基于相似理论的大型构造物理模拟装置的设计与研究

基于相似理论的力学模型试验材料研究崔雪婷;张子东;范珊【摘要】目前,中国对于岩质边坡模型试验相似材料的研究已经非常深入,但对于土质边坡,特别是黄土边坡模型试验相似材料的研究却非常浅薄,因此研究出一种适用于黄土边坡模型试验的相似材料具有非常重要的研究价值.通过大量的相似材料配比试验,研制出一种新型的黄土相似材料来模拟诠释兰州报恩寺滑坡的破坏过程,借以兰州报恩寺滑坡为模型,通过常规三轴试验,确定材料的基本力学参数,通过兰州报恩寺滑坡的室内物理模拟底摩擦试验来验证试验相似材料配比ω黄土:ω河沙:ω石蜡油:ω水=4:1:0.7:0.627的可靠性.并且通过对该材料的试验可得出,该相似材料有使黄土易于保持水分、配置的特点,且价格便宜,方便购买,可模拟按相似比缩小后的大型黄土体,是一种比较理想的模拟黄土的相似材料.【期刊名称】《人民珠江》【年(卷),期】2019(040)005【总页数】5页(P82-86)【关键词】地质力学模型;黄土;相似材料;力学参数;底摩擦试验【作者】崔雪婷;张子东;范珊【作者单位】成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川成都 610059;成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川成都610059;成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川成都610059【正文语种】中文【中图分类】P642选择正确合理的相似材料是准确模拟工程原型的关键。

相似材料和相似模型是进行相似模拟试验的必要条件，相似材料的配比对其物理力学性质具有很大影响，对物理模型的相似性起着决定性作用[1]。

目前，中国国内许多专家学者也开展了对相似材料这方面的研究，已经投入使用的地质力学模型相似材料主要有：1997年韩伯鲤等研制出了MIB材料[2]；为了避免和弥补常规材料的缺陷和不足，李仲奎等研制出NIOS地质力学模型试验材料[3]；王汉鹏等根据相似材料配比的原则研制成功的一种新型地质力学模型试验相似材料IBSCM[4]。

科学技术创新2019.33新型多孔氧枪与熔池作用的物理模拟尉媛丁尚辉李哲成琳刘广强（辽宁科技大学土木工程学院，辽宁鞍山114051）摘要：基于相似理论，以260t顶吹炼钢转炉为原型建立了1:7的水模型装置，对转炉顶吹过程中的物理现象进行研究，结果发现：低枪位时新型喷头对熔池的冲击深度小于传统喷头，高枪位时与传统喷头基本相同；新型喷头与熔池作用的冲击坑直径平均提高了22%；设计流量不同枪高下，新型喷头的混匀时间平均缩短了10s。

关键词：新型氧枪；转炉；冲击坑；混匀时间中图分类号:TF801文献标识码:A文章编号:2096-4390(2019)33-0038-021绪论在顶吹转炉炼钢过程中，氧枪向炉内吹氧的重要设备，氧枪喷嘴是氧枪的核心部件，为了使喷头达到超音速效果，通常采用拉瓦尔型喷头，氧枪喷嘴要求具有优良的射流特性和耐久性[1]。

目前的氧枪喷头多为五孔或者六孔喷头，且喷头的形状和尺寸相同[2,3]。

为保证确保冶炼过程的氧枪喷头具有足够的冲击冲击能量从而保证其对熔池的更强的搅拌效果，减少冶炼过程的炉外飞溅，延长喷头的使用寿命，设计了一种交错的新型六孔氧枪。

通过氧枪射流与熔池相互作用的物理模拟，研究了氧枪位置、流量对冲击坑深度的影响。

2装置与方法以某钢厂260吨氧气顶吹转炉为研究对象，几何比1:7建立物理模型。

以水模拟实际钢水，压缩空气模拟氧气。

实验的枪位H变化范围为30de-50de，其中de代表喷嘴出口直径，流量变化范围为125-154Nm3/h。

距和初始液位在同一水平面，实验过程中保持摄像机位置不变。

经过20s的稳定吹气后，用摄像机记录10秒的冲击坑形状，每2秒从视频图像中提取10幅图像。

利用Image-g软件分析相应的的冲击坑深度和直径并最终取平均值。

通过测定熔池的混匀时间判定射流对熔池的搅拌特性。

将电导探头固定在炉壁一侧，吹炼开始后向熔池中注入250ml饱和KCl。

定义混合时间为从加入溶液开始直到电导率值达到稳定时间，混合时间的测定重复三次取平均值。

相似理论及其在模拟试验中的应用相似理论是一种通过研究事物之间的相似性来描述和预测复杂系统的理论。

在科学和工程领域，相似理论的应用越来越广泛，尤其是在模拟试验中。

模拟试验是通过对真实系统的数学建模和仿真，来预测和优化系统的性能。

然而，由于真实系统往往非常复杂，很难直接对其进行分析和建模。

因此，相似理论在模拟试验中的应用显得尤为重要。

相似理论主要涉及相似性、相似元、相似图等基本概念。

相似性是指两个或多个系统之间在某些方面具有类似的特性或行为。

相似元是指构成相似性的基本单元，它可以是对称性、周期性、统计规律等。

相似图则是一种用于描述系统相似关系的图形工具。

在模拟试验中，相似理论的应用主要表现在以下几个方面：建立相似模型：通过对真实系统进行详细观察和研究，选择与真实系统具有相似性的模型，并对模型进行必要的简化，以适应计算机仿真的需要。

进行相似变换：将真实系统中的物理量转化为计算机可以处理的数值，并通过对这些数值进行计算和分析，来评估系统的性能。

求解代数方程组：通过建立数学模型，将真实系统转化为代数方程组，并利用计算机技术求解方程组，以获得系统的最优解。

随着科学技术的发展，相似理论也在不断发展和完善。

经典相似理论主要宏观系统的相似性，而现代相似理论则更加注重微观和介观系统的相似性。

智能相似理论也崭露头角，该理论结合了人工智能、机器学习等技术，使得相似性的识别和预测更加准确和高效。

相似理论在模拟试验中扮演着重要的角色，它帮助我们更好地理解和预测复杂系统的行为。

通过建立相似模型、进行相似变换和求解代数方程组，我们可以对真实系统进行有效的仿真和模拟，进而优化系统的性能。

随着科学技术的发展，相似理论也在不断发展和完善，未来将会有更多的理论和技术被应用到相似理论中，以进一步拓展其在科学和工程领域的应用范围。

多重环境时间相似理论是一种基于系统科学和工程仿真的理论体系，主要用于研究不同环境下时间序列数据的相似性。

近年来，该理论在许多领域得到了广泛应用，其中包括沿海混凝土结构耐久性研究。

摘要大庆长垣构造演化特征研究：基于构造物理模拟分析摘要定量化、立体化、综合化、动态化和模拟仿真等新兴模式广泛的应用于含油气盆地构造以及与油气聚集关系的研究中，新理念、新格架、新序列不断的促进石油构造领域发展。

密切联系石油构造与石油地质学，有利于推动勘探的快速发展，其中新构造观对油气富集规律、油藏形成特点的地质构造背景的研究以及对老油区挖潜和开拓油气新区、新领域、新类型的勘探均具有重要指导作用。

作为松辽盆地中央坳陷区内的二级构造单元之一，大庆长垣占大庆油田总产量的九成以上，因此对于大庆长垣构造演化特征的研究必不可少。

然而，大庆长垣经历了复杂的构造运动，对于其所受构造应力环境、形成机制及构造演化规律存在争议，这些问题都限制了该区域勘探研究工作的进行，因此有必要对大庆长垣的构造几何特征、构造演化特征进行分析研究。

为了更加清楚的认识大庆长垣的构造特征，本文以地震剖面解释以及前人资料为基础，结合成盆动力学、构造地质学以及沉积地质学等基本理论知识和几何分析方法，以构造物理模拟为研究手段，对大庆长垣断裂系统、构造样式和构造演化规律进行系统的分析研究，为下一步的油气勘探工作奠定坚实可靠的基础。

研究取得了符合实际区域构造变形特征的构造地质认识，主要认识如下：（1）大庆长垣整体的构造体系由近NS向大庆长垣、NE向局部构造、NE 向逆断层、NW向正断层和NW向断块组成，是由形态、性质、等级、序列及方向都相异的构造在相同的挤压构造环境下形成的构造带，在空间展布、发生发展及力学机制等方面大庆长垣的各个构造存在相互的联系。

（2）从形成机制出发，结合构造物理模拟实验得出结论，大庆长垣整体为断层型正反转构造，沉降中心形成于断陷期；反转期主要以正向构造为特点，反转期沿先存断层面逆冲活动，从而完成挤压变形产生的缩短。

（3）通过构造物理模拟实验得出结论，并且结合实际形态进行对比，认为大庆长垣地区的断陷总体形态呈NNE条带状，这是由于NNE向的头台-黑鱼泡基底断裂起着主控作用。

时　代　农 机TIMES AGRICULTURAL MACHINERY第　４５　卷第　４　期２０１８　年　４　月　Ａｐｒ．２０１８ Ｖｏｌ．４５　Ｎｏ．４２０１８年第４期228机械设计中相似理论与模型试验的应用研究王　理摘　要：模型试验是现代化机械设计中的一个重要的方法手段，而相似理论则是模型试验的理论基础。

文章就将以现代化的机械设计为例，对相似理论与模型试验在其中的应用进行研究，通过对相关理论的介绍以及特定的例子来说明相似理论和模型试验在机械设计中应用的重要性。

关键词：相似理论；模型试验；机械设计(铁岭师范高等专科学校，辽宁 铁岭 112001)作者简介：王理（１９９０－），辽宁铁岭人，大学本科，助理实验师，研究方向：机械设计制造及其自动化。

１　相似理论与模型试验（1）相似原理相似理论是对物理现象的相似条件和相似现象性质的一种论述，从20世纪开始就被广泛的运用在各类学科当中。

相似理论包含三条定理，即相似第一定理、相似第二定理与相似第三定理。

相似第一定理，任意两个相似的现象只要满足单值条件相同，就可以确定对应的相似准则的数值也相同。

这是由法国的J Bertrand 所建立的，对于单值条件条件来说，其主要包括以下因素：物理参数、系统的初始条件与几何性质等。

相似第二定理，由美国学者J Buckingham 提出，当一个现象由n 个包含k 个基本量纲的物理量所组成时，在彼此的相似现象中，相似准则只需要通过将各个物理量之间的关系方程式转化成为无量纲方程式的形式就可以自行导出。

相似第三定理，由原苏联人M B Kupnhyeb 提出，即现象的单值条件相似且由其导出的相似准则在数值上相等，则现象就相似。

（2）相似原理的特征相似原理主要存在以下几点特征：一是相似现象能为文字上完全相同的现象所描述；二是对于存在相似现象的物理量来说，其在空间对应的各点和时间上相互对应的各瞬间存在一定的比例规律。

三是各相似常数值都满足一定的自然规律，不能够任意选择。

相似理论在机械工程中的应用探讨引言相似理论是工程领域中的一种重要理论，它在机械工程领域中有着广泛的应用。

相似理论通过对实验数据和模型进行比较分析，可以帮助工程师更好地理解和预测机械系统的性能。

本文将探讨相似理论在机械工程中的应用，并从实际案例出发，分析相似理论对机械工程设计和优化的意义。

相似理论的基本概念相似理论是指在一定条件下，两个或多个物体在某种特定的属性上具有相似性。

在工程领域中，相似理论常常用于描述不同尺度下的物理现象或系统。

如果两个机械系统具有相似的几何形状、材料性质和运行条件，那么它们在某些特定属性上就可能是相似的。

相似理论通过建立数学模型和实验验证，可以帮助工程师在不同尺度下进行有效的设计和优化。

相似理论在机械工程中的应用相似理论在机械工程领域具有广泛的应用，可以应用于流体力学、结构力学、热力学等多个领域。

下面将通过实际案例来说明相似理论在机械工程中的应用。

案例一：风电叶片设计风能是一种清洁、可再生的能源，在近年来得到了广泛的应用。

风力发电机的叶片设计是影响发电效率的关键因素之一。

通过相似理论在风洞中进行模型试验，可以在较小的尺度下获取与实际叶片相似的气动性能参数。

基于这些模型试验的结果，工程师可以对实际尺寸的叶片进行优化设计，从而提高风能的利用效率。

案例二：汽车碰撞试验在汽车工程领域，相似理论也被广泛应用于汽车碰撞试验。

通过在实验室中进行小尺度汽车碰撞试验，可以获取相似的碰撞力学性能参数。

这些参数可用于评估汽车在实际碰撞情况下的安全性能，并指导汽车结构的设计和优化。

案例三：水力发电站模型试验水力发电站是一种重要的清洁能源发电方式，其设计和运行都涉及复杂的流体力学特性。

通过在模型试验台上进行水力发电站的模拟实验，可以获取与实际发电站相似的流动特性参数，从而指导实际发电站的设计和运行。

通过以上案例可以看出，相似理论在机械工程中的应用具有重要意义，它通过建立不同尺度下的物理模型和实验验证，可以帮助工程师更准确地理解和预测机械系统的性能。