中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，四川绵阳621900
全口径环形抛光是加工大口径平面光学元件的关键技术之一，其瓶颈问题是元件面形的高效高精度控制。通过研究元件面形的影响因素及其控制方法从而提升其确定性控制水平。围绕影响面形误差的运动速度、抛光盘表面形状误差和钝化状态等关键工艺因素，建立基于运动轨迹有效弧长的环形抛光运动学模型，揭示了抛光盘表面开槽槽型对面形误差的影响规律；提出了采用位移传感器以螺旋路径扫描抛光盘表面并通过插值算法生成其形状误差的方法，建立基于小工具的子口径修正方法，实现了抛光盘形状误差的在位定量修正；提出抛光盘表面钝化状态的监测方法，研究了抛光盘表面钝化状态对面形误差的影响规律。结果表明：抛光盘表面开槽采用环形槽时元件表面容易产生环带特征，采用径向槽、方形槽和螺旋槽时元件表面较为匀滑；通过在位定量检测和修正抛光盘形状误差，可显著提升元件的面形精度；随着抛光盘表面的逐渐钝化，元件面形逐渐恶化。在研制的5 m直径大口径环形抛光机床上加工800 mm×400 mm×100 mm平面元件的面形PV值优于λ/6（λ=632.8 nm），提升了元件的面形控制效率和精度。
光学加工 全口径环形抛光 面形误差 影响规律 控制方法 optical fabrication full-aperture continuous polishing surface figure influencing principle control method 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230602
辽宁工程技术大学 爆破技术研究院，阜新 123000
为分析不同单位面积炸药量及不同截面应力下的钢筋混凝土立柱爆破后破坏特征及应变演化规律，以弹性力学理论为基础，利用自主研制的单轴惯性动载力学模型试验系统对12个钢筋混凝土立柱进行爆破试验。当钢筋混凝土立柱上部截面应力为0 MPa时对应单位面积炸药量为0.11 kg/m2、0.23 kg/m2、0.27 kg/m2; 上部截面应力为2 MPa时对应单位面积炸药量为0.13 kg/m2、0.18 kg/m2、0.23 kg/m2;上部截面应力为3 MPa时对应单位面积炸药量为0.18 kg/m2、0.23 kg/m2、0.32 kg/m2; 上部截面应力为4 MPa时对应单位面积炸药量为0.13 kg/m2、0.18 kg/m2、0.23 kg/m2，并且运用数值仿真模拟软件对不同截面应力影响爆破效果进行模拟分析。定义纵向中轴线破碎距离来描述立柱爆破后的破碎范围，通过理论推导、现场试验及数值模拟软件分析不同影响因素下的中轴线破碎距离及应变演化规律得出：随着截面应力的增加，越接近中轴线的耦合切向应力越大，与加载方向垂直的耦合切向拉应力相对减小; 当单位面积炸药量约小于0.15 kg/m2时，随立柱截面应力增大，立柱中轴线破碎距离不断减小; 当单位面积炸药量约大于0.15 kg/m2时，随着截面应力的递增，中轴线破碎距离不断增大，立柱的切向拉应变峰值呈上升趋势，径向压应变峰值绝对值逐渐减小; 当截面应力一定时，随着单位面积炸药量的增加，立柱纵向中轴线破碎距离增大，但是增长幅度却随着单位面积炸药量的增加而减小，同时立柱的切向拉应变峰值增大，径向压应变峰值绝对值也呈上升趋势; 随着截面应力的增大，立柱损伤云图中轴线上损伤距离不断增大，且裂纹倾向于加载轴向扩展，进一步验证试验结论的正确性。
爆炸荷载 钢筋混凝土立柱 截面应力 单位面积炸药量 破坏特征 应变演化规律 explosive loads reinforced concrete columns section stress amount of explosive per unit area destructive characteristics strain evolution laws
1 中交第一航务工程局有限公司 , 天津 300461
2 长安大学 公路学院, 西安 710000
在小净距大断面隧道后行洞爆破开挖过程中, 如何保证先行洞的爆破振动安全极为关键。以京秦高速双向六车道小峪隧道为工程依托, 监测分析了后行洞开挖过程中先行洞纵、横断面的爆破振动速度分布规律; 依据爆破振动跟踪监测结果, 动态调整优化后行洞的爆破设计参数, 并提出了相应的爆破振动安全控制措施。结果表明：小净距隧道后行洞开挖时, 先行洞边墙径向振动的速度最大, 且主要由掏槽孔爆破引起, 垂直向振速略低于切向振速, 但二者差别不大, 爆破振动能量主要集中在30~100 Hz频段; 对于先行洞纵断面上的振动分布, 峰值振速总体随爆心距衰减, 衰减速率也随之降低; 未开挖方向的振速相对较高, 约为同等距离已开挖向振速的1.2~1.6倍; 对于先行洞横断面上的振速分布, 迎爆侧的振速明显高于背爆侧, 其中边墙部位迎爆侧振速可达背爆侧的5~10倍; 现场针对爆源采用多级复式掏槽, 优化炮孔分布, 雷管段别增加至12段来减少相应的单段药量, 以及增大起爆间隔至60 ms来等措施控制爆破振动, 现场实践表明, 优化后的爆破设计可使先行洞边墙振速降低约50%。
小净距隧道 先行洞 爆破振动 分布规律 安全控制 neighborhood tunnel front tunnel blasting vibration distribution law safety control
金丝楔形键合是一种通过超声振动和键合力协同作用来实现芯片与电路引出互连的技术。现今，此引线键合技术是微电子封装领域最重要、应用最广泛的技术之一。引线键合互连的质量是影响红外探测器组件可靠性和可信性的重要因素。基于红外探测器组件，对金丝楔形键合强度的多维影响因素进行探究。从键合焊盘质量和金丝楔焊焊点形貌对键合强度的影响入手，开展了超声功率、键合压力及键合时间对金丝楔形键合强度的影响研究。根据金丝楔焊原理及工艺过程，选取红外探测器组件进行强度影响规律试验及分析，指导实际金丝楔焊工艺，并对最佳工艺参数下的金丝键合拉力均匀性进行探究，验证了金丝楔形键合强度工艺一致性。
引线键合 楔形键合 超声键合 影响规律分析 wire bonding wedge bonding ultrasonic bonding analysis of influence law
1 中铁十六局集团 路桥工程有限公司, 北京 101500
2 中国矿业大学(北京) 力学与建筑工程学院, 北京 100083
3 泰山学院 机械与建筑工程学院, 泰安 271000
目前隧道施工普遍应用矿山法, 爆破振动对隧道内围岩、支护结构的影响及其灾害控制一直是热点问题。为研究爆破振动在隧道内部的传播规律, 以某软弱围岩隧道为工程背景, 分别对错距三台阶齐爆和分爆的振动信号进行现场监测。采用萨道夫斯基公式非线性回归、Fourier变换方法对测试数据进行分析和研究。结果表明: 对于隧道同一断面, 拱顶具有振动速度大、振动主频高、衰减速度慢的特点; 三台阶间采用100 ms延时爆破时, 可以实现爆破能量在时空分布上的离散, 振动叠加效应明显减弱。设计单孔爆破试验, 掏槽区域中间设置试验孔, 试验孔与整个爆破网络的延期设置为100 ms获取单孔振动波形, 基于线性叠加原理, 计算不同延期时间下掏槽爆破合成振动波形来优选微差延期时间。结果表明: 孔间延期时间在4~7 ms时, 掏槽爆破引起的峰值振速急剧下降, 干扰降振的效果明显, 延时超过7 ms后, 峰值振速无显著差异; 掏槽孔延期时间取7 ms时减振效果最佳, 将最佳延期时间应用于现场爆破, 取得了良好的降振效果。
隧道工程 爆破振动 传播规律 线性叠加 最优延期时间 tunnel engineering blasting vibration propagation law linear superposition optimal delay time
1 武汉理工大学 资源与环境工程学院, 武汉 430070
2 武汉市公安局 治安管理局, 武汉 430077
3 华新水泥股份有限公司, 武汉 430200
4 五矿勘查开发有限公司, 北京 100044
裂隙岩体爆破数值模拟过程中, 裂隙分布模型的真实性, 是影响数值模拟结果的关键因素之一, 现有节理裂隙构建方法难以实现三维分布上的复杂表征或是实现操作过于繁杂。为探索在LS-DYNA软件中构建三维分布上真实、复杂表征的节理裂隙模型简单可行的操作方法, 通过MATLAB软件对爆破数值模型K文件进行解析重组, 按照节理裂隙三维分布规律进行勾勒并赋予节理裂隙材料本构, 构建出符合节理裂隙分布规律的节理岩体三维精细化数值模型。以某露天石灰石矿山为实例, 开展节理裂隙三维分布规律统计分析并在台阶爆破数值模型中进行还原, 基于裂隙岩体精细化数值模型, 开展露天台阶爆破数值模拟试验和现场爆破试验对比研究。结果表明: 采用解析重组方法构建的数值节理模型与实际节理裂隙的误差小于13%; 节理裂隙面使岩体内的损伤分布规律发生了变化, 与完整岩体相比, 损伤范围增加了12.04%, 粒径处于0~100 mm的占比降低了8.11%; 爆破模拟得到的损伤结果与现场破碎效果接近, 统计粒径在0~100 mm之间的碎块的占比, 误差为4.16%。解析重组法构建三维节理裂隙, 可行、操作简便, 数值模拟结果接近实际。
裂隙岩体 裂隙分布规律 地质模型 爆破数值模拟 爆破试验 jointed rock mass joint distribution law geological model LS-DYNA LS-DYNA blasting simulation blasting test
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
2 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
3 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院，安徽 合肥 230026
为实现激光湍流大气传输效应的快速评估，采用数值仿真方法研究高斯光束远场长曝光光斑的定标规律。首先，对理想光束真空衍射和湍流扩展效应分别定标，结果表明光源截断强弱影响远场有效半径大小。然后，考虑衍射、初始像差、平台抖动和湍流扩展的相互作用，改进了半径平方加和假设，建立了远场63.2%环围功率半径和平均光强的定标规律模型。特别地，对于截断因子为的高斯光束，在实际激光系统特性、常用光学湍流廓线、地对空传输路径组成的参数空间中开展了数值仿真，利用遗传算法确定了模型的标度指数。结果表明基于改进的半径平方加和方法所建立的定标规律模型精度有了显著提升。定标规律模型与数值仿真的结果对比表明，真空传输远场半径的平均相对偏差为1.55%，湍流大气传输远场半径和平均光强的平均相对偏差分别为1.92%和3.80%。
大气光学 大气传输 高斯光束 定标规律 精度 中国激光
2023, 50(22): 2205001
1 内蒙古工业大学土木工程学院, 呼和浩特 010000
2 内蒙古工业大学矿业学院, 呼和浩特 010000
3 鄂尔多斯应用技术学院土木工程系, 鄂尔多斯 017000
为研究聚乙烯醇纤维水泥基复合材料(PVA-ECC)冻融后的拉伸性能, 分别对PVA-ECC试件冻融0、25、50、75、100、125、150次后进行拉伸试验, 通过试件表面特征和拉伸特征参数综合评价PVA-ECC冻融后的拉伸性能, 并采用向量自回归滑动平均(VARMA)模型探索冻融循环后拉伸特征参数之间的规律。结果表明, 冻融循环试验后, 试件均出现不同程度的损伤, 损伤程度随冻融循环次数增加逐渐增大。初裂强度与抗拉强度随冻融循环次数的增加逐渐降低, 拉伸应变与应变能随冻融循环次数的增加呈先升高后降低的趋势。基于试验数据建立了拉伸特征参数的关系式, 进一步揭示了冻融循环后拉伸特征参数的衰减规律。
聚乙烯醇纤维水泥基复合材料 初裂强度 抗拉强度 拉伸应变 应变能 冻融循环 衰减规律 VARMA模型 polyvinyl alcohol fiber-reinforced engineered ceme initial crack strength tensile strength tensile strain strain energy freezing-thawing cycle attenuation law VARMA model
1 西安科技大学建筑与土木工程学院, 西安 710054
2 西安建筑科技大学土木工程学院, 西安 710054
为促进寒冷地区煤矸石在混凝土中的应用, 通过机械-微波方式对煤矸石进行复合活化, 从表观形貌、质量损失率、相对动弹性模量、抗压强度和劈裂抗拉强度等方面对煤矸石粉混凝土的损伤劣化规律进行了研究, 并使用扫描电子显微镜、核磁共振波谱仪和X射线衍射仪等研究了活化煤矸石粉对混凝土抗冻性能的改性机理。结果表明: 20%(质量分数)掺量下活化煤矸石粉对混凝土抗冻性能改善效果最好, 且经300次冻融循环后, 质量损失率和相对动弹性模量分别为2.32%和91.32%, 抗压强度和劈裂抗拉强度分别下降了16.40%和26.12%; 活化煤矸石粉能填充、细化孔隙, 且其二次水化能消耗水泥水化产物Ca(OH)2, 产生C-S-H和C-A-S-H, 提升水泥石密实程度, 改善孔结构, 使大孔占比减少。
混凝土 煤矸石粉 抗压强度 抗冻性能 劣化规律 损伤机理 concrete coal gangue powder compressive strength frost resistance deterioration law damage mechanism
