基于能量的随机有限断层法研究

随机有限断层法目前被广泛应用于近场地震动的模拟。针对基于现有的随机有限断层法合成得到的加速度时程,其能量存在明显的低频"下沉"这种不合理现象,以美国北岭地震的近场基岩记录资料及震源模型资料为依据,通过计算并对比分析实际记录时程和基于现有随机有限断层法模拟时程的能量在频域的累积分布曲线,揭示模拟时程的能量在频域的分布规律与记录时程的差异性,提出一种基于能量的改进随机有限断层法。利用汶川地震的记录资料及震源模型资料,对所提改进方法进行了合理性和有效性的论证。经过对比分析表明:基于能量的改进随机有限断层法合成得到的加速度时程,无论是能量在频域的分布规律还是反应谱随周期的变化规律,均表现为比改进前的方法得到的时程的对应值要更为接近于记录值,说明所提的改进方法具有一定的合理性和有效性。     

MPT方法中的纳米粒子识别技术

多粒子追踪(MPT)是测量粒子布朗运动的一种方法.在200nm粒子扩散系数实验测量中,对MPT方法中的粒子识别和粒子匹配两个重要环节提出改进:在粒子识别时,通过调节灰度阈值并检测光斑面积的改变,可有效分别真实粒子和光晕引起的"伪粒子";在粒子匹配中,将手动追踪和程序追踪得到的粒子单步位移用矢量法表示,可直观显示不同追踪方法的粒子匹配效果.实验结果表明,在MPT方法中增加上述措施后,手动追踪和程序追踪获得的实验扩散系数之间的偏差由8%~13%减小为2%~8%,说明基于阈值敏感性的"伪粒子"剔除方法合理、有效.     

促进剂对高碳数碳氢燃料点火特性的影响

在JP-10和煤油点火特性激波管实验基础上,进行了促进剂CH3NO2、CH2Cl2对JP-10和煤油点火特性影响的实验.在预加热激波管上采用缝合运行技术,获得了近7ms的实验时间.采用单色仪和光电倍增管记录点火过程中OH自由基在306.5nm发射谱强度变化作为点火发生的判据.当促进剂加入量约为JP-10的10%~20%(摩尔比),质量比为5%~12%时,实验观测到明显的点火促进作用.在1100K时,添加10%(摩尔比)CH3NO2使JP-10的点火延时时间缩短了70%.当CH3NO2的加入量占煤油的10%~15%(摩尔比),质量比约为5%~6%时,对煤油点火有明显的促进作用,在1000K时使煤油点火延时时间缩短了50%.     

活性炭对不同土类复合污染土壤Cu的钝化阻控

采用一次平衡吸附实验,探讨活性炭对人工制备的赤红壤、黄壤、黄棕壤和红壤等4种单一/复合污染土壤Cu的固持效果,以期实现污染土壤的安全再利用。结果表明,对照单一污染土壤,复合污染土壤Cd与Cu产生协同作用,显著增加平衡液Cu的浓度。当活性炭的投加量为50 g/kg土时,活性炭对4种土壤Cu均可产生有效的固持作用,固持率在52%~74%之间,这主要是由于活性炭具有孔隙多、比表面积大、丰富的表面官能团。活性炭对污染土壤的修复效果还受有机质含量的影响,但受Cd的影响不大。     

等离子体增强射流掺混的激励参数影响研究

为提高火箭发动机推进剂掺混效率，探究等离子体对单股矩形射流掺混特性的影响，设计了等离子体射流发生与控制系统。使用粒子图像测速技术测量了表面介质阻挡放电等离子体激励器对单股空气射流掺混特性的影响。相比无激励工况，激励电压为5、6和7kV时，射流宽度随电压升高而变大，射流中心线速度衰减率最大提高20%左右；脉冲频率增加，射流宽度增大程度增加，衰减明显，掺混特性增强；激励电压和脉冲频率固定时，改变占空比，在50%~70%的区间内射流速度衰减最强，射流宽度最大。     

基于自适应线性调频小波的多孔孔板气液两相流动态差压信号的时频分析研究

气液两相流在流动过程中表现出非平稳的特性,简单的频域分析或时域分析方法不能很好地分析信号的波动特性,所以引入了时频联合分析方法。时频分析能看到气液两相流差压信号的能量强度和密度的分布,通过多次实验发现泡状流时能量主要分布在10~35Hz 的高频段内,能量强度小;弹状流时能量主要集中分布在0~5Hz 低频段和10~35Hz 高频带内,能量明显增大;塞状流时能量主要集中分布在0~5Hz 低频段内,能量强度是3种流型中最大的。为了研究气液两相流的动态特性,通过多孔孔板流量计在水平管气液两相流中采集得到不同流型的差压信号,采用自适应线性调频小波时频分析方法分析动态差压信号。具体步骤:首先分析信号的分解次数,残余的信号能量低于总信号能量的10%,即可认为被完全分解,对分解后的结果进行分析,得到不同流型的时频分布特征,具有很高的时频分辨率,时频谱图中显示出不同流型分量信号的时频分布特征;然后从时频谱图中提取3个特征值建立三维散点图,图中显示了信号特征值和流型之间的关系,并通过散点图分析不同特征值对气液两相流中信号的流型的影响,达到流型识别的目的。Chirplet 变换具有较高的时频分辨率,能消除噪声的干扰,信号的瞬时频率信息可以清楚地显示出来。     

Er对镁合金固溶强化作用的第一性原理研究

采用虚拟晶胞近似方法控制固溶体中的Er含量,基于密度泛函理论的第一性原理赝势方法研究了Er对Mg-xEr(x=1at.%~6at.%)固溶体的固溶强化作用。计算结果表明:Mg-xEr(x=1at.%~6at.%)固溶体的体模量(B)随Er含量的增加而逐渐增大,当Er含量为4at.%时体模量达到最高值,之后基本保持不变。剪切模量(G)和杨氏模量(E)随Er含量的增加而降低,当Er含量达到6%时,又略微增大。6种固溶体的G/B值均小于0.57,都是韧性材料。Er掺杂量为1at.%~5at.%的区间内,随Er含量的增加,固溶体的G/B值明显降低,泊松比(ν)增大,合金韧塑性提高;当Er含量继续增大到6at.%,固溶体的G/B值有所升高,泊松比(ν)减小,合金韧塑性下降。随着Er含量的增加,态密度整体向低能级区域移动,费米能级低能级区域的成键电子数逐渐增多,同时底带宽度明显变宽,合金成键能力增强。在Er含量为1at.%~2at.%的区间内,受Er-4f电子影响总态密度图中出现了明显的赝能隙,费米能级在赝能隙高能侧,合金电子跃迁困难。当Er含量大于2at.%时,赝能隙变得不明显,费米能级处的态密度值比较高,合金活性增强。     

变直径旋翼直升机飞行性能研究

为了研究旋翼直径变化对直升机性能的提升作用,将旋翼动力学综合模型与机身模型相耦合,采用前飞配平方法计算稳态时旋翼操纵量和机身姿态角,从而计算直升机需用功率。通过研究直升机功率与旋翼半径、前飞速度、直升机起飞重量以及飞行高度之间的关系来确定直升机需用功率的降低幅度,同时也分析了旋翼桨距和机体倾斜角随旋翼半径和前飞速度的变化趋势。在中高速飞行时,特别是高速飞行时,旋翼半径的变化可以显著地提升直升机的性能。当飞行速度为200km/h、旋翼半径减小20%,需用功率可降低37.6%。随着飞行高度的不断增加,在低速到中速飞行时直升机功率减小幅度会减小,在高速时功率减小幅度会增大。旋翼总距和纵横向周期变距随旋翼半径减少而增加,机体纵横向倾斜角随半径减小而减小。     

基于检查数据和物理退化模型的涡轮叶片检修策略优化

根据发动机涡轮叶片在日常使用过程中的损伤检修数据确定其失效概率分布函数,应用Paris公式对叶片裂纹增长进行反演分析,得到在指定阈值下可检裂纹长度与初检时间的对应关系;再模拟裂纹增长过程,得到叶片在寿命周期内各个检查时刻的状态;最后通过仿真结果的统计分析得知叶片的失效概率。案例研究结果表明:叶片在服役过程中如果初检时间太早,初检时扩展裂纹长度小,不易被检测到,后续的重复检查间隔长,在各重复检查时刻容易产生失效;如果初检时间太迟,叶片在初检时会接近甚至超过临界损伤值,也增加失效概率。在允许失效概率为10-5的条件下,涡轮叶片在计划运行周期内的最优检查次数12次,最优初检时间和重复检查间隔分别为1 371循环和307循环。所提方法和研究结果为航空公司机务维修人员和发动机工程师的风险评判和检修决策提供依据和参考。     

弹体脉动压力特征的实验研究

针对弹体模型进行了表面脉动压力特性实验研究,实验马赫数M∞=0. 8、0. 84、0. 86、0. 92、1. 0、1. 15、2. 0、2. 5,实验迎角α=-5°、-3°,0°、3°、5°,沿弹体轴向测量了14个特征点的脉动压力,得到了弹体表面测点的脉动压力系数、频谱曲线以及相关性系数等实验数据.结果表明:脉动压力系数总体上随马赫数增加而降低.不同马赫数.迎角α=0°的条件下沿轴向各测点压力脉动之间的空间相关性有类似的分布规律,且各测点脉动压力基本互不相关.在实验的迎角下,脉动压力系数在弹体表面曲率变化较小的位置基本上不随来流迎角的改变而变化,膨胀拐角肩部位置的脉动压力系数随着迎角的改变而变化较大.超声速来流的功率谱能量峰值所对应的主频出现明显的低频特征;跨音速来流时特征频率随着马赫数的增加而增大,功率谱能量峰值位于特征频率处.     

水蒸气冷却润滑时高温合金的绿色切削试验

为实现高温合金用水蒸气作冷却润滑剂的绿色切削,研制了600~800 W的小型过热水蒸气发生器,并用YG 6硬质合金刀具对镍基高温合金GH 4169进行了单因素切削试验,效果明显:用水蒸气时,与干切、乳化液相比,主切削力分别减小了15%~20%和10%~15%,切削温度分别降低了20%~30%和10%~20%,并建立了切削力和切削温度的经验公式;变形系数也有减小;切屑多为螺卷屑。由于水蒸气分子直径远小于乳化液中水包油粒径,气态水分子容易进入刀-屑间的毛细管,故具有良好的冷却润滑性能。水蒸气可替代乳化液作冷却润滑剂,且来源广泛,又无污染,从而可实现高温合金的绿色切削。     

湿滑道面飞机着陆滑水风险量化分析

基于飞机机载记录仪数据和临界滑水速度提出滑水风险量化指标,将飞机接地滑行全过程纳入滑水分析范围;建立着陆阶段飞机轮胎-积水道面流固耦合仿真模型,考察道面积水分布及接地位置横向漂移影响,以空客A320为代表机型开展案例分析。结果表明,着陆阶段飞机轮胎临界滑水速度较起飞阶段低12%~18%,滑水事故风险更高;道面横坡引起积水不均匀分布,跑道边缘滑水风险高于中线区域;临界滑水速度及滑水风险指标均为关于接地位置横坐标的函数;同等降雨强度条件下滑水风险概率随飞机接地横向分布标准差增大而减小;增大横坡度可加快道面积水排除,2.0%横坡度工况较1.5%时滑水风险降低5.1%~5.6%;降雨强度与飞机滑水风险正相关,由0.8 mm/min增大至2.5 mm/min时滑水风险指标增加约13.1%;该滑水风险量化分析方法可定量描述飞机着陆环境变化影响,滑水判定方式有明显改进。     

X射线热击波的产生、危害及其模拟

高空核爆炸时,X射线能量占的比重很大,约为总能量的70％。当弹头遇到高空核拦截时,X射线作用到弹头上,在弹头材料中产生热击波。据估计,一枚百万吨级核弹在100公里高空爆炸时,距爆心5公里处单位面积上的X射线能通量约为10~(10)erg/cm~2。这样强的能流作用在弹头壳体上,壳壁材料内产生很大应力。对玻璃钢能产生峰值应力为万巴级的热击波,如此,弹头壳体     

半圆柱形凹靶面单排射流冲击换热实验研究

对半圆柱形凹形靶面单排圆形喷管和冠齿形喷管射流冲击换热进行了实验研究。凹形靶面直径与喷管直径之比D/d为10，射流孔节距与直径之比W/d为5，射流雷诺数分别为5 000、10 000和20 000，冲击间距比H/d分别为2、4、6和8。实验结果表明：两种形状喷管均在冲击间距比H/d=4时获得最强的驻点对流换热，但凹靶面前缘附近纵向平均努塞尔数基本呈现随射流冲击间距增加而减小的单调变换趋势；相对于圆形喷管，冠齿喷管射流冲击使得凹形靶面前缘线上的纵向平均努塞尔数最大提高幅度约为16%，凹形靶面前缘±2d区域的面积平均努塞尔数最大提高幅度约为18%。     

矿渣对界面过渡区微力学性质的影响

采用纳米压痕技术测试了矿渣取代水泥的质量分数分别为0%,30%,50%,80%时的混凝土中实际界面过渡区及邻近区域的纳米压痕硬度和弹性模量分布以了解矿渣对混凝土界面过渡区微力学性质的影响.试验结果表明:矿渣掺量为30%时,距集料表面25 μm以内区域的弹性模量、纳米压痕硬度明显低于距集料表面25 μm以外的区域,而当矿渣掺量达到50%时,弹性模量和纳米压痕硬度沿界面的变化不显著;随矿渣取代水泥质量分数的增加,基体与界面过渡区之间压痕硬度、弹性模量的差值降低,从而使界面过渡区得到强化.     

赤泥堆起尘风洞实验研究

通过对不同粒径、不同湿度的赤泥起尘风速及起尘强度的风洞实验发现,对各种湿度的赤泥,都存在一临界粒径。当赤泥粒径小于该值时,起尘风速随粒径的减小而增大,而当粒径大于该值时,起尘风速随粒径的增大而增大。临界粒径大约为0.2mm,随湿度略有变化。临界粒径对应的起尘风速最小,它随湿度的增大而升高,其变化范围为2.5～3.0m/5,对应的起动摩擦速度介于0.17～0.20m/s。此外,当粒径小于0.1mm时,起尘风速随湿度的增大而减小,而当粒径大于0.2mm 以后,起尘风速随湿度的增大而增大。起尘强度实验表明,风速一定且大于4.7m/s,湿度小于15%时,起尘强度随湿度增大而减小,湿度大于15%时,起尘强度随湿度变化甚微。风速小于4.7m/s时,起尘强度基本不随湿度而变。湿度一定时,起尘强度随风速的增大而增大。文章还讨论了模拟实验的相似准则和定量换算问题。     

多种平直开缝翅片换热特性的数值研究

采用有限体积法商业软件FLUENT,应用SIMPLE算法对某管翅式换热器平直开缝翅片的换热特性进行了数值研究,并提出了多种改进翅片模型。将这些改进模型与原模型在相同仿真条件下进行3D数值对比分析,结果表明:翅片的形状、开缝位置对翅片的总换热量、平均压降和阻力系数等均有影响;在来流速度为5 m/s时,"前疏后密"的双向开缝翅可使传热提高11.8%,压降上升15.7%左右;双耳结构的旋转型翅片在Re=2 400~8 400时,可使传热提高5%~8.28%,压降仅提高0.25%~0.83%,综合性能最佳,为管翅式换热器翅片的设计提供了有益的参考。     

焊缝声发射源二维时间反转成像定位方法研究

焊缝检测一直是工业无损检测的一个重点检测对象,但是目前还没有一种可靠准确的动态检测方法,而应用声发射检测技术实现焊缝动态监测的一个重要方面就是声源定位问题。本文提出采用时间反转成像理论进行声发射源定位,主要对两种成像方法处理结果进行探讨。根据声发射检测特点,结合时间反转聚焦理论,推导了损伤声源信号时间反转过程,有效提高了信号的信噪比;根据四点圆弧成像方法,理论分析了两种成像方式的特点;最后通过数值仿真验证定位方法,从仿真实验结果可知,该成像定位算法可准确确定声源位置,同时发现两种成像方式的时反成像图存在一定差异,但经过阈值化处理后,成像结果一致,对定位精度没有影响。     

民用飞机前缘缝翼气动力特性SCCH试验研究

针对民用飞机增升装置对机翼气动力特性的影响,在南京航空航天大学NH-2低速风洞开展了某型号客机等弦长后掠半模(Swept constant chord half-model,SCCH)增升装置测力风洞试验研究。试验来流马赫数为0.2,基于机翼弦长的试验雷诺数为1.85×106。通过试验结果,重点分析了前缘缝翼的偏角、缝道宽度及缝道搭接量对机翼增升装置增升效率的影响,得到了起飞构型和着陆构型缝翼偏角及缝道的最佳组合参数。试验研究发现,缝翼偏角从18°增加到24°时,失速迎角和最大升力系数都增大,缝翼偏角从25°增加到31°时,失速迎角增大,最大升力系数没有明显的变化。起飞构型前缘缝翼最佳缝道宽度为1.5%~2.0%,最佳缝道搭接量为1.0%左右;着陆构型缝翼最佳缝道宽度为2.0%~2.5%,最佳缝道搭接量为-1.0%~0%。最佳缝道宽度随缝翼偏角的增加呈现增大趋势。     

T300/648复合材料湿热老化机理研究

为分析T300/648复合材料在贮存环境下服役的可靠性,选取71℃,RH70%、71℃,RH85%、85℃,RH70%、85℃,RH85%四组不同温度与湿度条件对T300/648复合材料进行加速湿热老化试验,并研究了老化后材料的化学结构、断口的微观形貌以及力学性能变化。研究表明,T300/648复合材料在湿热老化后材料的整体化学结构未发生变化,材料内部基体与纤维间界面脱粘显示材料的均匀性已经破坏。与界面及基体相关的力学性能均发生退化,且随着时间延长以及更加苛刻的老化条件性能下降更为显著。