冲击力学特性范文

2024-05-05

冲击力学特性范文（精选7篇）

冲击力学特性第1篇

对家用电器产品抗冲击性能的研究通常有跌落冲击试验和动力学仿真两种方式,其中跌落冲击试验虽可获得真实有效的跌落结果,但所获得的数据有限,不能全面反映跌落冲击过程中结构的响应过程,而运用动力学仿真方法则能获得各种状态下完整的动态响应过程,再现冲击过程[1]。目前对家用电器产品的跌落冲击特性研究虽已开展,但尚未广泛应用,而针对本文研究对象—压力锅,则只进行了工作状态下的三维应力分析[2~4],尚未见到动态冲击特性研究的相关报道。

本文针对压力锅手柄旋合结构在运输和使用中容易失效的普遍情况,采用动力学分析方法,对压力锅整锅冲击特性进行研究,分析旋合结构失效的主要原因,并根据分析结果对原结构进行改进设计,为压力锅手柄的耐冲击设计提供理论指导。

1 分析模型建立

根据压力锅跌落时的失效状态,本文的分析模型主要包含以下部件:锅体、上手柄组件、下手柄组件、锅盖、限压阀组件、副柄组件,其中手柄组件是分析中的关键结构。在建立模型的过程中,根据结构的特点进行了一定的简化处理,在分析的关键部位,特别是手柄的旋合部位,则未进行任何简化以保证结构的真实有效。分析所用几何模型如图1所示,有限元模型如图2所示,跌落中易失效部位如图3所示,重点关注零件网格处理如图4所示。

2 数值模拟分析

2.1 理论基础

本文采用ANSYS/LS-DYNA对压力锅跌落冲击特性进行分析,LS-DYNA是功能齐全的几何非线性、材料非线性以及摩擦和接触分离等界面状态非线性程序[5,6],其显式算法能快速求解瞬时大变形动力学、大变形和多重非线性准静态问题以及复杂的接触碰撞问题。

显示积分算法中,广泛采用中心差分法对运动方程进行求解。中心差分法建立的碰撞运动方程如下:

式中:[M]为结构的质量矩阵;[C]为结构的阻尼矩阵;[K]为结构的刚度矩阵;{a}为加速度向量{v}为速度向量;{d}为位移向量;{Fex}为包括碰撞力在内的外力向量。求解碰撞运动方程后,得到中心差分的显式格式为:

在整个时域范围内,可求得各个离散时间点处的位移、速度和加速度。显式积分不需要进行矩阵分解或求逆,无需求解联立方程组,也不存在收敛性问题,计算速度快。

2.2 边界条件设置

压力锅跌落试验要求,整个锅体在指定高度和多个指定角度下自由跌落,不能出现标准意义内的损坏,任何零部件不得出现破、碎、裂、松脱不能出现影响使用功能的损坏。本文的分析中,根据压力锅跌落试验要求高度,将指定高度的初始速度为零的自由落体运动转化为一定初速度的自由落体运动,重点对压力锅冲击地面开始直到反弹完全离开地面为止的动态过程进行分析,以提高求解效率。

2.3 材料模型

本研究中,下手柄组件、上手柄组件以及锅体、锅盖等在跌落冲击中均参与应力波的传递,也是重点关注的零部件,将这些零部件设置为柔体,材料模型定义为弹塑性模型*MAT_PLASTIC_KINEMATIC。限压阀组件、副柄组件、地面设置为刚体模型*RIGID。

2.4 接触与连接设置

跌落分析中,各零部件间关系的处理是重点和难点所在,LS-DYNA通过接触和连接描述零部件间的关系[7]。在接触的设置上,自动单面接触应用较为广泛,给定摩擦系数,可考虑模型全局的接触,而对于已经确定存在接触关系的部位,则需要设置单面自动接触等接触类型,如本分析中的上手柄与下手柄、锅体与锅盖的接触界面。压力锅模型中,对于锅体与下手柄组件、锅盖与上手柄组件等在实际中连接到一起的部件,还要设置连接,根据所连接零部件类型的不同,分别设置*CONSTRAINED_RIGID_BODIES,*CONSTRAINED_EXTRA_NOEDES,*CONSTRAINED_EXTRA_NOEDES等连接类型[8]。

3 数值分析结果

3.1 手柄原始旋合结构分析结果

本文选取三个典型角度对整锅模型进行了冲击特性分析,如图5所示。第一个角度为角跌落;第二个角度为侧面跌落;第三个角度为平跌落,这也是压力锅使用中最容易出现的一种跌落角度。

三个角度的跌落中,整锅最大应力一、三角度出现在锅体底部,角度二出现在锅盖和锅体立牙旋合处,但这三个应力值均未超出304材料的屈服极限,不能造成锅体变形和损坏。重点关注的手柄组件在第一、二角度跌落中,最大应力分别出现在下手柄凸台部位(如图6,7所示),但两个部位的应力都未超过相应材料的强度极限。而第三个角度也即平跌落中,下手柄凸台处出现了明显的高应力,现对第三个角度的跌落进行重点分析。

由第三角度的分析结果可见,在锅体未与地面接触前,压力锅整体无明显应力产生,锅体与刚性地面接触瞬间,应力首先出现在锅体上,随后通过锅体及上下手柄结构,传递至手柄旋合结构的凸台位置,下手柄凸台和上手柄在冲击中发生碰撞,T=0.0095s,下手柄凸台应力增大至131.8MPa,这也是应力-时间历程中的峰值应力,此时的应力分布如图8所示,由图可见,高应力从凸台侧边延伸至斜边,这与跌落试验中的凸台破坏形式一致。其他位置应力相对较小,能够满足给定跌落测试的要求。分析中的系统能量变化曲线如图9表示,能量间正确的转化关系也进一步反映了分析结果的有效性,整个过程中,沙漏能均控制在内能的5%以内。

3.2 手柄旋合结构改型后的分析结果

由上述分析结果可知,上下手柄旋合结构失效的主要原因是,由锅体触地产生的冲击力分别传递至上下手柄,导致旋合凸台与上手柄碰撞出现了高应力,而凸台材料为PF,其强度极限为120Mpa,碰撞产生的应力远高于这一应力极限,最终导致了凸台破损,旋合结构失效。

根据上述分析,可通过以下方式对压力锅平跌落的耐冲击特性进行改进:

1)更改凸台结构的材料,采用强度更高的材料;

2)对凸台结构进行改进。

第一种改进方案虽较为便捷,但可能带来成本增加的问题,本文通过第二种方案改进压力锅的耐冲击特性,并通过数值分析验证改进方案的有效性。本文对旋合凸台尺寸进行了修改,以此增强该位置的抗冲击性能。

由于平跌落是手柄旋合结构失效的敏感跌落角度,因此结构修改后的分析仅针对平跌落进行,修改后的凸台结构如图10所示,手柄旋合结构的应力分布如图11所示。下手柄最大应力出现在T=00.00399s,应力值为90.4MPa,改型后的峰值应力降低了38MPa,降低约25%。由此可见改型后的旋合结构抗冲击特性明显提高。

4 结束语

本文通过仿真分析与跌落试验的对比,确定了手柄旋合结构失效的主要原因,并通过数值分析对改进后的结构进行了有效性验证,结果表明,显式动力仿真分析工具可以准确的模拟压力锅在跌落过程中的动态响应特性,并能指导结构改进设计。同时,运用数值模拟的方法可以为家用电器产品的抗跌落、冲击特性设计提供指导和参考。

参考文献

[1]邱杰,彭伟,章巧芳.便携式工具跌落仿真研究[J].轻工机械,2010(10):42-45.

[2]余本刚,林翰,孙瑜.微波炉跌落仿真及结构优化设计[J].振动与冲击.2009(2):187-190.

[3]马国鹭,刘丽贤,曾国英.长虹某型电视机包装的跌落冲击响应分析[J].包装工程.2008(9):6-9.

[4]李剑敏,李日失.压力锅体有限元应力分析[J].南华大学学报(理工版).2003(4):48-51.

[5]赵海鸥.LS-DYNA动力分析指南[M].北京:兵器工业出版社,2003.

[6]WU Jason.Advancedmodeling and drops imulation with new features of LS-DYNA[A].Michigan:The9th In tern at ion al LS-DYNA UsersCon ference[C],2006:1-14.

[7]Livemore Software Technology Corporation[R].LS-DYNA Theoretical Manual.2006.

冲击力学特性第2篇

混凝土作为应用最广泛的建筑材料, 其抗拉能力远弱于抗压能力的缺陷已引起研究学者的广泛关注。芳纶纤维增强复合材料 (Aramid Fiber Reinforced Polymer, AFRP) 是一种集诸多优点于一身的优质建筑加固材料, 能有效提高混凝土的抗压强度, 具有广阔的应用前景[1,2]。相较于其他纤维增强复合材料, AFRP约束混凝土最大的优点在于破坏前有明显征兆, 在高应变率冲击作用下, 能有效地吸收轴向应变能和纵向动能[1]。近年来, 建筑结构的工作状态及工作环境愈加复杂, 时常会遭受地震、爆炸和冲击荷载的损伤。因此, 研究混凝土在冲击荷载下的动态力学特性是十分必要的。目前, 对AFRP混凝土的研究主要集中在准静态力学性能方面, 如贺玲凤等[3,4,5]对其静态抗压性能进行了研究, 取得了大量成果, 但关于其动态性能的研究还较少报道。

为探究AFRP约束混凝土的动态力学性能, 本文采用覫100mm分离式霍普金森压杆试验系统 (Split Hopkinson Pressure Bar, SHPB) , 研究了不同应变率条件下C30、C40、C50三种基体混凝土在AFRP约束前后的动态力学特性, 并结合试验得出的应力-应变曲线对其增强机理进行了分析。本研究结论可为AFRP约束混凝土在受冲击荷载建筑中的应用提供理论依据和技术指导。

1 AFRP约束混凝土的SHPB试验

1.1 原材料及试件制作

根据试验要求和目的配制C30、C40、C50三种不同强度混凝土作为AFRP约束混凝土的基体。原材料为:P·O 42.5R水泥;粒径5~20mm的石灰岩碎石;细度模数为2.78的中砂;西安某公司产97型微硅粉;广州某公司产FDN高效减水剂;北京某公司产CAS-415型单向布单向芳纶纤维布和CFSRA/B型树脂胶, 各项性能指标见表1。经计算、试配与调整, 最后确定的各强度混凝土配合比见表2。

根据试验装置原理和材料特性, 设计AFRP约束混凝土动态冲击试验试件为圆柱体, 尺寸为Φ97mm×48 mm。经过28d标准养护后进行混凝土试件的切割与打磨, 以满足尺寸要求。根据试验设计, 对三种基体强度的混凝土试件分别进行1~3层的AFRP纤维布侧面全包粘贴, 搭接长度为15%且不小于100mm。

kg/m3

1.2 试验装置

分离式霍普金森压杆 (SHPB) 装置能够实现单轴高应变率加载, 且测量应力和应变的方法简单有效, 试验技术和分析方法也比较成熟, 该装置的示意图见图1。

为提高试验精度, 保证试验结果的可靠性, 需满足应力均匀性要求。为此, 采用了波形整形器技术[6], 即在入射杆打击面中心处粘贴厚度为1mm, 直径分别为22、25、27、30、35、40mm的H62黄铜波形整形器, 整形器尺寸与不同的弹速等级以及试件类型相对应, 目的是实现近似恒应变率加载, 从而便于试验结果的对比分析。在整形器受到冲击时, 黄铜片发生塑性变形, 吸收部分能量, 从而延长了入射波上升延时, 可保证试件有充足时间达到应力均匀, 并减小弥散效应对试验结果的干扰。

2 试验结果分析

2.1 应力-应变曲线分析

图2为各试件的应力-应变关系曲线。分析图2可发现试件的应力-应变曲线表现出如下特点:

(1) 对曲线的上升段而言, 由于AFRP纤维布的约束作用, 初始直线段加长, 且增长趋势变得平缓, 这意味着AFRP约束混凝土相较于素混凝土具有更好的抵抗变形能力;而横向来看, 随着应变率的增加, AFRP约束混凝土的动弹性模量变化不大。

(2) 上升段之后即进入混凝土试件的弹塑性阶段, 在此阶段混凝土发生不可恢复的塑性变形, 高应变率下的应力-应变曲线面积明显要比低应变率时大很多[7], 弹塑性段也延长很多。纵向比较图2可见, 平均应变率在40~70s-1之间时, AFRP约束混凝土的破坏应变普遍达到了 (10~15) ×10-3之间, 是素混凝土试件破坏应变的2~3倍, 且破坏应变随应变率的增大而增大, 当平均应变率在100~150s-1之间时, 最高破坏应变达到了35×10-3, 是素混凝土的7倍;同时, 试件的动态峰值应力也随着应变率的增大而增大, 与素混凝土相比, AFRP约束混凝土的应变率效应表现得更明显。

(3) 弹塑性阶段之后是破坏阶段, 此时, AFRP约束混凝土的应力-应变曲线迅速下降, 表现出很明显的脆性破坏, 而素混凝土试件反而较为平缓地下降到0。出现该现象的原因是:AFRP纤维布包裹下的混凝土试件其实在下降段之前已经发生局部破坏, 但由于AFRP纤维布的侧向约束作用, 仍然能够作为一个整体继续承载, 直至纤维布被拉断, 侧向约束解除, AFRP约束混凝土的承载力迅速下降, 表现为应力-应变曲线中的近乎直线下降。

2.2 AFRP约束层数的影响

为方便分析不同约束层数对AFRP约束混凝土动态峰值应力的影响, 取相同基体强度、相似应变率条件下 (平均应变率对数在1.8~1.9之间) 试件的动态峰值应力制表, 见表3。

对比表3数据可以看出, 随约束层数的增加, 相似应变率条件下相同基体强度等级的AFRP约束混凝土的动态峰值应力也得到了显著的提高。在动态冲击荷载的作用下, AFRP的粘贴可以有效提高混凝土的抗力, 且峰值应力的增长幅度随约束层数的增加而增大。

2.3 基体混凝土强度等级的影响

为分析基体混凝土强度对AFRP约束混凝土动态峰值应力的影响, 将相同约束层数、相似应变率条件下的动态峰值应力绘制成图 (图3) 。由图3可见, 在一定应变率范围内, 层数相同的AFRP约束混凝土的峰值应力随着混凝土强度的增加而增加, 并呈大致线性增长关系。这表明AFRP约束混凝土是一种有效的复合材料, 其力学性能不仅取决于约束材料的性能, 同时还取决于被约束的混凝土的材料特性。提高被约束混凝土基体强度同样可以提高AFRP约束混凝土的整体抗冲击性能。

3 AFRP增强机理分析

(1) 在AFRP纤维布侧向约束条件下, 混凝土侧向膨胀受到良好约束, 试件的破坏应力、破坏应变大大提高, 表明AFRP约束作用对提升混凝土的延性和抗破坏能力有明显增强效应。随着约束层数的增加, 试件的峰值应力同样增大, 这是因为侧向约束力不断增加, 使得混凝土处于三向受压的应力状态, 裂缝的发展受到有效抑制, 当应力不断加大直至纤维被拉断, 此时侧向约束解除, 混凝土发生整体破坏。

(2) 在材料的受力过程中, 由于AFRP约束的存在, 使得裂缝形成所需的能量要比普通混凝土大很多, 而在高应变率加载下, 材料没有足够的时间通过形成裂缝来积累能量, 只能靠增加应力值来达到提供能量的目的[8], 从而促使试件的破坏强度随应变率的增加而增加, 表现出明显的应变率效应。

4 AFRP约束混凝土的工程应用

分析表3可发现, 在相似应变率条件下 (反映在实际工程中就意味着相似冲击作用下) , C30混凝土试件包裹2层纤维布后的动态峰值应力就已超过包裹1层的C40混凝土, 并且与包裹2层的C40混凝土试件十分接近;而包裹1层的C40混凝土试件, 其动态峰值应力就已经达到甚至超过了C50素混凝土。由图2的分析可知, AFRP约束混凝土的动态破坏应变可达到素混凝土的2~7倍。考虑到AFRP纤维布具有施工效率高, 施工机具简单, 易控制施工质量, 对结构负担小等优势且成本较低, 将其应用于抗震结构、防护工程等的加固改造, 具有很大的经济意义。

(1) 加固抗震结构:我国是地震多发国家, 近几年发生地震造成的人员和经济损失令人震惊, 建筑物的抗震性能引起了高度重视。过去一大批房屋未考虑抗震设防, 或是因地区抗震设防烈度的提高, 使对抗震结构的加固显得尤为重要[9]。经试验发现, AFRP约束混凝土对建筑结构的抗震补强加固十分有效, AFRP约束在动态冲击作用下提供的高延性能够有效提高地震荷载作用下建筑结构的生存几率, 提高结构承载力, 降低由于地震导致建筑物倒塌引起的人员伤亡, 延长结构的使用年限。

(2) 加固防护工程:防护工程的作用是保证内部人员与装备安全, 打击武器的不断发展对防护工程抗力提出了更高的要求。经过试验发现, 当受到爆炸冲击作用时, AFRP约束能够增加混凝土的强度, 尤其在高应变率条件下, 高延性对结构的抗冲击性能有明显提升。在应变率为102s-1时, 各层AFRP约束混凝土的动态抗压强度均在140MPa以上, 最高值可达到200MPa。防护工程中采用AFRP约束混凝土加固可以在普通高强混凝土的基础上提高动态抗压强度, 以满足其对抗力的要求。同时可以通过增加约束层数来满足不断增加的新抗力要求, 有效解决普通高强混凝土的脆性破坏问题, 增加防护工程结构的整体变形性能, 提高工程的综合防护能力。

5 结论

(1) 在高应变率冲击下, AFRP约束条件显著延长了混凝土试件的弹塑性阶段, 其延性、强度都有明显提高, 并表现出应力率强化效应。

(2) 增加AFRP约束层数和增大基体混凝土的强度等级, 都有助于提高AFRP约束混凝土的抗冲击性能。

(3) AFRP约束混凝土提供的高延性在抗震结构加固改造方面具有广阔的发展前景, 能发挥重要的经济效益。

(4) AFRP约束混凝土能有效解决普通高强混凝土在防护工程中易发生脆性破坏且延性不足的问题, 增强防护工程整体变形性能, 提高工程综合防护能力, 具有巨大军事效能。

参考文献

[1]王元丰, 余流.芳纶纤维布在混凝土结构中的应用与发展[J].公路交通科技, 2006, 23 (1) :91-95.

[2]杜修力, 张建伟, 邓宗才.预应力FRP加固混凝土结构技术研究与应用[J], 工程力学, 2007, 24 (Ⅱ) :62-74.

[3]贺玲凤, 何唯平.芳纶纤维加强混凝土抗压性能研究[J].建筑科学, 2005, 21 (6) :53-55.

[4]贺玲凤, 潘桂梅.芳纶纤维约束混凝土的力学性能研究[J].试验力学, 2003, 18 (4) :538-542.

[5]李史华, 贺玲凤, 罗毅, 等.芳纶纤维约束混凝土的力学性能研究[J].公路, 2004 (8) :236-239.

[6]李为民, 许金余, 沈刘军, 等.覫100mm SHPB应力均匀及恒应变率加载试验技术研究[J].振动与冲击, 2008 (2) :129-133.

[7]李胜林, 刘殿书, 杨俊, 等.碳纤维包裹下混凝土的动态力学性能研究[J].公路交通科技, 2010, 27 (4) :22-27.

[8]李祥龙, 刘殿书, 冯明德, 等.钢质套简被动围压下混凝土材料的冲击动态力学性能[J].爆炸与冲击, 2009, 29 (5) :463-467.

冲击力学特性第3篇

1 结构和工作原理

振动压实机由工作轮内部激振器的转动，使得振动轮对土壤作用一个往复冲击力，随土壤深度的增加减弱很快;冲击压实机用压实装置直接作用土壤产生冲击力，其作用深度较振动压实机有成倍的增长。冲击压实机是利用冲击轮重心的抬高和下落拍击土壤产生强大的冲击力，迫使土壤压缩密实，但由于采用整体式非圆截面冲击轮结构，工作时的阻力波动很大，并且随工作速度的增加而加剧。

本文研究对象是一种既可以直接拍击地面产生冲击力，同时又能产生振动力的采用分体式冲击轮结构代替现有整体式结构的新型压实机。该型压实机工作装置结构如图1所示。10t的压实机工作装置在牵引车的拖动下，车轮沿土壤表面进行振动压实，冲击块绕着3个冲击轴依次对土壤进行冲击压实，使振动力和冲击力连续、同时作用于土壤。

1-牵引轴;2-车架;3-弹簧;4-橡胶减震器;5-车轮;6-冲击块;7-锥形橡胶减震器;8-冲击轴;9-激振器

2 仿真模型的建立

本文选取圆形砾石路面为压实对象，土壤弹性模量为2MPa、泊松比为0.25、密度为1 760kg/m3。

在有限元分析软件ANSYS中建立几何尺寸为长方体20m×4m×0.6m土壤MNF模型。

根据压实机装配图，在三维建模软件Pro/E中建立压实机整车零部件的实体模型并装配。其中牵引车的形状对本文研究目标无影响，故将牵引车简化为与牵引轴铰接在一起的小几何体。

将建立好的地面MNF模型和整车的实体装配模型一起导入虚拟样机分析软件ADAMS中;模型中的弹簧和橡胶减振器模型分别用拉压弹簧阻尼器和轴套力设置，连接盘与机架之间的橡胶减振器参数为：刚度为2 500×8=20 000N/mm;阻尼为10×8=80Ns/mm。

最终在ADAMS中建立的压实机系统仿真模型如图2所示。

3 工作特性分析

设置仿真时间为8s，步数为1 000，在8s内压实机可以从启动到正常工作并可以持续作业一段时间，便于压实机必要数据的采集，也不至于仿真时间过长。牵引车驱动设置为

上式表示仿真前1s模型无驱动，在重力作用下给系统加载，1s到3s牵引车速度由0加速到8km/h，然后保持速度不变。

3.1 工作速度对作业稳定性的影响

冲击轴是压实机中最重要的部件之一，压实机工作速度越大，冲击轴受到的载荷越大，压实机的工作速度必须得考虑冲击轴的受力情况，而冲击轴主要受力来自冲击块的作用。同时压实机工作速度直接关系到冲击块在压实机工作过程中所受到的离心力，离心力过大或过小就会导致冲击块过早或者过晚脱离锥形橡胶减振器，这些都会对压实机工作过程产生干扰。

本文选取压实机工作速度为7km/h、8km/h和9km/h时分别进行仿真，得到冲击块质心在竖直方向上的位移随时间变化的曲线分别如图3所示。

从图3中可以看出，压实机工作速度为7km/h和9km/h时冲击块质心在竖直方向上的位移随时间变化曲线都很紊乱，压实机基本处于无效工作状态，而压实机工作速度在8km/h时冲击块质心在竖直方向上的位移随时间变化的曲线很有规律，压实机工作比较稳定。所以压实机对正常工作时的牵引车速度要求严格, 速度过大或过小都会导致压实机无法正常工作。可以通过改变压实机工作装置中对冲击块工作有影响的参数，如冲击块质量大小、锥形橡胶减振器参数等，扩大压实机可正常工作的速度范围，便于应用。

3.2 工作装置中车轮的振动情况

压实机工作装置中车轮质心在竖直方向上的位移随时间的变化情况反映出车轮振动的情况，振动位移过大不仅会引起整车相关零件的损坏，而且还影响车轮与土壤的接触，影响压实效果。压实机作业过程中，冲击块对土壤冲击的同时，冲击反作用于车轮，会造成车轮在竖直方向上的跳动，同时压实机工作装置车轮中激振器的转动也会引起车轮的振动。图4为压实机在工作速度为8km/h时工作装置车轮质心在竖直方向上的位移随时间变化的曲线，其中压实机工作装置车轮质心纵坐标越大对土壤压实越深，纵坐标越小车轮跳起越高。从图4可知压实机工作装置车轮振动最大位移约为12.5mm。

3.3 工作装置所需牵引力的情况

压实机工作装置所需牵引力的情况不仅反映出压实机工作装置的动力需求，而且还反映出牵引车与工作装置之间的冲击情况，如果牵引车与工作装置之间的冲击过大，会产生机械振动剧烈，零部件故障多，引起牵引动力性能不稳定，工人的作业环境恶劣等一系列问题。

压实机在工作速度为8km/h时，仿真得到牵引车与牵引轴之间在水平方向上的力随时间变化的曲线如图5所示。从图5可以看出压实机正常工作时，工作装置所需水平牵引力基本随时间周期性变化，且所需最大水平牵引力为85.5kN。

3.4 冲击块的能量大小

压实机在工作的过程中，牵引车使得冲击块随着工作装置的车轮转动而获得动能和势能，最终转化为冲击块对土壤的冲击。图6为1个冲击块的能量随时间变化的曲线，从图6中可以看出冲击块能量最大值约为20kJ，最小值约为零，而冲击块拍击土壤的能量只有约16kJ。损失的能量约4kJ，主要是由于冲击轴与冲击块之间的相互作用导致，可以进一步优化减少损失的能量。

4 结论

1)压实机工作装置正常工作对牵引车牵引速度要求严格，为了便于压实机的应用，应在设计时扩大压实机正常工作速度范围。

2)压实机工作装置车轮的振动情况直接影响土壤压实效果及压实机寿命，应予以充分考虑。

3)压实机工作装置工作过程中所需水平牵引力基本上随时间周期性变化。

4)应优化压实机工作装置中冲击轴与冲击块的相互作用，从而增大冲击块冲击土壤的能量，减少能量的损失。

参考文献

[1]张洪, 张永鹏, 孙斌煜, 等.冲击振动压实机[P].中国专利:CN173835A, 2006-02-08.

[2]秦四成.振动压路机[M].北京:化学工业出版社, 2006.

[3]孙益振, 邵龙潭, 范志强, 等.非黏性土泊松比试验研究[J].岩土力学, 2009, (8) :63-68.

[4]冷雪原.冲击振动压路机振动机构仿真研究[D].西安:长安大学, 2010.

《内爆冲击动力学》课程建设探索第4篇

关键词：课程建设,教学方法,考试制度

《内爆冲击动力学》课程是我院于1982年独立自主创建、工程物理 (核战斗部) 专业的一门重要的主干课程, 也是该专业岗位教育阶段重要的专业基础课程。该课程在本专业中起着承上启下的作用, 以《炸药理论》、《爆炸气体动力学》为基础, 为后续专业课程的教学, 对提高学员分析问题解决问题的能力有重要的促进作用。为全面提高教学质量, 2007年《内爆冲击动力学》入选第二炮兵工程学院重点建设课程。现重点介绍一下课程建设的主要内容与做法。

紧跟部队装备发展, 及时更新教材内容

教学组以教学规律为牵引, 密切扣合课程标准, 对《内爆冲击动力学》课程的配套教材重新构建了课程体系, 结合部队新装备, 全面更新了内容, 形成了《内爆冲击动力学》教材, 具有较强的系统性、新颖性。

采用先进授课手段, 不断改革教学方法

该课程作为一门专业基础课程, 具有理论性强, 抽象, 公式推导多, 前后知识关联非常紧密等特点。如何针对这些特点, 贯彻“启发式”、“引导式”的教学方法, 把枯燥抽象的理论讲解得生动、形象, 便于学员理解和掌握, 成为教学组成员经常讨论的内容。

1.实例教学

在课堂教学中, 通过生活或工程中的实例, 引出问题或概念, 启发学员思考, 用所学理论去分析问题、解决问题, 给理论找到现实的落脚点。通过对生动实例的分析, 提高了学员的学习兴趣, 调动了学员的学习积极性, 加深了学员对基本理论的理解和掌握, 锻炼了学员分析、解决问题的能力, 同时也拓宽了学员的视野。此外, 对抽象的概念, 通过与生活中常见的现象类比的方法, 赋予抽象概念以生动的形式, 增强了学员对基本概念的感性认识, 也加深了对概念的理解。

2.装备教学

依据人才培养方案, 教学组结合专业实际和多年的教学经验及体会, 对教学方法和教学手段进行了大胆的探索与实践, 将以前的纯理论教学模式改革为“理论教学+装备”模式, 努力贴近装备实践, 加强场地教学, 增强针对性, 增强了课堂的生动性, 提高了学员的感性认识和认知能力。

3.形象教学

在充分利用多媒体声、色、图的基础上, 充分利用三维数值模拟技术的优势, 数值计算和模拟武器的各种爆炸过程及其物理量的变化历程, 并编制到相应课件中, 从而将复杂抽象的爆炸过程形象化, 爆炸细节得到充分、严谨的展示, 极大地提高了学员的兴趣和理解能力。

4.开展“我来上一堂课”活动, 充分调动学员的学习积极性

在开展这项活动之前, 结合二炮部队的基层干部要承担部队专业教学任务的实际情况, 讲清开展这项活动的目的和意义。而后精选特定教学内容, 让学员提前查阅资料并备课, 事先并不指定学员, 而是采取随机抽点和主动上台相结合的方式确定授课的学员。这样一来, 每名学员都要备课, 都需要对内容掌握透彻, 学员的学习积极性被充分调动起来, 课堂气氛活跃, 教学互动良好。

改革考试制度, 科学、全面地评定学员成绩

以往的考核仅凭借期末时的一次笔试来评定学员的成绩, 忽略了整个的教学过程。为了科学、全面地评定教学效果和学员成绩, 我们结合课程标准要求, 采用“课堂表现10%+平时作业5%+大作业5%+笔试80%”的形式。结合多年教学经验和体会, 教学组特别设计了一些要求相对宽松、灵活多样的大作业, 学员通过完成大作业, 逐渐提高其综合应用知识的能力、创新能力和理论联系实际的能力。这种复合评定方法, 更趋科学合理, 能够更加方便、灵活地评定学员成绩和教学效果。

采取多种手段,

不断提高授课教员的授课质量和科研学术水平

选送教员到地方高校攻读学位或进修培训, 不断提高其理论水平;选送教员到部队代职或跟踪新型号, 调研武器, 研究最新资料, 进行教学内容查新、更新, 以提高教员的实践能力, 并掌握武器的最新动态;加强与部队的科研合作, 贴近实践, 强化“理论+实践”的思想;积极组织授课教员参与学院、系组织的各项教学观摩活动, 经常开展教学小组研讨, 不断提高教员的教学业务能力和教学水平;积极参与科研实践和学术交流活动, 不断提高教员的科研学术水平。

建设水平

根据新的人才培养方案提出的要求, 教学组结合专业实际和多年的教学经验及体会, 对教学方法和教学手段进行了大胆的探索与实践, 将纯理论教学改革为“理论教学+装备”模式, 贴近装备实践, 增强针对性, 强化实践教学手段和环节, 找到了适合本课程特点的教学方法和教学手段, 教学质量稳步提高, 得到了院内专家和学员的充分肯定。

根据新编教材, 制作了相应的课程主页, 开发了多媒体课件;充分利用数值模拟技术, 模拟武器的各种爆炸过程, 并编制到相应课件中, 从而将复杂抽象的爆炸现象形象化具体化, 配合教材用于课堂教学, 提高了学员的理解能力;引入现场教学, 提高学员的感性认识;编写的电子教案要素全面, 内容详细, 包含教学思路、教学方法和教学手段。

该课程在全国、全军其他院校都没有开设, 是我学院最具特色的课程之一。经过两年的建设, 制定了课程标准, 编写了高质量教材, 制作了多媒体课件, 建设了学员成绩综合评定系统, 教学档案得到进一步完善, 教学组成员的授课水平和教学质量稳步提高, 收到了良好的效果, 得到了院内专家的好评, 课程建设整体水平有了很大提高。

参考文献

[1]第二炮兵工程学院训练部.第二炮兵工程学院人才培养方案[M].2005, 8:16～28.

[2]第二炮兵工程学院训练部.第二炮兵工程学院课程标准[M].2006, 5:495～498.

冲击法测量磁特性的误差分析第5篇

1、数字式冲击检流计测量磁场基本原理

数字式冲击检流计无法测出冲击常数,为避开测定冲击常数这一项,对测量方法进行了改进。

如图1所示,数字式冲击检流计测环形样品的静态特性的方法如下:

试样A:环行样品,M:标准互感器,S1:双向开关

图1中,标准互感器的互感系数为0.1H,环行形样品N1的匝数为120匝,N2为40匝;S2闭合,开关S1接通环形样品时,若N1通过的电流强度为I,则在线圈N2产生感应电动势,此信号送入数字式冲击检流计进行数据处理,并且将检流计所迁移的电量送入显示电路显示,就可求出磁感应强度B的大小。

理论推导如下:

N2为幅边匝数,S为样品有效截面积,R电阻包括冲击检流计的内阻、环行样品的电阻及标准互感器次级线圈的电阻等[3],R的测量可通过万用表测得或利用公式求得。

若断开环行样品,S1接标准互感器,使互感器的初级线圈通过电流I,则产生的感应电动势为

R在测量过程中保持不变,M为标准互感器的互感常数,I0为标准互感器工作电流。所以将式(8)代入式(4)得磁感应强度B为:

式(9)为改进后的式子,可以看出数字式冲击检流计测量中,不需测量冲击常数。

虽然在测试过程中,数字式测试精度比模拟式测试精度高,但误差仍然存在。

2、产生误差的原因

2.1 脉冲宽度的非瞬态产生误差

冲击法测磁时,要求磁通的变化足够快,以在测量线圈中产生窄的感应电动势,使检流计准确地测量出磁通的变化,但由于磁化装置自感量较大以及用开关换向法测材料的磁特性过程中,由于涡流的产生,使磁场变化缓慢,从而使通过冲击检流计的电流时间延长,使得所产生的感应电动势有一较宽的脉冲宽度,从而使测试灵敏度下降。

2.2 样品的磁化分布不均匀引起的误差

环形样品被磁化后,一般认为漏磁通很小,可忽略不计。并且在磁化时内部没有退磁场存在,因而所测得的磁性就是物质的磁性。但环行样品内径和外径的半径不同,其磁场强度不同[2],将引起样品径向不均匀磁化当样品的外经和内径之比一定是,还与样品材料的磁导率有关。磁导率越高,磁化越不均匀,所以,一般取样品的平均直径与径向宽度之比不小于8,此时磁化场分布不均匀引起的误差不大于0.5%。

2.3 样品的退磁不完全引起的误差

因为磁感应强度和磁场强度一般呈现的是非线性函数,B不仅与H有关,还与样品的磁经历有关,在测量初始,为获得B、H为0的状态,须对样品进行退磁,以消除剩磁的存在,退磁方法有热退磁、交流退磁和直流换向退磁[1],一般多采用交流退磁,即在样品加低频交变磁场,一般频率为50Hz的交流信号,使其振幅有大逐渐减小至零。并且样品退磁后需经过一段时间才能开始测量,因为去掉磁场后,要经过一段时间后才能达到稳定状态,但在实际测量中,往往做不到这一点。

3、结论

在测量过程中,误差是不可避免的,为减小误差,对环行样品在绕制线圈时尽量均匀绕满,避免初级、次级线圈之间发生漏电现象,在测量之前对样品进行完全退磁,并保证在每次测量之前对样品进行此锻炼,减小由多次磁化和退磁效果不好引入的误差。

参考文献

[1]周世昌.磁性测量[M].北京:电子工业出版社.1994

[2]王易真.实用磁路设计[M].北京:国防工业出版社.2008.9

真型杆塔接地装置冲击特性研究第6篇

1 现场冲击试验方法

试验用冲击设备为SPD-Ⅰ型便携式电涌保护器测试仪, 是一款集组合波发生器和直流高压发生器于一体的便携式多功能电涌保护器 (SPD) 性能参数测试仪器。该测试仪可产生最大幅值为6k V/3k A的1.2/50�s的模拟雷击浪涌。

分别采用0.1倍衰减的罗氏线圈和变比为72的电容式分压器采集电流电压信号, 通过信号电缆传输到TDS3012C型存储示波器查看波形, 读取电压电流峰值并将波形数据以Excel格式保存到移动存储盘中。波形如图1所示。

按夹角补偿法布置电流极和电位极, 三角形法时线长为100m, 夹角约为30°, 为了更好的使电流回流, 用四根扁钢做电流极, 四根扁钢布置成一个边长为1m的正方形, 扁钢的打入深度为1.2-1.5m。

1.1 试验准备

由于是对野外真型杆塔接地极进行冲击试验, 试验选择了位于武汉市江夏区的一基刚建成还未挂导线避雷线的杆塔, 确保了注入电流完全通过接地装置散流。将设备运达现场后, 布置电流电压极, 搭建试验回路, 为保证测量不受干扰, 测量系统有一定的绝缘, 将分压器和示波器放置在环氧树脂材料的绝缘板上。

1.2 试验结果及数据分析

接地极的工频接地电阻和工频接地电阻都与周边的土壤电阻率有一定的关系, 工频接地电阻与土壤电阻率呈线性关系的, 当土壤电阻率小时, 工频接地电阻值较小;而冲击接地电阻与土壤电阻率呈非线性关系的, 在土壤电阻率较小的情况下, 冲击接地电阻增大的速度随土壤电阻率的增大而增大, 电阻率较大的情况下, 冲击接地电阻随电阻率增加而增加的速度逐渐减小。通过现场试验测得的土壤电阻率如下表1所示。

由表可知, 当地的土壤条件较好, 可看作均匀土壤, 土壤电阻率小于100Ω·m, 具有良好的导电性。且土壤电阻率越小, 导电性能越好, 更有利于将雷电流泄放到大地中去。

1.3 CDEGS仿真计算原理

下面给出的是计算电磁场时域分布的方法。时域中的标量电压以及电磁场可以通过Fourier变换求得:

其中,

为雷电涌流的频谱, V0 (ω) , E0 (ω) , H0 (ω) 分别为未经调制的标量电压、电场、磁场的频谱。未经调制的电磁场由接于导体网的单位电流源产生。频谱V0 (ω) , E0 (ω) , 由HIFREQ模块来计算, Fourier变换和Fourier反变换由FFTSES模块来计算。

2 结论

本研究通过对220Kv线路杆塔进行现场冲击特性试验, 同时辅以CDEGS仿真计算, 对比分析真型试验和仿真结果, 研究得出以下结论:

(1) 采用现场冲击试验, 得到了真实杆塔接地装置的冲击接地电阻, 因选取刚组立的220Kv铁塔, 排出了导线以及架空地线的干扰。现场的土壤情况、周边环境和天气状况等与实测值比较相符;

(2) 冲击接地电阻实测值与仿真计算结果吻合较好, 因受现场干扰因素的影响存在一定的误差, 整体的变化趋势基本一致, 认为试验结果是准确的;

冲击力学特性第7篇

在国家铁路公路施工及城市建设工程中,桩基础应用越来越广泛和普遍。预制桩一般都采用“打入法”即冲击钻孔法进行施工。这种方法施工便捷、快速,质量也容易保证。这种方法具有一个明显的缺点,就是打桩产生的地面振动会对周围环境产生以下几方面的影响:①会对近距离的建(构)筑物的安全造成影响;②会对地下管线的正常使用造成影响;③会对人们的正常工作、生活造成影响。[1]因此研究打桩引起的地面质点振动的规律对预估或减小这些影响具有重要的意义。对质点振动速度随距离的变化的规律的研究,可以为预测振动影响的范围提供依据。

1 试验场地工程地质概况

N9标段拒马河8号大桥为张石高速公路涞源(张保界)至曲阳(保石界)涞源至涞水段内一座主线桥,位于太行山山地区,桥址区地势起伏,桥址区无断裂构造及不良地质现象,岩土体分布较稳定、承载力高,总体评价桥址场地稳定性较好。其地质柱状图如图1所示。

2 现场测试

2.1 试验仪器:

由中科院成都分院生产的TC-4850爆破测振仪和与之相配套的标定好的传感器。

2.2 试验方案:

(1)在离施工桩2m、4m、6m、8m、10m、12m、的同一水平位置布置6个传感器,测试竖直方向的振动速度。(2)现在地上挖一个20cm*20cm*10cm的土坑,然后打入80cm的钢筋,再灌注水泥,结合牢固后再用石膏布置传感器。(3)为减小数据的误差,离施工桩的水平距离,冲击锤的提升高度每个提升高度我们试验次数取为5-左右然后取其均值。(4)试验中我们主要分析对振动速度产生影响的两个因素,即冲击锤的落锤高度,测点距施工桩的水平距离。

2.3 测点布置图

根据现场的体质情况及施工情况,作了如图2的测点布置。

3 冲击振动测试结果分析

打桩时,桩一锤一垫体系成为一个简单的单自由度体系。[2]冲击桩的落锤的能量计算公式如公式(1)。

W=mgh[2] (1)

W-落锤的冲击能量m-冲击锤的质量g-冲力加速度(9.8m/s2)h-冲击锤的落锤高度

在试验中,同一种冲击施工时,现场进行了5次测试,每次测试各点的振动速度和六个测点的变化规律基本一致,冲击能量的变化与测点波速的变化规律如图3、图4和图5所示

冲击能量的变化与测点1振动速度的变化规律如图6、图7和图8所示

三种冲击能量施工时,分别测试了5～8组数据,取其均值,得到波速如表1,曲线图如图9所示。

从上图中可以看出,冲击能量不同时,振动速度由近及远的衰减规律相似,都是在10m内衰减较快,10m之外衰减相对较慢。

4 数理统计及方程回归

根据表1的数据,用数理统计的方法分析三种不同能量施工时,各测点的质点竖直振动速度和测点距施工桩的水平距离之间的关系,对比不同能量冲击施工时同一测点的速度之间的区别和联系。