自由面

摘要： 针对自由面不仅影响爆破效果还影响爆破振动效应的问题,提出从能量角度探索自由面对水下爆破振动衰减规律的影响。以三峡大坝至葛洲坝水利枢纽河段水下钻孔爆破地震波现场监测数据为基础,结合SPH-FEM数值模拟技术和小波时频能量分析方法,对不同自由面数量的爆破振动信号的总能量、各频带间的能量分布特征及振动衰减规律进行了研究。结果表明:水下钻孔爆破具有低主频、短持时、快衰减的特点,爆破主频带主要集中在15.625~31.250 Hz;受单一自由面限制的水下开槽爆破,监测信号的爆炸能量主要以振动形式消耗,单自由面比振动能为13.14 mm^(2)/(kg·s^(2)),随着后续开挖爆破自由面数量的增加,双自由面和三自由面的比振动能分别降低至1.36和0.28 mm^(2)/(kg·s^(2)),频带质点峰值振动速度分别降低65%和37%,能量更多用于破碎和抛掷岩体,水下爆破振动主频由低频向高频带(31.25~62.50 Hz)发展。因此,在水下控制爆破设计时,需要考虑自由面数量对振动能量分布和衰减规律的影响,并利用这个特征,确定各段的控制药量,减少对周边建构物的共振危害。

摘要： 为改善无网格粒子法自由表面附近计算精度及稳定性,尤其在负压梯度条件下较难收敛的状况,提出了一种基于虚拟边界的狄利克雷边界条件赋值方法。以移动粒子半隐式法为例,采用最小二乘法对自由表面粒子进行多项式拟合,以拟合曲线作为虚拟边界,用自由表面粒子到虚拟边界的偏差矢量对自由表面粒子赋值进行修正。通过方形液滴旋转算例验证了算法的有效性与准确性,获得了自由表面平滑的模拟结果。进一步研究了关键参数的选择对边界条件的表达和计算精度的影响,发现当拟合搜索半径为4倍初始粒子间距时,可减小拟合误差,防止边界畸变。提出的改进方法提高了自由表面核截断区域的计算精度与稳定性,可显著改善负压梯度下大变形自由曲面外缘粒子因梯度力偏差而导致的粒子飘散情况,为改善大变形复杂界面流动计算提供了新的思路。

摘要： 有限元分析广泛应用在现代工程设计中,在有限元分析过程中,总是会出现各种各样的问题,导致出现模型不收敛、分析结果不准确等问题。对此,文章从工程实践出发,以临沧市大摆田水库三维有限元分析为例,总结水利工程三维有限元分析过程中的常见问题,主要阐述有限元分析过程中容易遇到的误区及优化方法,以供相关人员参考。

摘要： 在阶段空场嗣后充填法开采过程中,如何形成回采爆破的初始补偿空间是成功应用该采矿方法的关键。阶段空场嗣后充填法在进行切割拉槽爆破时,受到围岩的夹制作用,极易造成切割槽爆破欠挖甚至出现爆破失败的问题。以新城金矿为工程背景,采用无切割井大直径深孔爆破方法形成切割槽。对比分析传统的垂直深孔后退式分段爆破拉槽方法与“品”字形后退式分段爆破拉槽方法,结果表明:当采用“品”字形后退式分段爆破拉槽方法时,既利用了采场下部的自由空间,又利用了由于“品”字形布置所创造的超前自由面和中央补偿空间,可以显著提升无切割井深孔爆破的效果。在此基础上,优化了新城金矿阶段充填法开采过程中大直径深孔切槽爆破的孔网参数。综合分析结果,确定了新城金矿大直径深孔切槽爆破一次爆破高度为3.6 m,炮孔直径为100 mm,炮孔的排间距和孔间距均为1.5 m,爆破边孔距离爆破边界为0.5 m,并在切割槽中央设置4个空间补偿孔,改善“品”字形后退式深孔切槽爆破的效果。

摘要： 为探究双孔爆破时炮孔间距和额外自由面对爆破过程中爆破损伤的影响,基于RHT(RiedelHiermaier-Thoma)损伤本构建立了多组三维数值模型,利用模型损伤云图研究不同爆破条件下的岩石爆破过程,通过自定义变量—有效损伤率的变化探究炮孔周围岩石损伤的时空演化过程。结果表明:随着炮孔间距的增加,岩石有效损伤率逐渐递减,相同截面处的有效损伤率在炮孔间距最小的方案中最大,相邻炮孔间的爆破能量叠加作用随炮孔间距的增大而减弱,合适的炮孔间距可以获得更加理想的爆破效果;岩石有效损伤率随着自由面到炮孔中心处距离的增大而逐渐减小,爆破能量倾向于向自由面方向传播,额外自由面对爆破能量分布的影响随自由面与炮孔间距的增大而减弱。数值模拟结果对研究双孔爆破能量的传递法则具有一定的借鉴意义。

摘要： 为研究爆破自由面不同时炸药爆炸对岩石爆破的影响,采用动力有限元方法,以岩石深孔台阶齐发爆破为例,分别对爆炸典型时刻的岩石单元等效压力变化云图、单元压力变化曲线、单元节点速度变化曲线、爆炸典型时刻的冯·米塞斯压力变化云图和岩石单元有效应力变化曲线等进行了分析,从理论上得出:爆破自由面不同会导致岩石破碎程度不同,爆破自由面多于一个时,岩体易于破碎。研究表明,随着自由面数的增多,节点速度变化的趋势和有效应力变化的趋势均与压力的变化趋势不一致,说明炮孔中压力变化是爆破对介质造成破坏的主要影响因素,研究成果可为爆破设计和施工提供参考依据。

摘要： 潜艇周围绕流场流动特性会影响潜艇的机动性能,特别是近水面航行时,自由面的存在会增大潜艇尾流场的复杂程度.为探究潜艇在近水面航行时自由液面对潜艇尾流场流动特性的影响机理,借助大型水下三维粒子图像测速技术开展潜艇尾流场流动特性研究.首先通过美国泰勒水池标准模型实验结果对试验方法准确性进行验证;随后,用验证后的模型试验方法对潜艇尾流场进行测量,得到不同潜深工况、不同速度下的桨盘面轴向速度以及脉动速度,同时辅以数值模拟对试验无法测得的兴波波系及中纵剖面速度场加以补充,从兴波角度阐述了自由面对潜艇尾流场流动特性影响机理.研究结果表明:潜艇在近水面航行时,随着Fr增大,桨盘面处轴向速度云图中上方等值线整体趋于扁平化,较4D潜深工况,1.5D潜深工况出现局部脉动速度极大值,且脉动速度结构整体下移;自由面存在时,艇体与自由面间流场速度明显增大,特别在桨盘面区域,流场速度明显提升.随着Fr增大,桨盘面处的自由液面高度逐渐降低,这就导致了桨盘面位置出现更大的流体速度,即造成了桨盘面伴流场挤压现象.

摘要： 主要探索在中深孔采矿中,利用巷道冒落空区合理布孔,并通过一次爆破进而达到正排中孔回采所需的切槽空间和自由面的技术方案,借此取代切割天井、切割槽的施工,去除相关工序施工所带来的安全风险,实现采场矿石顺利回收的目的.

摘要： 结构中接缝的存在会降低接缝区域结构的整体刚度和强度,对结构的抗爆性能也有不同程度的影响.为研究试块间接缝条件对试块破坏程度的影响规律,完成了多个拼接混凝土试块的表面接触爆炸试验,初步探讨了炸药在接缝处爆炸时试块破坏的特征.进一步分析试验结果,利用有限元软件对试验结果进行对比,数值模拟结果与试验取得了比较好的一致性.在所选的三个位置中角部接缝位置是混凝土接缝结构发生接触爆炸最不利部位,研究结果表明接缝位置对爆炸的破坏作用有很大影响,且接缝宽度是影响其接缝条件的重要因素,对于盾构衬砌结构,当接缝宽度为2 mm时破坏深度达到最大,约为试件中心接触爆炸破坏深度的1.5倍.

摘要： 为研究隧道爆破自由面数量对地表振动速度的影响,以青岛地铁1号线贵州路站一西镇站区间TBM双导洞超前大断面隧道爆破施工为背景,通过同步监测地表振动速度,回归拟合不同自由面数量条件下的场地系数K和衰减系数α.研究表明:①自由面数量不同时,场地系数K、衰减系数α的值也不同.场地系数K、衰减系数α均随自由面数量的增加而逐渐减小,且K值较α值的衰减速率更为显著.②隧道爆破振动受自由面数量的影响,在单段最大药量、爆心距相同的条件下,随着自由面数量的增加,爆破振动速度V整体呈现减小的趋势.峰值振动速度随自由面数量的增加呈现非线性降低,且爆破振动速度衰减速率随自由面数量的增多而逐渐趋缓.

摘要： 振动翼作为一种高效率的能量转换装置,既可将水流能转化为机械能实现能量采集,也可作为推进装置实现高效的推进,具有实用性、经济性等诸多的优点,在新能源领域和船舶推进领域具有很好的应用前景.本研究采用CFD方法进行研究,采取展弦比为5的NACA0012翼型进行计算,重点研究了纯升沉运动自由面下水翼的水动力性能,并与含有相同工况的文献进行比较,采用BEM模型对同样振动模式下无界流的水动力性能进行了计算,将上述结果综合起来进行对比,分析出了自由面的存在对于振动翼影响的振动频率范围.最后计算分析了NACA0012的振动频率和推进效率.

摘要： 为了通过数学模型模拟船舶的操纵性,进行斜航、纯横荡和摇艏等试验或数值模拟必不可少.本文基于OpenFOAM开源代码开发的求解器naoe-FOAM-SJTU模拟深水中摇艏运动试验,采用动网格技术,用VOF方法求解自由面波高,求解RANS方程获得船体力等数据,代入升沉和纵倾方程并积分,通过转换矩阵得到该船的位置和姿态数据.

摘要： 本文基于弱可压缩移动粒子半隐式法(WCMPS)分析自由面流动问题.该方法不用求解压力泊松方程,而是采用流体状态方程来求解流场压力.应用本文方法对典型自由面流动问题进行了模拟,得到了与试验值符合较好的结果.

摘要： 密度均匀连续分层流中脉动点源速度势,根据其脉动频率小于和大于Brunt-V(a)is(a)l(a)频率可称为带自由面的连续分层流体中自由面格林函数和内波格林函数,论文根据格林函数的解析表达,探讨了解的性质以及内波生成机理、自由面的干扰机理及波动特征.rn 在结合对脉动点源的格林函数的解析解的深入分析，揭示了带自由面的密度连续分层流中脉动点源的内波生成机理和自由面波动特征。由于自由面的存在，脉动点源的内波生成机理比密度连续分层无限流场有了实质性的改变，对于上述的结论是迄今为止国际上首次发现的全新的结论。建立带自由面的密度连续分层流中脉动点源生成内波的数理模型，并在国际上首次从理论上给出带自由面的连续分层流体中脉动点源的内波生成格林函数的解析表达，进而深入阐明连续分层流中脉动点源内波生成机理和自由面波动特征是本项研究的主要创新点所在。rn 从本项研究取得的成果及其反映出来的带自由面的密度连续分层流中内波生成机理的复杂性可见，水下航行体尾迹产生的机理及其在海洋面上的表现形态在当前依然有重要的理论和学术意义，有前沿性和直接的应用前景，值得开展进一步深入的研究。

摘要： 本文基于气泡动力学理论和开源软件OpenFOAM的可压缩两相流求解器,对封闭容器中的气泡群相互作用进行了数值模拟研究.在研究中分别考虑了无自由面和有自由面两种工况下单个气泡、两个气泡、四个气泡的气泡动力学行为和相互作用.通过参数研究,得到了气泡溃灭周期、体积压缩比、气泡压力峰值、击穿、融合以及分离现象随着气泡压力、半径大小、泡间距、与自由面的距离等参数的变化而变化的定性规律.从众多参数实验中归纳出了影响气泡形态和动力学特征的主要因素:在无自由面工况下,是气泡的相对大小、液体压力以及气泡间的压力差;而有自由面工况下,是来自自由面的压力.

摘要： 通过对炸药单耗影响因素的分析,了解到可以通过增加自由面个数,使爆破能量能够最为充分的利用到破碎岩体中,可以达到降低单耗的目的.结合白马铁矿的爆破实际情况,提出了通过改变起爆方案,调整装药结构,利用孔内微差的办法是降低炸药单耗的有效措施,并从理论上阐述了增加自由面来达到降低炸药单耗的目的的基本原理.

摘要： 通过对炸药单耗影响因素的分析,了解到可以通过增加自由面个数,使爆破能量能够最为充分的利用到破碎岩体中,可以达到降低单耗的目的.结合白马铁矿的爆破实际,提出了通过改变起爆方案,调整装药结构,利用孔内微差的办法是降低炸药单耗的有效措施,并从理论上阐述了其是怎样通过增加自由面来达到降低炸药单耗的目的.通过采用孔间起爆以及孔内微差结合的爆破技术，由于自由面的大大增加，炸药的能量可以充分运用在岩体的破碎当中，能量得到了最为充分有效的利用。通过微差爆破的作用，爆破所产生的后冲以及旁冲也相应的减少，爆破所产生的震动效应也可以得到降低。

摘要： 激光冲击是一种用于研究材料动态力学行为的高效加载手段.本文研究了激光冲击作用下不同靶体厚度对其动态力学行为的影响,使用了新近发展起来的高时间分辨率的速度测量装置PDV来测量靶体在激光冲击作用下自由面的速度,并且利用了光学显微镜来观察靶体在激光冲击之后的形貌结构.实验结果表明靶体厚度对材料在激光冲击作用下的动态力学行为具有十分显著的影响.不同厚度的靶体在激光冲击作用下的动态力学行为包括动态穿孔、层裂和激光冲击强化.

摘要： 基于自主研发的紧致插值CIP(Constrained Interpolation Profile)数学模型,开展了规则波在潜堤上传播和变形的数值模拟研究.模型在直角坐标下建模,以高阶差分CIP方法为流场基本求解器,离散了Navier-Stokes方程,通过多相流理论描述了固-液-气之间的相互作用,采用VOF(Volume of Fluid)类型的具有高精度、紧致的THINC(tangent of hyperbola for interface capturing)方法改进了传统的数学模型,更加精确地重构了自由面.开展了不同潜堤上规则波演变的数值模拟,模拟得到的潜堤前后不同位置处的波面与实验结果吻合较好.结果表明CIP方法模型能很好地模拟潜堤上波浪的演变和变形过程,可进一步应用于实际波浪问题的计算.

摘要： 基于自主研发的气-液二相流数学模型开展了液滴冲击液膜的数值模拟,采用紧致插值曲线(CIP: constrained interpolation profile)方法离散Naiver-Stokes方程,完成速度—压力场的求解,并分析了速度场、压力场随时间变化的过程.采用VOF/WLIC(volume of fluid/weighed line interface calculation)方法重构了自由面,并与SOLA-VOF方法及CIP方法得到的自由面进行比较,验证VOF/WLIC方法对于液滴冲击液膜问题的适用性.通过调整气-液二相流的黏度比值,分析比较了不同黏度比值对模拟结果的影响.结果表明,CIP方法可精准重现液滴冲击过程中的复杂自由面现象.

摘要： 本发明提供一种基于折射率补偿的自由面附近空化现象微距观测方法，包括：布置玻璃水槽和激光器，将摄像机安置在玻璃水槽的一侧以获取自由面附近的空泡图像；在玻璃水槽与镜头之间且位于光轴上方的位置处布置玻璃板；分别计算出视场上下两端穿过镜头的水平光线和中心光线坐标，进而确定使用的玻璃板厚度，从而在焦点处得到空泡视场的清晰实像。本发明利用折射率补偿方法，通过在镜头前放置固定厚度的玻璃板对自由面两侧的流动进行观测，通过控制光线的传播路径使从物体发出的光线经过多次折射后能够聚焦于同一平面，进而得到微小空泡的清晰视场成像。

摘要： 本发明公开了一种提高爆破效率的封闭自由面掏槽爆破方法，属于属于采矿施工技术领域，包括：在工作面上依次布置掏槽孔、切割孔、第一辅助孔、第二辅助孔、第三辅助孔和周边孔，准备具有控制裂纹扩展方向的爆破管；先把炸药装入爆破管中，再把装有炸药的爆破管放入切割孔内，利用炮棍调整爆破管切割方向，使切割孔的切割方向能够形成环状的封闭自由面；把普通药卷依次装入各炮孔内，并用炮泥依次封堵各炮孔；最后采用微差起爆。本发明通过切割孔先于掏槽孔起爆，并在掏槽孔周围形成封闭的环形自由面，封闭的环形自由面可以提高掏槽效果，从而减小整体炸药用量，降低炸药爆炸对周围岩体、邻近构筑物造成的危害和成本，提高爆破效率和施工安全。

摘要： 本发明提供了一种切割自由面水翼空泡长度预测方法，包括：一、根据切割自由面水翼的几何模型，等间距划分水翼的离散点；二、初始化水翼沿着展长方向的环量分布；三、计算水翼当前时刻的下洗诱导速度在离散点上的值；四、计算每个离散点当前时刻的有效攻角；五、计算各个离散点上的升力线斜率；六、计算每个离散点上的升力系数；七、计算下一时刻的环量分布；八、判断步骤七和三的环量误差是否达到收敛条件，如果达到则计算收敛；否则，更新下一步迭代初始环量值，代入步骤三迭代计算。本发明建立了一种更加高效快速的计算切割自由面水翼空泡长度的数值模拟方法，扩展了原始升力线算法的应用范围，为实验数据快速分析验证提供了行之有效的方法。

摘要： 本发明公开了一种自由面辅助破岩的波纹式岩石隧道掘进机刀盘及其制备方法，所述刀盘包括波纹式刀盘面板；所述波纹式刀盘面板设置有波峰区、波谷区和过渡区；其中，所述波峰区和所述波谷区在空间上为圆环面，所述过渡区为一锥面被波峰区和波谷区所在的两平面截得的一个空间上的封闭曲面，三个空间上的面顺序连接形成所述波纹式刀盘面板；所述波纹式刀盘面板的中心位置安装有中心滚刀；所述波纹式刀盘面板的最外圈边缘安装有边滚刀；所述波纹式刀盘面板的波峰区、波谷区和过渡区均安装有正滚刀。本发明通过对刀盘面板进行改进，可使掘进机的破岩效率得到显著提高。

摘要： 本发明提供一种变攻角的切割自由面水翼实验模型，包括：支撑杆，顶端固定有连接板，底端固定有支撑圆盘；水翼，顶端固定有水翼圆盘；调节孔，在支撑圆盘和水翼圆盘上以圆心为原点，分别绘制两个直径不同的大圆和小圆，在平面坐标系与大圆和小圆相交的位置处分别开一个定位孔，在支撑圆盘上以各定位孔为中心，分别沿大圆和小圆在顺时针和逆时针方向上分别开预定数量的攻角孔；在水翼圆盘上以各定位孔为中心，分别沿大圆和小圆在逆时针方向上分别开预定数量的攻角孔。本发明可实现对切割自由面水翼非定常通气流动特性的研究，通过改变上下圆盘螺孔相对位置进行连接固定，从而可以定量精确地控制水翼的攻角。

摘要： 本发明涉及一种用于循环水槽的自由面加速器，其包括加速器腔体和自由面加速器喷水口，所述加速器腔体上连接有进水口；所述加速器腔体的底部与自由面加速器喷水口的顶部固定安装，所述自由面加速器喷水口的底部安装至收缩段后的等面积矩形部位。本发明还涉及一种包含用于循环水槽的自由面加速器的自由液面的循环水槽水力系统。本发明提供的基于喷水口结构结合限位调整机构的自由面加速器，其为静态结构，且限位调整机构采用的也是普通橡胶密封垫和标准螺栓(或螺柱)，具有结构简单、可靠，容易实施的特点，因此，具有很大的实用价值和推广意义。

摘要： 本发明提供了一种基于双目识别的非定常自由面兴波测量装置，包括高清晰度波面特征方案投影系统、升沉杆、二维坐标位移机构、相机多自由度旋转台、双目曲面高速相机、轻型滑轨、滑轮以及数据采集存贮电脑；二维坐标位移机构通过滑轮固定于轻型滑轨下方；相机多自由度旋转台通过升沉杆安装在二维坐标位移机构下方；高清晰度波面特征方案投影系统通过升沉杆安装在位于轻型滑轨中央的二维坐标位移机构的下方；双目曲面高速相机通过螺栓分别固定于轻型滑轨左右两端的相机多自由度旋转台上。本发明通过双目曲面高速相机和高清晰度波面特征投影系统的相互配合，采集非定常兴波面的实时图像，非接触式的测量方式，克服了传统方式对波浪表面产生干扰。

摘要： 本发明提供了一种切割自由面水翼空泡长度预测方法，包括：一、根据切割自由面水翼的几何模型，等间距划分水翼的离散点；二、初始化水翼沿着展长方向的环量分布；三、计算水翼当前时刻的下洗诱导速度在离散点上的值；四、计算每个离散点当前时刻的有效攻角；五、计算各个离散点上的升力线斜率；六、计算每个离散点上的升力系数；七、计算下一时刻的环量分布；八、判断步骤七和三的环量误差是否达到收敛条件，如果达到则计算收敛；否则，更新下一步迭代初始环量值，代入步骤三迭代计算。本发明建立了一种更加高效快速的计算切割自由面水翼空泡长度的数值模拟方法，扩展了原始升力线算法的应用范围，为实验数据快速分析验证提供了行之有效的方法。

摘要： 本申请公开了一种自由面重构方法、装置、设备及介质，涉及水气多相流计算领域，包括：分别利用第一单值函数和第二单值函数确定当前时刻下的自由面中每一个网格的第一斜率和第二斜率；获取所述第一斜率和所述第二斜率之间的第一对比关系，确定每一个所述网格中目标流体的第一位置信息；基于所述第一对比关系从所述第一斜率和所述第二斜率中确定出目标斜率，获取所述目标斜率与预设阈值之间的第二对比关系，利用所述第一位置信息和所述第二对比关系确定所述目标流体的第二位置信息；利用所述第二位置信息计算出每相邻网格之间的体积分数通量，以便利用所述体积分数通量对下一时刻的所述自由面进行重构。能够提高自由面重构的精确度。

摘要： 本实用新型公开了一种用于单一自由面爆破的装药支架，包括底座；所述底座的中部开设有第一通孔，所述底座的上侧通过连接杆固定有固定板，所述底座和固定板均为圆形结构，所述固定板的中部开设有第二通孔，所述固定板上侧的左右两端分别设有夹持组件，所述夹持组件的内侧夹持有导向管，所述导向管贯穿于第一通孔和第二通孔内，所述导向管的左侧上端设有加药管，所述加药管的出药口与导向管的内腔连通，所述加药管的上侧放置有盖板，所述盖板的中部转动连接有转动柱，所述转动柱的上端穿过盖板的上侧，该用于单一自由面爆破的装药支架，操作简单、工作效率高、能够避免出现装药不密实的情况。