作用下的力学性能,实现大量松散砒砂岩在农业工程的有效利用,该研究通过分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bars,SHPB)冲击试验,探究了不同应变率下砒砂岩地聚物水泥复合土的力学特性。通过破碎颗粒筛分统计,得到了砒砂岩地聚物水泥复合土在冲击荷载作用下的破碎特征,从能量的角度建立了不同冲击荷载作用与砒砂岩碎块平均块径及分形维数的相关关系。结果表明:砒砂岩地聚物水泥复合土动力增大系数与应变率密切相关,当应变率小于64.67 s^(-1)时,动力增大系数与应变率对数呈线性关系,当应变率大于等于64.67 s^(-1)时,动力增大系数与应变率对数呈非线性关系。随着能量吸收通量密度的增大,试块破碎平均块径呈幂函数减小,分形维数先减小后增大;在能量吸收通量密度为29.08 J/(s·m^(2))时出现分界点,此时分形维数最小,破碎块体粒径最不均匀;当小于该分界点时,分形维数随能量吸收通量密度的增大不断减小,当大于等于该分界点时,分形维数呈幂函数上升。该研究可为砒砂岩地聚物水泥复合土在农业水利中用作田间排水或输水工程材料及农村道路铺设路基材料等提供参考。

关键词：应变率能量吸收动态响应分离式霍普金森压杆破碎特征砒砂岩

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岩质颗粒破碎试验研究进展

科学技术与工程 2019年第1期19卷 1-7页

作者：徐可黄文雄王建敏陈丁张涛许昌学院土木工程学院许昌461000 河海大学力学与材料学院南京210098

颗粒材料是土木、水利、交通等大型工程中广泛应用的一种建筑材料,在较大外力作用下会产生颗粒破碎现象,影响到工程的强度和变形要求。天然岩质颗粒材料由于其属性及加载方式等因素的影响,其破碎强度和破坏方式具有离散性和多样性的特... 详细信息

颗粒材料是土木、水利、交通等大型工程中广泛应用的一种建筑材料,在较大外力作用下会产生颗粒破碎现象,影响到工程的强度和变形要求。天然岩质颗粒材料由于其属性及加载方式等因素的影响,其破碎强度和破坏方式具有离散性和多样性的特征。在近百年曲折发展历程中,可将颗粒破碎问题研究划分为三个阶段:初步探索阶段、破碎现象描述阶段和广泛研究阶段。试验研究作为颗粒破碎问题研究的一种重要方法,可归纳为天然材料试验和人工材料模拟试验两类。通过整理两类研究方式的研究重点,讨论了现有方法存在的局限性,提出了基于颗粒破碎问题可能的研究方向。

关键词：颗粒材料颗粒破碎破碎特征试验研究

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低速流体撞击射流破碎的实验研究

低速流体撞击射流破碎的实验研究

作者：李建军天津大学

学位级别：硕士

射流破碎机理的研究既是一个传统的流体力学问题,又是一个很有理论研究价值和工程应用背景的课题。在众多射流破碎方式中,撞击射流液膜破碎是射流雾化的经典方法,因为其结构简单、成本低、雾化效果好等优点,被广泛应用到航空航天领域。... 详细信息

射流破碎机理的研究既是一个传统的流体力学问题,又是一个很有理论研究价值和工程应用背景的课题。在众多射流破碎方式中,撞击射流液膜破碎是射流雾化的经典方法,因为其结构简单、成本低、雾化效果好等优点,被广泛应用到航空航天领域。本文通过实验的方法,对速度不超过5.2m/s条件下,射流撞击液膜破碎规律进行研究。设计并搭建了可视化射流撞击实验系统,采用高速摄像技术,获得了三种流体（水、甘油溶液、幂律型非牛顿流体卡波姆凝胶）对称和非对称撞击射流液膜破碎形貌的光学图像,定义并提取了液膜破碎模式及破碎长度、液膜长度、液膜宽度、液膜长宽比等破碎特征参数,分析研究了不同因素（如射流撞击夹角、喷嘴内径、黏度、预撞击距离等）对射流撞击液膜破碎发展的影响规律。实验结果表明,对称撞击时,射流撞击液膜共出现封闭液膜模式、开边界模式、液线液滴模式三种破碎模式;非对称撞击时,甘油溶液及卡波姆凝胶的撞击射流液膜出现了特殊的开边界模式:“鱼骨”破碎模式,且射流撞击夹角在78°时,最容易出现鱼骨破碎模式。从液滴粒径分布规律及破碎图像来看,预撞击距离对卡波姆凝胶影响比甘油溶液大很多,各因素对水撞击射流的破碎模式影响最小。对称撞击时,所有流体的液膜长度和宽度都随速度的增大而增大,液膜长宽比则趋于稳定值。液膜长宽比只受射流撞击夹角和黏度的影响,射流撞击夹角越大,长宽比越小;黏度越大,长宽比越大。无论对称还是非对称,破碎长度随韦伯数的变化趋势,都与相应破碎模式下的特征相一致。黏度比喷嘴内径对破碎长度的影响大,喷嘴内径越小破碎长度尺度越小。通过对各流体破碎模式在不同雷诺数及韦伯数下的对比分析,非对称撞击使液膜的破碎模式变化更加复杂,各破碎模式不再像对称撞击时有序出现。通过稳定性分析得到了对称撞击液膜破碎长度的预测公式,可用于破碎长度的估算。用Rayleigh不稳定性对“鱼骨”结构的出现进行了研究,出现最大鱼骨角时,液膜两侧相邻液滴之间的距离约为最小液膜边界厚度的?8?0.5?倍。

关键词：撞击射流破碎模式破碎长度破碎特征 “鱼骨”模式

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海上溢油风化过程对其沉潜的影响研究

海上溢油风化过程对其沉潜的影响研究

作者：玛莎大连海事大学

学位级别：硕士

海上溢油事故给人类健康和海洋生态环境安全都造成了极大的危害。为了充分地掌握油滴在海里的运动机制和过程,还需要对风化过程中油滴的沉浮动力学过程进行研究,这样才可以全面地对海上溢油事故进行预报与分析,从而制定科学且有针对性... 详细信息

海上溢油事故给人类健康和海洋生态环境安全都造成了极大的危害。为了充分地掌握油滴在海里的运动机制和过程,还需要对风化过程中油滴的沉浮动力学过程进行研究,这样才可以全面地对海上溢油事故进行预报与分析,从而制定科学且有针对性的相关措施。本论文对有代表性的油对沉潜有重要影响的两个风化过程(蒸发、分散)进行研究,旨在进一步搞清风化对溢油沉潜过程影响的机理,并为海上溢油沉潜预报提供实验数据。具体的研究内容和得到结论为:(1)得到四种渤海原油YYH、YYS、SJH、SLY在不同温度下其密度和沥青质蜡质的关系,不同温度下粘度与沥青质含量的关系,其结果可用于风化过程中,环境条件变化,组成变化时,油密度的预测,判断油可否因密度在水体中下潜。同样对风化中粘度的预测,可在油行为预测中考虑油性质的变化,从而可提高油沉潜行为的准确性。(2)根据Fingas理论,进行浅盘蒸发实验,测试不同温度下渤海四种油的蒸发动力学过程,YYH蒸发速率与时间ln(τ)对数形式满足线性方程形式,其他三种油满足τ1/2指数方程形式。将油的特征组分与方程的形式、参数进行关联,其结果有助于在缺乏实验数据的条件下,可通过特征组分建立方程。针对温度对蒸发速率的影响不规律的情况,提出溢油发生3h后进行蒸发动力学方程的建立,可减少预测结果对温度影响的敏感性。(3)用小型挡板烧瓶考察波浪强度、作用时间、分散剂、静置时间对辽河原油和燃油180的下潜和上浮过程,发现:对下潜率及下潜稳定性的影响中,波浪强度影响大,和分散剂含量影响一样,有阈值特征。波浪作用时间有最大值,上浮油再下潜效果会降低,分散剂效果有时效性。提出分段建模建议:应考虑波浪持续作用条件下的条件阈值和时间分段。(4)考察了燃油180在波浪破碎过程的特征,波浪对油的破碎和夹带作用进行分析,发现波浪的拉伸强化油膜的扩展,并使破碎的油离散开来,不再被挤压回去。拉伸作用的根本原因是水流速度梯度,提出结合扩展方程进行破碎模拟的建议。

关键词：溢油下潜蒸发波浪作用破碎特征

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幂律流体撞击式射流雾化特性实验研究

幂律流体撞击式射流雾化特性实验研究

作者：马永翠天津大学

学位级别：硕士

液体火箭发动机特殊的工作环境,需同时携带燃烧剂和氧化剂,使用撞击式喷嘴来保证燃料有效掺混和充分燃烧。在实际应用中,撞击式射流分为对称和非对称式两种。本文以幂律流体为实验液体,使用撞击式射流实验系统,利用高速摄影系统获取喷... 详细信息

液体火箭发动机特殊的工作环境,需同时携带燃烧剂和氧化剂,使用撞击式喷嘴来保证燃料有效掺混和充分燃烧。在实际应用中,撞击式射流分为对称和非对称式两种。本文以幂律流体为实验液体,使用撞击式射流实验系统,利用高速摄影系统获取喷雾形貌,并提取其破碎特征;三维相位多普勒系统能够实现空间单点液滴三维速度及粒径大小的联合测量。研究不同射流参数、结构参数和流体物性参数对上述雾化特性的影响规律。实验结果表明,幂律流体撞击式射流的破碎模式与撞击形式、流体浓度有很大关系。本研究中出现的所有破碎模式有:封闭边界模式、开边界模式、无边界模式、弓形液线模式和充分发展模式。在非对称撞击式射流中喷嘴直径D较小时破碎长度Lbu随Vj增加呈“双峰模式”,D较大时则呈先减后增再减的趋势;喷雾锥角α随Vj及D的增加而增加。实验中固定流体I浓度,流体II浓度逐渐增加,在射流速度Vj较低时,破碎长度Lbu与流体粘度呈反比;两股不同粘度流体撞击时,Lbu随Vj呈“双峰模式”;相同粘度撞击时,则呈“单峰模式”;喷雾锥角α随Vj增加而增大,最后趋于的稳定值与流体粘度成反比。在幂律流体撞击式射流中随射流速度及喷嘴直径增加,液滴三维速度均增加,在Y方向液滴三维速度均呈对称分布,在Z方向随Z轴距离的增加三维速度均减小;撞击夹角2θ越大、预撞击距离Lj越小,W越大;在两种形式的撞击式射流中随射流速度的增加,SMD减小,在Y方向SMD均呈对称分布,在Z方向随Z轴距离的增加SMD减小,对称撞击时SMD在X方向呈对称分布,撞击夹角越大、预撞击距离越小,SMD越小;非对称撞击时,SMD随喷嘴直径增加而增加;在两种形式的撞击式射流中其粒径分布均符合Rosin-Rammler分布,随射流速度的增加,X0呈减小趋势;在对称撞击时,X0/SMD=1.3-1.5,液滴相对尺寸范围△S随喷嘴直径增加而增加;在非对称撞击时,X0/SMD=1.2-1.3,△S则随喷嘴直径增加而减小。

关键词：幂律流体撞击射流破碎特征 PDA 速度场粒度场

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幂律流体旋流射流特性的实验研究

幂律流体旋流射流特性的实验研究

作者：陈世兴天津大学

学位级别：硕士

旋流喷嘴因结构简单、雾化性能好、成本低的特点在液体喷雾领域应用广泛。幂律流体的射流破碎在喷墨射流、纳米材料喷涂等工程应用领域广泛存在。由于幂律流体自身的复杂性,对其射流破碎尚有许多问题未认识清楚。研究幂律流体旋流射流... 详细信息

旋流喷嘴因结构简单、雾化性能好、成本低的特点在液体喷雾领域应用广泛。幂律流体的射流破碎在喷墨射流、纳米材料喷涂等工程应用领域广泛存在。由于幂律流体自身的复杂性,对其射流破碎尚有许多问题未认识清楚。研究幂律流体旋流射流的破碎特性,不仅在工程领域有重要的指导意义,还有助于加深和丰富对幂律流体破碎机理的认识。本文以自行配制的卡波姆凝胶型幂律流体为实验液体,使用旋芯套筒结构的旋流喷嘴,利用高速摄影系统获取射流形貌,分析提取破碎模式和破碎特征;利用三维相位多普勒系统测量喷雾场中液滴三维速度和粒径分布。研究不同射流参数、流体物性参数和结构参数对上述雾化特性的影响。实验结果表明,幂律流体旋流射流随喷射压力升高会依次出现三种不同的射流模式:带旋转的圆柱射流模式,液线液滴共存模式和充分发展模式;且随流体粘性增大,出现相同射流模式所需的压力也越大,粘性较小的水无法出现带旋转的圆柱射流模式。破碎长度随喷射压力的增加先急剧下降而后趋于平缓,喷雾锥角随喷射压力增大先增加而后趋于稳定;在同一压力下,流体粘性越大,破碎长度越大,喷雾锥角越小。幂律流体旋流射流中轴向速度w和径向速度u在X上各位置均呈中心小两侧大的分布规律,w分布的对称性更好,切向速度v在接近零的小范围内变动;在轴向Z各位置上,三维速度随Z增加均有所减小;由于旋流射流中卷吸气流的作用,不同流体在射流上游空间处液滴的三维速度分布差异较大。粘性抑制了射流速度的增加。降低喷孔直径,可以减小SMD,而喷孔长径比、旋流室直径和切向孔直径对SMD影响不大。且喷孔直径对SMD分布有较大影响,孔径较大时,SMD沿径向X呈对称分布,两侧大,中心小;孔径较小时,SMD沿径向和轴向变化均不明显。增大喷射压力,可以使得SMD减小;流体粘性越大,SMD越大。且压力和粘性对液滴的二次破碎影响更甚。液滴粒径SMD与相对尺寸范围Δs有相关关系,整体来看,对于同一喷嘴,SMD越大,Δs越小。且液体粘性、喷射压力、喷孔直径对Δs有较大影响,而喷孔长径比、旋流室直径和切向孔直径对Δs影响不明显。最后,结合实验数据给出了符合幂律流体旋流射流破碎的粒径预测经验公式。公式中包含流体物性参数（特别是流变参数）、射流参数和喷嘴几何等参数对SMD的影响,预测值与实验值吻合较好。

关键词：幂律流体旋流射流破碎特征速度场粒度场

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玻璃绝缘子在线质量检测系统研究与实现

玻璃绝缘子在线质量检测系统研究与实现

作者：王小雷中国计量学院

学位级别：硕士

绝缘子是高压输电线路的关键部件之一,其性能优劣直接影响到整条输电线路的运行安全。玻璃绝缘子因为零值自破、容易维护等特点而得到广泛应用。目前,国内外对玻璃绝缘子的检测和计数,一般采取人工抽样统计的方法,由于人工观测的误差和... 详细信息

绝缘子是高压输电线路的关键部件之一,其性能优劣直接影响到整条输电线路的运行安全。玻璃绝缘子因为零值自破、容易维护等特点而得到广泛应用。目前,国内外对玻璃绝缘子的检测和计数,一般采取人工抽样统计的方法,由于人工观测的误差和采样统计的时效性难以满足绝缘子生产企业在线质量检测和管理的要求,所以高效率的自动化检测方法研究必然成为该行业技术的发展趋势。本文设计并且实现了玻璃绝缘子在线质量检测系统,主要对网带上运动绝缘子检测技术,完整、破碎状态识别智能分类算法和多目标跟踪计数算法进行研究。本文主要的研究内容如下:(1)玻璃绝缘子在线质量检测系统设计。根据绝缘子的生产工艺和现场工作环境,提出检测系统总体方案,设计检测系统装置,包括照明系统、图像采集系统和计算机检测系统,并且根据企业实际需求,设计系统软件,最终确定系统的技术指标。(2)基于机器视觉的玻璃绝缘子质量检测方法研究。主要研究网带背景下绝缘子图像特征和运动目标检测与分类识别算法,由于破碎绝缘子碎片分布情况复杂且形状不规则,所以对破碎绝缘子目标提取和特征识别的方法进行了重点研究。首先,针对绝缘子玻璃材质透明且反光的特点,使用快速双边滤波进行图像预处理。然后,提出运动目标检测窗口定位算法用于确定特征提取区域。最后,在绝缘子图像颜色特征、形态学特征等基础上,针对破碎绝缘子的物理模型提出破碎度特征和边界扩散度特征用于分类识别。(3)绝缘子多目标在线跟踪与计数方法研究。为了减少实际生产中光线、遮挡等干扰导致的误检和漏检,提出绝缘子检测窗口特征与Kalman滤波器预测结合的多目标跟踪算法。采用虚拟边界量和跟踪器参数共同决策的多目标计数算法,以提高计数的可靠性和精确性。通过搭建原型装置,对生产现场采集到的图像序列进行测试仿真,结果表明玻璃绝缘子在线质量检测系统可以实现输送机网带上绝缘子的检测与识别,能够满足工厂流水线质量检测和自动计数的需要。

关键词：玻璃绝缘子机器视觉运动目标检测破碎特征卡尔曼滤波