1 武汉科技大学 理学院,武汉 430065
2 武汉爆破有限公司,武汉 430056
3 江汉大学 精细爆破国家重点实验室, 武汉 430056
4 江汉大学 爆破工程湖北省重点实验室, 武汉 430056
5 江汉大学 爆破工程湖北省重点实验室
6 武汉 430056
为解决受限空间下高耸钢筋混凝土水塔爆破拆除难题, 研发了高耸构筑物垂直原地爆破拆除技术。采用高速摄影观测、振动监测手段和数值仿真方法, 对水塔垂直原地坍塌冲击破坏机理、垮塌运动过程和触地振动效应进行了全面分析。研究发现:高耸水塔垂直原地爆破拆除的坍塌过程近似自由落体运动, 回归分析得到水塔向下塌落的加速度约为9.4 m/s2, 略小于重力加速度; 采用“分离式”有限元模型, 可以近似还原水塔的塌落运动过程, 并精确捕捉每段筒体的冲击碰撞时刻; 159号混凝土材料模型, 可以很好地模拟水塔筒体塌落冲击破坏过程; 水塔筒体冲击破坏过程复杂, 总体呈现多次冲击累积损伤破坏过程; 振动主振频带主要集中在5~60 Hz, 振动信号的高频部分衰减迅速, 能量主要集中在低频部分, 并且振动信号的总能量随着距离的增加而显著减小。试验表明:通过筒体分段依次垂直原地塌落触地, 并同步开展顶部水箱水压爆破, 不仅可以控制高耸水塔的塌落堆积范围, 而且可以减小触地振动效应并控制爆破粉尘危害。
爆破拆除 原地塌落 高速摄影 数值模拟 触地振动 blasting demolition in-situ collapse high-speed photography numerical simulation touchdown vibration
航天工程大学宇航科学与技术系, 激光推进及其应用国家重点实验室, 北京 101416
为研究脉冲激光斜入射烧蚀铝靶冲量耦合机理, 直接测量其宏观冲量耦合特性是其中一种手段, 但激光烧蚀包含多种物理过程, 仅仅研究其宏观力学性能难以深入分析冲量形成机理, 脉冲激光烧蚀形成的等离子体羽流喷射是诱发力学效应的重要过程, 因此, 在研究宏观力学性能的基础上, 通过开展脉冲激光斜入射烧蚀铝靶等离子体羽流及发射光谱特性测量研究, 深入分析脉冲激光烧蚀冲量耦合机理。 围绕单脉冲1064nm激光斜入射烧蚀铝靶开展研究, 首先通过构建高速摄影测量系统和发射光谱测量系统, 获得了典型激光能量密度斜入射烧蚀铝靶产生的等离子体羽流图像、 等离子体光谱图像和等离子体发射光谱, 基于等离子体发射光谱, 利用Boltzmann作图法和Stark展宽法, 分别研究了脉冲激光多种斜入射角度下等离子体温度、 电子数密度随能量密度的变化关系; 通过搭建扭摆微冲量测量系统, 研究了脉冲激光多种斜入射角度下, 沿着激光入射方向的冲量耦合系数随能量密度的变化。 研究中遵循从羽流微尺度演化过程到冲量宏观力学性能测量分析的研究思路。 实验结果表明, 随着能量密度的增加, 等离子体羽流发光强度增强, 羽流离化程度增加, 等离子体温度、 电子数密度均先迅速增加, 冲量耦合系数也迅速增加; 当能量密度大于15 J·cm-2时, 由于等离子体屏蔽效应, 等离子体温度、 电子数密度均逐渐趋于饱和, 最终导致冲量耦合系数随着能量密度的增加而减小; 此外, 随着入射角度的增加, 等离子体温度、 电子数密度均逐渐减小, 导致冲量耦合系数也随之减小。 研究结果表明, 利用高速摄影和发射光谱可较好地分析脉冲激光烧蚀冲量耦合机理, 研究结果可为激光空间碎片清除、 空间微推力器、 空间非合作目标消旋等空间应用的关键参数优化提供参考。
激光烧蚀 斜入射 等离子体羽流 高速摄影 发射光谱 等离子体屏蔽 冲量耦合 Laser ablation Oblique incidence Plasma plume Fast photography Optical emission spectroscopy Plasma shielding Impulse coupling
1 西南科技大学 环境与资源学院,绵阳 621010
2 泸州北方化学工业有限公司,泸州 646605
3 四川省生产安全应急救援信息中心,成都 610000
4 中国科学技术大学 近代力学系,合肥 230027
为研究单基发射药孤石爆破特性,利用直径和高度均为50 cm的水泥砂浆试块模拟孤石,开展了0.05~0.25 kg/m3单耗的单基发射药和乳化炸药孤石爆破实验,统计并分析了单基发射药和乳化炸药爆破试块的块度分布、破碎能及能量利用率随单耗的变化规律。结果表明:乳化炸药爆破孤石的最大块度随单耗的增加,但能量利用率变化不大。结合高速摄影观察对比单基发射药和乳化炸药爆破孤石的表面裂纹分布与扩展结果,发现单基发射药破岩模式与乳化炸药存在显著差异,其破岩模式是通过在炮孔内快速燃烧产生的高压气体使试块发生轴向和环向的拉伸破坏,而当试块完全开裂后剩余的发射药不再提供破岩能量。
单基发射药 孤石爆破 块度分布 破碎能 高速摄影 single-base gun propellant boulder blasting fragmentation distribution crushing energy high-speed photography
1 山西机电职业技术学院 材料工程系, 长治 046000
2 九江职业技术学院 机械工程学院, 九江 332100
3 江苏科技大学 材料科学与工程学院, 镇江 212003
为了得到稳定的激光双电弧复合焊接过程, 采用空间重构技术对不同焊丝间距下焊接过程特征电流最大李雅普诺夫指数(LLE)进行了数值计算, 通过理论分析和实验验证, 取得了不同焊丝间距焊接电流的LLE和标准偏差数据。结果表明, 激光位于两弧中心, LLE小于0.61、间距为3mm~9mm时, 热源耦合良好, 焊接过程稳定;焊丝间距为7mm时最佳, 焊缝表面平整光滑且熔深最大;LLE可以作为焊接稳定性的判据, 且与电信号、电弧形态和熔滴过渡的观察结果吻合度较高。这一结果对保证焊接过程的稳定和安全是有帮助的。
激光技术 焊接过程的稳定性 最大李雅普诺夫指数 激光双电弧复合焊 熔滴过渡 高速摄影 laser technique stability of welding process the largest Lyapunov exponent hybrid laser double arc welding metal transfer high-speed photography
强激光与粒子束
2021, 33(3): 034006
强激光与粒子束
2020, 32(11): 112004
长春理工大学机电工程学院, 吉林 长春 130022
针对测量高速运动暗小目标的需求,提出了一种基于单帧多次局部曝光的测速方法。理论分析了关键参数对测量频率的影响,推导了激光照明目标的灰度成像模型表达式。利用脉冲激光作为局部曝光光源与时序基准,在单帧图像中多次生成带时间戳的目标影像;建立单帧多次局部曝光测速模型,利用单目视觉与激光测距数据实现了暗小目标的空间定位与测速,突破了高速相机测量频率的上限并提高了测量精度;对速度为1500m/s的目标进行了测速仿真实验,结果表明,测速误差小于0.7%。在低速条件下设计了样机实验,相比标准速度的目标发射器,测速误差小于2.5%,且系统成本较低、机动性好,满足工程精度要求。
机器视觉 测速 高速摄影 光源设计 激光测距机 激光与光电子学进展
2020, 57(22): 221508
西安现代控制技术研究所, 陕西 西安 710065
为了提高超高速物体运动速度的测量精度,在分析高速摄影系统测试过程的基础上,加入校正量δ对传统计算模型进行优化。结合优化前、后的两种模型,在不同速度区间、校正量δ、相机和反射屏距离hz等条件下,对运动物体的理论弹道和实际弹道的速度进行仿真。分析可知所提模型对于高速、超高速物体的运动速度模型具有很好的修正效果,且对于运动速度越快的模型修正效果越好;并对距离与测量误差间的关系进行研究,得到当hz值大于30 m时,相对偏差小于1%。外场测试结果与建立的计算模型和仿真模型均相符。
几何光学 速度测量学 超高速摄影 弹道线 图像处理 光学学报
2020, 40(17): 1708001