摘要：尺度效应是阻碍对泥石流复杂动力学过程理解的最主要因素。土工离心机通过提供一个等效的高倍重力加速度场,能够在模型中还原岩土工程原型的应力状态,为泥石流物理模拟的尺度效应难题提供了一个经济可行的解决方案。在总结前人提出的两相流(泥石流)无量纲参数的基础上,建立了应用于土工离心机模拟泥石流的分层次相似性试验设计体系,可以确保模型和原型中泥石流运动学与动力学参数绝对值和相对值的一致,从而可以系统性地还原泥石流原型问题的物理过程。同时,针对对模拟结果产生较大影响的科里奥利效应和1g自然重力加速度,建议试验设计阶段选择有效旋转半径更大的离心机并适当降低旋转角速度。研究结果对泥石流和碎屑流的小尺度、大尺度物理模拟以及离心机模拟具有理论和技术层面的参考意义。

摘要：在对土工离心机吊篮设计的基础上,采用分块优化设计思想,用Pro/E软件分别对吊篮平台和吊臂设计结构进行优化。以设计结构质量为优化目标,而以设计结构所受最大应力和最大位移为约束条件,找出了结构较合理的参数组合。然后,对吊篮进行结构分析,其刚度和强度均满足设计技术指标。该设计方法减轻了吊篮质量,减少了研制成本,同时改善了离心机转臂和主轴的受力工况。

摘要：动力离心机被当前岩土地震工程界公认为最有效、先进的室内物理模型研究手段,但全球现役数量仍十分稀缺,大量动力和静力土工离心机在各国处于建设和筹划阶段。动力离心机建设具有问题多、难度大、周期长等特点,尤其是中、大型。风阻功率作为离心机驱动电机选取和机室冷却系统设计的基础参数,是设计关键问题之一,直接影响设备工作安全性和试验结果可靠性。本文以风阻功率和冷却方法为两个核心,首先建立与求解了风阻功率简化模型和计算方法,解释了土工离心机风阻功率发生机制和计算问题,提出了便于工程应用的简化估算方法;分析了机室内风场和温度场分布特点,提出了节能冷却系统设计优化方法。

摘要：转臂是高速土工离心机承载的关键部件,现有集成式转臂所能达到的离心加速度有限,而采用整体锻造加工、兜装方式负载的整体式转臂则可实现高离心加速度设计。根据整体式转臂的结构特点,将其分为主臂段和兜装段进行针对性设计,主臂段采用变截面等强度设计,兜装段则分别对兜装根部的圆角和兜装梁的轻量化进行了对比设计。采用有限元分析方法对设计结果进行分析校核,结果表明,在离心加速度1700.4g下该转臂最大应力小于450 MPa,安全系数大于2,该转臂所能承受离心加速度远超现有水平,对实际工程有参考意义。

摘要：土工模型撞击模拟试验是一类在离心场下研究土工模型在瞬态冲击作用下的缩比效应试验;介绍一种土工离心机撞击模拟试验测控装置的设计,该装置在土工离心机上采用气体炮发射金属弹丸撞击土工模型,可完成气体炮发射弹丸的远程控制和利用激光测速法测量弹丸发射速度,并实现多路土工模型撞击响应信号的同步高速采集;给出不同材料的弹丸和不同类别的气体作用下弹丸的速度和气体炮膛压的关系试验数据,并介绍了试验现场调试遇到的技术问题,给出解决方案;该系统已应用于土工模型的撞击模拟试验,在75g离心场下完整获取了试验测试数据,这些数据为相关土工研究提供了参考。

摘要：本文根据实际工作经验,系统叙述了大型土工离心机的总体结构和各主要部件的基本设计原则。同时,对能基本体现上述.本设计原则的LXJ-4-450土工离心机的技术指标、结构特点和运行情况作了简要介绍。

摘要：温控是土工离心机设计中的关键问题之一,温度超标将严重影响实验的准确性和安全性。当常规散热方式无法满足温控要求时,降低风阻功率成为温控的重要方法,氦气置换空气及降压均能降低风阻功率。本文对ZJU400 g•t离心机进行了仿真,基于雷诺运输方程和CFD模拟结合的方法对降压和氦置换对风阻功率的影响进行了研究。模拟结果显示:(1)常压下空气的模拟风阻功率和实测结果偏差<15%,验证了模拟的可靠性;(2)风阻功率与压力成指数(指数<1)关系;(3)相同压力下氦工质风阻功率约为空气的17%~19%。进一步研究表明风阻功率与有效运动黏度、速度空间分布和压力有关,并得到风阻功率随压力和氦置换变化的主要原因。

摘要：吊篮是巨型多功能土工离心机的关键部件,它不仅要承载大离心载荷,还要承载振动等复合载荷,其结构直接影响离心机的规模和运行工况。针对某巨型土工离心机吊篮使用要求,首先分析确定其振动方向,然后设计其初始结构形式,并针对常规试验工况要求,用Pro/E软件对吊篮结构进行优化。以设计结构质量为优化目标,而以设计结构所受最大应力和最大位移为约束条件,找出了吊篮较合理的结构参数组合。最后对优化设计出的吊篮进行振动工况验证分析,结果表明该吊篮满足振动试验要求。巨型多功能土工离心机吊篮的设计可为同类产品的设计提供参考。

摘要：为了解决常压下超重力离心模拟与实验装置(CHIEF)的温控问题,提出以氦气置换机室内空气的温控方法,建立区分不同热源的传热模型,通过降低风阻功率减少源头热量产生.建造CHIEF的缩比模型实验装置(机室直径缩比为1∶20),分别在空气和氦气介质下测定风阻功率和机室内的温度.实验结果表明,氦气置换空气后,风阻功率降低了82.4%,机室内的最高温度从56.4℃降至32.9℃,机室内的最大温差从6.8℃降至4.1℃.传热模型的分析结果表明,气体与机室侧壁面的摩擦产热是造成机室温度升高的主要原因,氦气置换后的原型机机室温度可控制在25.7℃,实现了机室最高温度不超过(40±5)℃的温控目标.

摘要：为解决土工离心机照相系统位置固定,所拍摄的照片数量少、不清晰、不具有实时性等问题,在对离心机运动模型进行深入分析的基础上,依据相对运动和自动控制原理,设计出了土工离心机的快速成像系统。系统主要由支架、导轨、丝杠、PLC、伺服电机驱动机构及数码相机组成,将系统的机械结构固定于模型外侧,使模型箱和系统机械结构运动过程中彼此相对静止,通过对伺服电机的精确控制,使相机准确依次运动到待测点的正上方,控制相机快速对焦拍照。实验结果表明:在离心机高速运行过程中数字照相系统能在任何时刻拍摄模型箱内指定位置的照片,而且所拍摄到的图片清晰,能够真实记录模型箱内点位变化,实现了设计目标,具有应用推广价值。