固体中的应力波

固体中的应力波
李清
中国矿业大学（北京）

参考书：
1 王礼立. 《应力波基础》第 2 版(2005 年 8 月 1 日)，国防工业出版社 2 李玉龙. 《应力波基础简明教程》第 1 版 (2007 年 4 月 1 日)，西北工业大学 3 丁启财(美国). 《固体中的非线性波》，中国友谊出版公司 4 宋守志. 《固体中的应力波》，煤炭工业出版社 5 杨善元. 《岩石爆破动力学基础》，煤炭工业出版社 6 莱茵哈特(杨善元译). 《固体中的应力瞬变》，煤炭工业出版社 7 徐小荷. 《冲击凿岩的理论基础与电算方法》，东工出版社 8 郭自强. 《固体中的波》，地震出版社

目录
第 0 章绪论..................................................................................................................错误!未定义书签。 1 波动现象..............................................................................................................错误!未定义书签。 2 应力波的概念......................................................................................................错误!未定义书签。 3 应力波分类..........................................................................................................错误!未定义书签。 4 应力波理论与其它力学理论的关系..................................................................错误!未定义书签。 5 应力波理论的发展..............................................................................................错误!未定义书签。 6 应力波理论在岩土工程中的应用......................................................................错误!未定义书签。
第 1 章一维应力波基础..............................................................................................错误!未定义书签。 §波动方程及其解 .................................................................................................... 错误!未定义书签。一维纵波的波动方程 .................................................................................... 错误!未定义书签。波的传播速度 ................................................................................................ 错误!未定义书签。波动方程的解 ................................................................................................ 错误!未定义书签。解的物理意义 ................................................................................................ 错误!未定义书签。 § 应力波的几个基本参量......................................................................................错误!未定义书签。 § 应力波的能量......................................................................................................错误!未定义书签。 § 波的衰减..............................................................................................................错误!未定义书签。原因 ................................................................................................................ 错误!未定义书签。度量 ................................................................................................................ 错误!未定义书签。衰减率α的测定 ............................................................................................ 错误!未定义书签。 § 考虑杆的横向效应的波动方程..........................................................................错误!未定义书签。 § 杆中的扭转波与弯曲波......................................................................................错误!未定义书签。扭转波 ............................................................................................................ 错误!未定义书签。弯曲波 ............................................................................................................ 错误!未定义书签。
第 2 章二维和三维弹性波理论基础..........................................................................错误!未定义书签。 § 弹性体的运动微分方程....................................................................................错误!未定义书签。 § 弹性体的无旋波与等容波..................................................................................错误!未定义书签。无旋波(纵波、P 波) ......................................................................................错误!未定义书签。等容波(横波、S 波).......................................................................................错误!未定义书签。 § 平面波的传播....................................................................................................错误!未定义书签。
平面纵波(V 错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指
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1.1.1
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1
e 1
p 1
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4.1.1
c0
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2
2 M
x,t) E M1)
5.4.1
6.1A.1Me6x.1p.(26.1t3x.u33)6e.1xc.4pM26[i.3(x.132t6u.t3k.1x)1]M土cV动2 t2u2力E特V00
(1)地震危害
60 年代以来，世界范围内地震活动频繁，特别是 1964 年日本新泻地震、美国阿拉斯加地震引

起的饱和砂土液化和地基失效造成结构的大规模破坏，极大地推动了人们对土体地震失稳破坏的认识。随着城市现代化与经济的高速发展，地震作用释放出的巨大能量不但直接造成建筑物及设施的大量破坏，而且其次生灾害造成的损失也十分巨大。
(2)基本情况抗震研究：多年来，世界各国学者在土石坝、挡土结构物、地下结构物、地铁和隧道、高层建筑物的抗震稳定方面取得了大量的研究成果。其它动力问题：除地震荷载作用下土及土-结构物动力特性的研究之外，地基土在其它动力荷载作用下的强度及变形问题也得到极大的重视，如：机器基础的震动；近海结构物在波浪荷载作用下的动力响应分析；输电线路基础、高层建筑物基础、大型桥梁基础在风荷作用下的稳定问题；软基上路堤在交通荷载作用下的变形问题，油罐地基在充水、排水的反复加卸荷作用下的稳定和变形问题等。
6.3.1.2 土动力特性研究的现状及其方法
(1)研究历程 Casagrande 研究了加荷时间对土动力强度的影响； Taylor 和 Whitman 则研究了应变速率对土强度的影响；关于砂土液化，Casagrande 曾试图用临界孔隙比的概念解释砂土的液化现象；后来 Seed 和 Lee 以孔压值作为判断砂土是否发生液化的依据，并提出其后被广泛引用的“初始液化”的概念； 70 年代，Casagrande 重新调整了以前提出的“临界孔隙比”的概念和试验方法，提出“流动结构”的概念；我国学者黄文熙、汪闻韶对土的动力强度和液化特性进行了系统而深入的研究。 70 年代，随着近海重力式石油平台的大量兴建，研究者们的注意力集中在波浪等周期荷载作用下砂土液化的可能性和液化强度等问题，后来又注意到了孔隙水压力消散的影响。另一方面，周期荷载作用下粘性土性状的研究也取得较多的成果。低路提在交通荷载作用下的变形特性也早已引起人们的重视。近年来，各国学者从不同的方向对土动力学进行了深入研究。这些研究的主要内容包括：土的动力特性和本构关系；地震液化势与地面破坏；动土压力和挡土结构的抗震设计；土－结构动力相互作用；土坡和土坝的抗震稳定性；周期或瞬态荷载作用下的变形和强度问题等方面。 (2)一些新的思路：在以往的地震反应分析中，地震作用一般以水平剪切为主，将水平面近似作为最大剪应力作用面，地震产生的破坏就是在这些水平动剪应力作用下产生的。然而，日本阪神等地震的破坏形式表明竖向地震作用产生的破坏是相当大的。
(3)关于土的动力性质及其基本理论研究
①土的动力特征及其描述动荷载作用下的应力～应变关系是表征土动力性质的基本关系，也是分析土体动力失稳过程等一系列特性的依据。由于土具有明显的各向异性，加之土中水的影响，使土的动力应力～应变关系

表现出非线性、滞后性及变形积累等三种特征。骨干曲线与滞回曲线共同反映了土体应力～应变全过程。
②地基土的液化问题自 1964 年日本新泻地震和美国阿拉斯加地震以来，液化问题得到了逐渐认识和日益重视。液化是造成场地地震损害的首要原因之一，地震引起的地基失事约 50%起因于液化。就无粘性土及粘粒含量较少的粉土而言，这种由固态向液态的转化是孔隙水增大而有效应力降低的结果。影响地基土液化的因素：土性条件、初始应力条件、动荷载条件、排水条件等。液化机理：砂沸、流滑和循环流动性三种形式。 ③动力特性测试技术也得到较大发展原位测试技术包括： (a)震法勘测(跨孔法是其中之一)； (b)采用振荡器的表面波测试法； (c)低频循环加载测试法； (d)动力旁压仪测试法； (e)根据地震记录，用反演分析法计算； (f)此外还有一些简便易行的方法如，SPT 试验、CPT 试验、地震圆锥仪贯入试验(SCPT)、电测技术等。室内测试技术包括： (a)循环三轴试验。 (b)振动剪切试验。 (c)共振柱试验。 (d)振动台试验。 (e)离心模型试验。
6.3.1.3 数值计算的基本方法和特点近年来，土动力学除在理论研究方面取得长足的进展外，在数值模拟和计算方面也
取得了较大的发展，已发展了多种土的动力本构模型。根据所研究具体问题的不同可采用不同的本构模型。如按弹性、塑性和粘弹性进行分类则大致可分为：
(1)弹性本构模型弹性模型使用方便，可用于土体应变量小的情况。弹性本构模型有三个明显的特征：（a）应变的弹性或可逆性；(b)应力与应变一一对应关系；(c) 与应力或应变路径的无关性。 (2)弹塑性本构模型动荷载作用下土体的塑性会增大，简化分析中常用塑性模型。弹塑性本构关系来源于 Hill(1950)提出的塑性理论的概念. 对于塑性变形需要三方面的假设：破坏准则或屈服准则、硬化准则、流动法则。 (3)粘塑性本构模型考虑土体在荷载作用下的时间效应时，可使用粘性模型。
6.3.1.4 随机振动理论及地震振动系统的可靠性
除确定性的分析方法之外，以地震响应分析方法、随机振动分析方法、动力可靠性为基础的动力分析方法也得到很大的发展，主要包括以下一些内容:
(1)地震响应分析的一般方法地基受地震荷载作用的动力响应分析方法可分为两类： ①一类是确定性分析方法。

地震时基岩运动的加速度是时间的已知确定性函数，在作用下，求上覆地层及地面结构物的动力响应，所求得的亦为时间的确定性函数；
②另一类是非确定性分析方法。（2）确定性系统的随机分析方法（3）非确定性系统的随机分析方法（4）动力可靠性分析方法
6.3.2 土的动应力-应变关系及其描述
§ 应力波在地震工程学的应用
?地震波类型
–体波（运动特点、对结构作用） ?纵波——压缩波——P 波 ?横波——剪切波——S 波
–面波 ?瑞利波——R 波 ?勒夫波——L 波
?地震波动理论
?地震震级
含义——一次地震释放能量大小的度量
多种震级定义
–里氏震级（1935） ML=logA-logA0——近震 ?Wood Anderson 地震仪、震中距 R=100km、最大水平地面位移 –面波震级（1939） MS=logA-logA0——远震、浅源 –体波震级（1945） Mb=log(A/T)max-Q(R,h)——远震 –短周期体波震级（1963） mb –矩震级（1977） MW=2/, (地震矩 M0)
存在问题及未来方向
?地震地面运动特性
a(t) (m/s 2)
2.5
1.5
0.5
-0.5
-1.5
-2.5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
t (s)

Y=a(t)sin(wt+Q)
幅值特性
某种物理量（如加速度、速度、位移中的任何一种）的最大值或某种意义下的等代值
?多种定义
峰值概率有效峰值平均振幅
有效峰值持续加速度等反应谱有效加速度
静力等效加速度
等效简谐振幅
Arias 强度
均方根加速度谱强度
?三种谱表述方法
傅立叶谱
2.5 1.5 0.5 -0.5 -1.5 -2.5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
t (s)
功率谱
反应谱
a(t) (m/s 2)

第 7 章应力波测试分析技术简介了解
§ 膨胀环测试技术
§ Hopkinson 杆测试技术
Hopkinson 压杆装置（简称 SHPB 装置）：Hopkinson 压杆本质是一种简易的弹性杆，在杆的一端施加未知压力—时间荷载，产生弹性波在杆中传播，使试件发生塑性变形，应用弹性波理论在杆的输入端、输出端记录扰动波波的一些力学参量。可测试杆端位移、作拉伸试验，能方便地记录加载脉冲的应力—应变、应力—时间、应变—时间、应变率 —时间的动态曲线。
中国矿业大学（北京）的 Hopkinson 压杆系统具国内领先地位，φ75mm 直径装置在国内位居第二。

φ75mm SHPB 实验系统
§ Taylor 圆柱测试技术 § 高速冲击载荷的实验技术
光测系统：

DDGS-II 动焦散线高速摄影系统
t＝30 s
t＝40 s
t＝50 s
t＝60 s

t＝70 s
应力波传递（动光弹图片）
t= s
t= s
t= s
t= s
t= s
t= s
t= s
t= s
t= s
爆破裂纹扩展的动焦散线图片

测试技术基础答案第三章常用传感器

第三章常用传感器一、知识要点及要求 (1)掌握常用传感器的分类方法； (2)掌握常用传感器的变换原理； (3)了解常用传感器的主要特点及应用。二、重点内容及难点 (一)传感器的定义、作用与分类 1、定义：工程上通常把直接作用于被测量，能按一定规律将其转换成同种或别种量值输出的器件，称为传感器。 2、作用：传感器的作用就是将被测量转换为与之相对应的、容易检测、传输或处理的信号。 3、分类：传感器的分类方法很多，主要的分类方法有以下几种： (1)按被测量分类，可分为位移传感器、力传感器、温度传感器等； (2)按传感器的工作原理分类，可分为机械式、电气式、光学式、流体式等； (3)按信号变换特征分类，可概括分为物性型和结构型； (4)根据敏感元件与被测对象之间的能量关系，可分为能量转换型与能量控制型； (5)按输出信号分类，可分为模拟型和数字型。 (二)电阻式传感器 1、分类：变阻式传感器和电阻应变式传感器。而电阻应变式传感器可分为金属电阻应变片式与半导体应变片两类。 2、金属电阻应变片式的工作原理：基于应变片发生机械变形时，其电阻值发生变化。金属电阻应变片式的的灵敏度v S g 21+=。 3、半导体电阻应变片式的工作原理：基于半导体材料的电阻率的变化引起的电阻的变化。半导体电阻应变片式的的灵敏度E S g λ=。 (三)电感式传感器 1、分类：按照变换原理的不同电感式传感器可分为自感型与互感型。其中自感型主要包括可变磁阻式和涡电流式。 2、涡电流式传感器的工作原理：是利用金属体在交变磁场中的涡电流效应。 (四)电容式传感器 1、分类：电容式传感器根据电容器变化的参数，可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。 2、极距变化型：灵敏度为201δ εεδA d dC S -==，可以看出，灵敏度S 与极距平方成反比，极距越小灵敏度越高。显然，由于灵敏度随极距而变化，这将引起非线性误差。 3、面积变化型：灵敏度为常数，其输出与输入成线性关系。但与极距变化型相比，灵敏度较低，适用于较大直线位移及角速度的测量。 4、介质变化型：可用来测量电介质的液位或某些材料的厚度、湿度和温度等；也可用于测量空气的湿度。 (五)压电式传感器 1、压电传感器的工作原理是压电效应。

土木工程试验与量测技术B复习问答题集锦(含答案)

土木工程试验与量测技术B复习问答题集锦(含答案) 第一章绪论 1.学习该课程的目的和意义：答：①重要手段——测试技术是从根本上保证岩土工程设计的精确性、代表性以及经济合理性的重要手段。 ②必备技术——室内试验、原位测试可提供基本设计数据，现场检测及监测可有效控制现场施工质量，确保施工安全和保护周边环境，为今后类似工程提供经验数据。 ③基本知识——岩土工程测试、检测与监测是从事岩土工程工作的人员所必需的基本知识，是从事理论研究的基本手段。 2.研究对象及其特点答：研究对象是岩土体——古老而普通的建筑材料，可作为各类建筑物的天然地基和周边介质。结构物的确定主要取决于岩土体的具体工程性质。特点：力学性质复杂多变，具有很强的不确定性和变异性。第二章：测试技术基础知识 1．什么是测试？什么是测试系统？测试系统有哪些测试环节？答：测试是以确定量值为目的的一系列操作，也就是将被测试值与同种性质的标准量进行比较，确定被测试值对标准量的倍数。测试系统是传感器与测试仪表、变换装置等的有机组合。测试系统包括了数据传输环节、数据处理环节、数据显示环节。如图示：被测对象→传感器→数据传输环节→数据处理环节→数据显示环节

2．传感器的定义、组成及各组成部分的作用。答：传感器是指能感受规定的物理量，并按一定规律转换成可用输入信号的器件或装置。由敏感元件、转换元件、测试电路三部分组成。 ①敏感元件能直接感受（或响应）被测量，即将被测量通过敏感元件转换成与被测量有确定关系的非电量或其他量；②转换元件则将上述非电量转换成电参量；③测量电路作用是将转换元件输入的电参量经过处理转换成电压、电流或频率等可测电量，以便进行显示、记录、控制和处理的部分。 3．什么是传感器的静态特性、动态特性？答：静态特性和动态特性可用来表征一个传感器性能的优劣。静态特性是指当被测量的各个值处于稳定状态（静态测量下）时，传感器的输出值与输入值之间关系的数学表达式、曲线或数表。动态特性是指被测量随时间变化时，传感器的输出值与输入值之间关系的数学表达式、曲线或数表。 4．传感器的静态特性参数有哪些？具体作用？答：主要有灵敏度、线性度（直线度）、回程误差（迟滞性）。 ①灵敏度是稳态时传感器输出量y和输入量x之比，或输出量y 的增量和输入量x的增量之比；②线性度，是评价非线性程度的参数，传感器的输出-输入校准曲线与理论拟合曲线之间的最大偏差与传感器满量程输出之比；③回程误差，输入逐渐增加到某一值与输入逐渐减小到同一输入值时的输出值不相等，叫迟滞现象，回程误差表示这

固体中的应力波

固体中的应力波李清中国矿业大学（北京）

参考书： 1 王礼立. 《应力波基础》第2版(2005年8月1日)，国防工业出版社 2 李玉龙. 《应力波基础简明教程》第1版 (2007年4月1日)，西北工业大学 3 丁启财(美国). 《固体中的非线性波》，中国友谊出版公司 4 宋守志. 《固体中的应力波》，煤炭工业出版社 5 杨善元. 《岩石爆破动力学基础》，煤炭工业出版社 6 莱茵哈特(杨善元译). 《固体中的应力瞬变》，煤炭工业出版社 7 徐小荷. 《冲击凿岩的理论基础与电算方法》，东工出版社 8 郭自强. 《固体中的波》，地震出版社

目录第0章绪论 (1) 1 波动现象 (1) 2 应力波的概念 (1) 3 应力波分类 (3) 4 应力波理论与其它力学理论的关系 (3) 5 应力波理论的发展 (3) 6 应力波理论在岩土工程中的应用 (3) 第1章一维应力波基础 (4) §1.1波动方程及其解 (4) 1.1.1 一维纵波的波动方程 (4) 1.1.2 波的传播速度 (4) 1.1.3 波动方程的解 (5) 1.1.4 解的物理意义 (6) §1.2 应力波的几个基本参量 (7) §1.3 应力波的能量 (7) §1.4 波的衰减 (8) 1.4.1 原因 (8) 1.4.2 度量 (8) 1.4.3 衰减率α的测定 (9) §1.5 考虑杆的横向效应的波动方程 (10) §1.6 杆中的扭转波与弯曲波 (12) 1.6.1 扭转波 (12) 1.6.2 弯曲波 (13) 第2章二维和三维弹性波理论基础 (14) §2.1 弹性体的运动微分方程 (14) §2.2 弹性体的无旋波与等容波 (15) 2.2.1 无旋波(纵波、P波) (15) 2.2.2 等容波(横波、S波) (16) §2.3 平面波的传播 (17) 2.3.1 平面纵波(V//c) (17) 2.3.2 平面横波(V⊥c) (18) §2.4 薄板中的应力波 (19) 2.4.1 控制方程 (19) 2.4.2 纵波 (20) 2.4.3 横波 (21) 2.4.4 各种波速关系 (21) §2.5 球面波 (22) 2.5.1 波动方程及其解 (22) §2.6 柱面波 (23) 第3章应力波的相互作用 (24) §3.1 一维应力波在界面的反射和透射 (24) 3.1.1 应力波在不同介质界面的反射和透射 (25) 3.1.2应力波在变截面杆中的反射和透射 (26)

应力波基础学习知识第三章

第三章弹性波的相互作用 3-3 已知两种材质的弹性杆A 和B 的弹性模量、密度和屈服极限分别为： E A ＝60GPa ， ρA =2.4g/cm 3，Y A =120MPa ，E 1A =E A /5； E B ＝180GPa ，ρB =7.2g/cm 3，Y B =240MPa ，E 1B =E B /5。试对Ⅵ－10所示四种情况分别画出X －t 及σ—v 图，并确定撞击结束时间、两杆脱开时间以及分离之后各自的整体飞行速度。解：两种材料的参数计算如下： s m E C A A A /500010104.210606 39 0=???= = -ρ s m C C A A /10005/01==，s m C v A yA yA /105000 10004.210120)(6 00-=???-=-=ρσ s m E C B B B /500010102.7101806 39 0=???= = -ρ s m C C B B /10005/01==，s m C v B yB yB /667.65000 10002.710240)(6 00-=???-=-=ρσ A C )(00ρ＝2.4×10-3×106×5000＝12×106kg/（sm ） B C )(00ρ＝7.2×10-3×106×5000＝36×106kg/（sm ）（1）： A B v . 由上图可知：当左杆波从自由端反射至接触面时，速度，为－4m/s ，应力为0，撞击结束。撞击结束时间：0.02μs 。

两杆脱开时间即接触到脱开时间：0.02μs。短杆整体飞行速度：－4 m/s（3区）。长杆整体飞行速度：2m/s（5区速度）。（2）撞击结束应在A点。撞击结束时间：0.04μs。两杆脱开时间即接触到脱开时间：0.04μs。短杆整体飞行速度：2 m/s（7区）。长杆整体飞行速度：9m/s（6，10区）。（3） v

2016年公路水运试验检测人员继续教育-桩基检测应力波理论试卷

第1题应力波在杆身存在波阻抗增大、杆端处于自由情况下，在杆头实测杆身波阻抗增大位置的多次反射波是 A.反向 B.奇数次反射反向，偶数次反射同向 C.同向 D.奇数次反射同向，偶数次反射反向答案：B 第2题应力波在杆身存在波阻抗增大、杆端处于自由情况下，在杆头实测杆身波阻抗增大位置的多次反射波幅值比一次入射波幅值 A.相同 B.大 C.小 D.不确定答案：C 第3题应力波在杆身存在波阻抗增大、杆端处于自由情况下，在杆头实测杆身波阻抗增大位置的一次反射波幅值比入射波幅值 A.相同 B.大 C.小 D.不确定答案：C 第4题应力波在杆身存在波阻抗增大、杆端处于自由情况下，在杆头实测杆身波阻抗增大位置的一次反射波是 A.反向 B.奇数次反射反向，偶数次反射同向 C.同向 D.奇数次反射同向，偶数次反射反向答案：A 第5题在上行波中，质点运动的速度方向与所受力方向 A.一致 B.相反 C.有时一致，有时相反 D.垂直答案：B

第6题在下行波中，质点运动的速度方向与所受力方向 A.一致 B.相反 C.有时一致，有时相反 D.垂直答案：A 第7题质点速度的含义及数值范围 A.单位时间里质点在其平衡点附近运动时的位移变化量，一般只有几cm/s B.单位时间内振动传播的距离，一般会达到几km/s C.单位时间内振动传播的距离，一般只有几cm/s D.单位时间里质点在其平衡点附近运动时的位移变化量，一般只有几km/s 答案：A 第8题机械振动是什么 A.物体（质点）在其平衡位置附近来回往复的运动 B.物体（质点）或系统在连续介质中的传播过程 C.引起应力波的外载荷 D.扰动与未扰动的分界面答案：A 第9题两列应力波相遇，在相遇区域内，应力波有什么特性 A.反射、透射 B.散射 C.叠加 D.弥散（衰减）答案：C 第10题波动是什么？ A.物体（质点）在其平衡位置附近来回往复的运动 B.物体（质点）振动在空间的传播过程 C.引起应力波的外载荷 D.扰动与未扰动的分界面答案：B 第11题

霍普金森压杆试验-sillyoranger

简述“霍普金斯”杆测量材料动态应力应变曲线的原理；选用一种大型软件对其进行计算模拟，并对模拟结果进行分析。答：选用ABAQUS大型有限元软件一、“霍普金斯”压杆理论： Hopkinson压杆技术源于1914年B．Hopkinson测试压力脉冲的试验工作，后来R．M．Davies对它进行了改进。1949年，H．Kolsky在这些基础上建立了进行材料单轴动态压缩性能试验的试验方法，测试了高应变率下金属材料的力学性能，这个方法称为分离式Hopkinson压杆(或Kolsky杆)技术。其原理是将试样夹持于两个细长弹性杆(入射杆与透射杆)之间，由圆柱形子弹以一定的速度撞击入射弹性杆的另一端，产生压应力脉冲并沿着入射弹性杆向试样方向传播。当应力波传到入射杆与试样的界面时，一部分反射回入射杆，另一部分对试样加载并传向透射杆，通过贴在入射杆与透射杆上的应变片可记录入射脉冲，反射脉冲及透射脉冲，由一维应力波理论可以确定试样上的应力、应变率、应变随时间的变化，以及应力、应变曲线。 5O多年来，此技术广泛用在高变形速率下材料力学性能的测试。研究人员也对Hopkinson压杆试验方法进行了系统深入的研究，使该技术不断地改善和发展。J．Harding 等在1960年将用于单轴压缩试验的Hopkinson压杆推广到了单轴拉伸试验，在此基础上，1983年又提出至今被广泛使用的Hopkinson拉杆试验方法。W．E．Backer等、J．D．Campbell 等、J．Dully等又提出了Hopkinson扭杆技术，可对于试样施加高应变速率的纯扭转载荷。为提高试验精度，前人在应力波的弥散效应、三维效应、应力波分离、试样中的瞬态平衡对试验结果的影响等方面做了大量工作。分离式Hopkinson压杆实验的示意图如下：图8-1 分离式Hopkinson压杆示意图上图表示了压杆、试件和测试仪器等的位置安排。压杆由高强度合金钢制成。压杆与试件的接触面需要加工得很平并且保持平行。压杆用塑料或尼龙稳定的支撑在底座上。但要注意不能影响应力波的传递。压杆分为输入杆、输出杆和动量杆三部分。输入杆中的初始脉冲是用压缩弹簧或者火药枪发射的方法，在它的端部通过一个质量块或撞击杆的碰撞加载而产生的。撞击杆与输入杆具有相同的材料和直径，因而撞击应力波可以无反射的传入输入杆。由于撞击杆自由端的反射，一个拉伸卸载波通过界面进入输入杆，所以输入杆中入射脉冲的长度是撞击杆长度的两倍。动量杆的端部用弹簧或活塞油缸吸走动量杆带走的无用动量。初始输入应力的脉冲幅值与撞击速度成正比。当输入杆中的入射脉冲到达试件界面时，一部分脉冲被反射，另一部分脉冲通过试件透射进输入杆。这些入射、反射和透射脉冲的大小取决于试件材料的性质。在加载脉冲的作用期间，试件中发生了多次内反射，因为加载脉冲的作用时间比短试件中波的传播时间要长得多，由于这些内反射，使得试件中应力很快地趋向均匀化，因此可以忽略试件内部的波的传播效应。如果我们能够在压杆上记录入射、反射和透射脉冲的连续的应变—时间历史，那么就可

低应变考试题目及答案

公路水运工程试验检测人员继续教育自测试题基桩检测应力波理论

公路水运工程试验检测人员继续教育自测试题基桩检测应力波理论试题本试题为本人在个人继续过程中收集的公路水运工程试验检测人员继续教育自测试题的题目及答案，仅为后续继续教育的同志提供方便，如觉得文件不错记得评价、点赞及下载，不建议盗用及外传，谢谢合作。第1题应力波在杆身存在波阻抗增大、杆端处于自由情况下，在杆头实测杆身波阻抗增大位置的多次反射波是 A.反向 B.奇数次反射反向，偶数次反射同向 C.同向 D.奇数次反射同向，偶数次反射反向答案:B 您的答案：B 题目分数：3 此题得分：3.0 批注：第2题应力波在杆身存在波阻抗增大、杆端处于自由情况下，在杆头实测杆身波阻抗增大位置的多次反射波幅值比一次入射波幅值 A.相同 B.大 C.小 D.不确定答案:C 您的答案：C 题目分数：3 此题得分：3.0 批注：第3题应力波在杆身存在波阻抗增大、杆端处于自由情况下，在杆头实测杆身波阻抗增大位置的一

次反射波幅值比入射波幅值 A.相同 B.大 C.小 D.不确定答案:C 您的答案：C 题目分数：3 此题得分：3.0 批注：第4题应力波在杆身存在波阻抗增大、杆端处于自由情况下，在杆头实测杆身波阻抗增大位置的一次反射波是 A.反向 B.奇数次反射反向，偶数次反射同向 C.同向 D.奇数次反射同向，偶数次反射反向答案:A 您的答案：A 题目分数：3 此题得分：3.0 批注：第5题在上行波中，质点运动的速度方向与所受力方向 A.一致 B.相反 C.有时一致，有时相反 D.垂直答案:B 您的答案：B 题目分数：3 此题得分：3.0 批注：第6题在下行波中，质点运动的速度方向与所受力方向 A.一致 B.相反 C.有时一致，有时相反

应力波基础第五章

第五章刚性卸载近似 5－2 有弹性――线性硬化材料的两有限长杆（长度为L ），其弹性波速C 0相等，塑性波速C 1分别为C 0/3和C 0/5。它们均以5倍的屈服速度分别撞击刚性靶，如图Ⅳ－34所示。试分别画出x －t 图和v －σ图，并确定这两根杆脱离靶板的时间。解：图解如下：（1），塑性波速C 1为C 0/3。 σ y 由图中看出，v －σ图上的17点已为拉应力，故应脱靶。由x －t 图可得其脱靶时间为3.5L/C 0。（2）、塑性波速C 1为C 0/5。 y X 图Ⅳ－34 长为v

由图中看出，v －σ图上的17已为拉应力，故应脱靶。由x －t 图可得其脱靶时间为38L/（9C 0）。 5－5半无限长杆的材料为弹性－线性硬化材料，其弹性波速C 0和塑性波速C 1均已知，且C 1＝C 0/10。若在杆端作用一如图Ⅳ－35所示的应力载荷)(t σ，试采用刚性卸载近似来确定杆中残余应变段的长度。解：如图所示。 ∵ ??? ? ??? -==-C d dv d dv x m m t m u m 000ρσρσσ ∴ 0)(0=-+u m m dt d C X σσσ 又： )(m l t C X στ-= ∴ 0)()] ([0=-+-u m m m l dt d t σσσστ 在本题中，残余应变段的长度尽头的应力应等于Y 。由公式（5－27）： )]([)(00 11 max t t t t t t t t m --- = σσ 在本题中：01max 2,4t t Y ==σ Y t t t t Y t m =--= )](2[4)(00 σ 解得：002)237(4 1 t t t >+= ∴ 应采用公式（5－28）： )()(1020 max t t t t t t m --= σσ 在本题中：01max 2,4t t Y ==σ Y t t t t Y t m =--= )2(4)(2 020σ 解得：08 33t t = 代入公式（5－26）得： 1021)(t t t C t X -==? 的应力载荷 O O 图Ⅳ－35 作用于杆端

井巷工程试题汇总(答案)

二、选择题： 1、锚杆支护的原理主要有（ C ）、悬吊理论、组合梁作用。 A.加固作用 B.防止风化 C. 组合挤压拱 D 改善围岩应力 2、殉爆反映了炸药对___B___的敏感度。 A、应力波 B、爆轰冲击波 C、地震波 D 水平波 3、某道岔可表示为DX615—4—12，其中15代表（ C ） A、道岔号码 B、道岔轨距 C、道岔轨型 D、道岔的曲线半径 4.巷道掘进时，用（ C ）指示巷道掘进方向 A、腰线 B、地线 C、中线 D、边线 5.掘进工作面炮眼爆破顺序为（ A ） A、掏槽眼，辅助眼，周边眼 B、掏槽眼，周边眼，辅助眼 C、辅助眼，掏槽眼，周边眼 D、周边眼，辅助眼，掏槽眼 6. 在道岔的类型中，DK代表（ C ） A 对称道岔 B 渡线道岔 C 单开道岔 D 单线道岔 7. 中线的测量多采用（ A ） A 激光指向仪 B 倾斜仪 C 水平仪 D 以上三种都可以 8. 自由面是指（ A ） A 岩石与空气相接的表面 B 岩石与药包相接的表面 C 药包与空气相接的表面 D 药包周围的空间大小 9、煤矿井下应使用下列何种炸药（ C ） A、正氧平衡炸药 B、负氧平衡炸药 C、零氧平衡炸药 D、以上三种均可 10、巷道形状的选择与下列哪项因素无关（ D ） A、服务年限 B、掘进方式 C、支护方式 D、通风方式 11、巷道设计掘进断面比计算掘进断面（ B ） A、大 B、小 C、相等 D、不一定 12、下列哪项不属于喷射混凝土支护作用原理（ A ） A、组合梁作用 B、封闭围岩防止风化作用 C、共同承载作用 D、改善围岩应力状态 13、选择道岔时应遵循的原则不包括（ C ） A、与基本轨的轨型相适应 B、与基本轨的轨距相适应 C、与行驶车辆的类别相适应 D、与车辆的载重量相适应 14. 锚喷支护效果监测内容不包括（ D ） A、位移监测 B、围岩松动圈监测 C、顶板离层监测 D、支护时间监测 15. 采用不同的调车和转载方式，装载机的工时利用率最小的是（ A ） A、固定错车场 B、长转载输送机 C、梭式矿车 D、仓式列车三、填空 1. 传统的锚杆支护理论有悬吊理论、组合梁理论、组合拱（挤压拱）理论，近期又发展了最大水平应力理论。 2. 金属支架、石材支护、锚杆支护、锚杆支护 3. 炸药爆炸的特征放出大量热、生成大量气体和反应过程高速进行，其中爆炸生成的气体是能量的传递介质。

岩土工程检测原理试题答案

一、土工原位检测有哪几种方法？简述标准贯入试验的原理和方法。答：土工原位检测是指在现场地基土层中进行试验，测定地基岩土的各项物理力学特性，作为地基计算分析和工程处理的依据。原位测试可直接测定岩土的力学性质，所测试的是较大范围的岩土体，并可在现场进行重复验证，已在工程中广泛应用。土工原位检测有以下几种方法： 1．钻孔波速试验。这一试验方法属于小应变条件的原位测试方法，在均质的或成层土层中，理论上波速与土层的弹性模量和泊松比有关。因此，如在现场测得了波速，就可计算上的弹性模量和泊松比。为了测定波速，在震源处引发一次冲击，而在离开震源某一距离处放置一检波器，以测定波通过该指定距离所需的时间。 2. 十字板剪力试验。这种方法适用于原位测定饱水软粘土的不排水抗剪强度。由于它避免了钻探时土的扰动以及取土样的扰动，而直接在原位应力条件下测定土的抗剪强度，所以它是一种有效的原位测试方法。 3．标准贯人试验。标准贯人试验是利用规定的落锥能量将圆筒形的贯入器打入钻孔底土中，根据贯人的难易程度来判定土的物理力学性质。 4. 静力触探试验。静力触探试验就是将一金属圆锥形探头，用静力以一定的贯人速度贯人土中，根据测得的探头贯入阻力可间接地确定土的物理力学性能。 5．平板载荷试验。载荷试验是一种最古老的原位测试方法，它是在与建筑物基础工作相似的受荷条件下，对天然条件下的地基土测定加于承载板的压力与沉降的关系，实质上是基础的模拟试验。 6．螺旋压板荷载试验。以螺旋板作为载荷板，旋入地下预定深度，用千斤顶通过传力杆向螺旋压板施加压力，同时测量载荷板的沉降值。当一个深度试验完毕后，可再旋入到下一个深度进行试验，螺旋压板载荷试验可用于砂土，也可用于粘性土，但旋入螺旋板时对土有一定的扰动。 7．旁压试验。通过旁压器弹性膜的横向膨胀，对土施加压力，使土体产生相应的横向变形，从而测得压力与变形的关系曲线，称为旁压曲线，并由此可求得土的变形模量和地基承载力，旁压试验实质上是横向的载荷试验，故也可尔为横压试验。旁压试验按旁压器的就位方式分为预钻式旁压试验和自钻式旁压试验两类。标准贯人试验是指标准贯入试验是利用规定的落锥能量将圆筒形的贯入器打入钻孔底土中，根据贯入的难易程度来判定土的物理力学性质。标准贯入装置锤重63.5kg，自由落距76cm，贯入器外径51mm，内径35mm，长500mm,为两个半圆管合成，下部有贯入器管靴。贯入器上端连接外径42mm钻杆。在将贯入器打入上层时，先打入15cm不计击数，续继贯入士中30cm，记录其锤击数即标准贯入击数N。标准贯入试验对估定砂类土的天然密度是十分有用的，N与砂类土密实度的经验关系见有关规范。在利用标准贯入击数N估算土的承载力、强度参数和变形参数时，还应考虑有些因素对N值的影响，因此要作相应的修正。例如：杆长的修正、土层自重压力和侧压力的修正、地下水位的修正等。遇到硬卵石层或食碎石的粘土层，可将贯入器换为锥形探头，即成圆锥动力

低应变理论B

一、填空题(每空2分，共20分) 1、低应变法检测时，受检桩混凝土强度至少应达到设计强度的70% ，且不小于15MPa 。 2、完整性检测可判定桩身缺陷的位置及程度。 3、设计等级为甲级或地质条件复杂、成桩质量可靠性较低的灌注，抽检数量不应少于总桩数的30% ，且不得少于20 根。 4.桩身完整性是反映桩身截面尺寸相对变化、材料密实性和连续性的综合定性指标。 5.沿桩长方向间隔2.0m安置两个传感器，两个传感器的响应时差为0.512ms，该桩波段的波速为3906 m/s。二、选择题：（选择正确的一个或数个字母填入）(每题2分，共20分) 1、低应变反射波法时域信号采样点数不宜少于 A 点。时域信号分析时段应在2L/c时刻后延续不少于 D ms 。 A 1024； B 20； C 2048； D 5； E 4000； 2、目前常用的桩身结构完整性检验方法有ABDE 。 A 抽芯法；B声波透射法；C静力试桩法；D 高应变法；E反射波法； 3、应力波在桩身中的传播速度取决于B 。 A 桩长； B 桩身材料； C 锤击能量； D 锤击力大小； E 桩周土特性。 4、反射波法的桩身应力波波速C是D 。 A 测点处的波速； B 桩全长的平均波速； C 桩入土深度的平均波速； D 测点下桩长平均波速。 5、桩作为杆件模型满足一维应力波理论的条件之一是B 。(λ波长, D直径,L长度) A λ

爆炸应力波

透波 1、一种壁厚渐变蜂窝宽带透波结构采用介电常数渐变结构是一种有效实现宽带透波的方法。通过一种壁厚渐变六边形蜂窝结构实现，方法：根据蜂窝等效介电常数的近似计算公式和介质介电常数变化分布，计算出该渐变结构的几何参数。结果表明该结构在垂直入射和大入射角情况下，具有良好的宽带透波特性。介电常数渐变材料广泛应用于宽带透波、吸波材料设计领域。仿真结果表明该结构在垂直入射和大角度入射条件下较实心结构具有良好的宽带特性，同时通过仿真验证了该结构周期参数对透波性能的影响。结果表明，要使等效介电常数满足设计要求，该结构周期要远小于工作波长。然而由于加工工艺限制，周期无法无限变小。因此最好根据实际频率上限需要选择合适的周期。另外，由于该结构蜂窝孔暴露在外界环境可能在实际应用中带来不便，可以考虑通过对蜂窝孔填充低介电常数泡沫材料来避免。 2、对防电磁脉冲屏蔽室与隔震地板关系的看法一些重要的指挥、通信房间既要防电磁脉冲又要隔震，关于计算机屏蔽室与隔震地板就在屏蔽室内部的争论。结论：：屏蔽室应在隔震地板上安装制作。 3、空气冲击波作用于柔性防爆墙的透射和绕射效应分析_年鑫哲为研究爆炸空气冲击波作用于柔性防爆墙后发生的透射和绕射现象及规律，采用数值模拟方法计算，分析了墙后发生的透射和绕射现象，比较了压力波形的变化特点，得到了墙后压力场变化分布规律。计算结果表明，柔性墙背后的压力存在两个主要峰值，分别为透射压力峰值和绕射压力峰值。

消波 1、双层介质抗暴炸震塌结构的性能研究采用碎石土回填层与钢筋混凝土结构作为抗爆炸震塌结构，若选用低阻抗混凝土做回填层，具有较好的消波吸能性能。 2、沙墙吸能作用对爆炸冲击波影响的数值分析数值模拟，沙墙的消波吸能作用。 3、泡沫混凝土回填层在坑道中的耗能作用数值模拟计算了无耗能层和增设泡沫混凝土耗能层两种情况下坑道结构的动力响应，结果表明泡沫混凝土耗能层可以明显减小结构动力响应，可以用来构筑较理想的消波吸能结构。该弹塑性耗能材料刚度较小，能吸收更多能量，从而提高承载力， 4、双向水平地震作用下串联隔震结构的减震控制_林治丹橡胶隔震器与地下室悬臂柱串联的结构可以隔震，该团队加入了减震控制器，本文从双向水平地震作用的角度出发,对串联隔震体系进行了一系列的研究。在串联隔震结构的隔震层中加入减震控制器,形成一种新型的隔震结构振动控制体系。隔绝地震波传播的路径或减小地震波输入结构的能量是隔震有效手段。 5、沈阳置地广场_南区_人防工程消波系统计算浅析人防工程

ABAQUS教材：第五章壳单元的应用

第五章壳单元的应用用壳单元可模拟的是具有某一方向尺度(厚度方向)远小于其它方向的尺度，且沿厚度方向的应力可忽略的特征的结构。例如，压力容器的壁厚小于整体结构尺寸的1/10，一般可以用壳单元进行模拟分析，以下的尺寸可以作为典型整体结构尺寸： ?支撑点之间的距离 ?加强构件之间的距离或截面厚度尺寸有很大变化处之间的距离 ?曲率半径 ?所关注的最高振动模态的波长基于以上的特点，平面假定成立，即ABAQUS壳单元假定垂直于壳面的横截面在变形过程中保持为平面。另外不要误解为上述厚度必须小于单元尺寸的1/10。精细网格可包含厚度尺寸大于壳平面内的尺寸的壳单元，尽管一般不推荐这样做，在这种情况下实体单元可能更合适。 5.1 单元几何尺寸壳单元的节点位置定义了单元的平面尺寸、壳面的法向、壳面的初始曲率，但没有定义壳的厚度。 5.1.1 壳体厚度和截面计算点壳体厚度描述了壳体的横截面，必须对它定义。除了应定义壳体厚度，还应当在分析过程中或分析开始时，计算出横截面的刚度。若选择在分析过程中计算刚度，则ABAQUS采用数值积分法分别计算厚度方向每一个截面点（积分点）的应力和应变值，并允许非线性材料行为。例如，一种弹塑性材料的壳在内部截面点还是弹性时，其外部截面点已经达到了屈服。S4R单元(4节点减缩积分)中积分点的位置和沿壳厚度方向截面的的位置如图5－1所示：图5－1 壳的数值积分点位置

在进行数值积分时，可指定壳厚度方向的截面点数目为任意奇数。默认的情况下，ABAQUS在厚度方向上取5个截面点，对各项同性壳来说，处理大多数非线性问题已经是足够了。但是，对于一些复杂的模型必须取更多的截面点，尤其是处理交变的塑性弯曲问题(在这种情况下一般采用9个点)。对于线性材料，3个截面点已经提供了沿厚度方向的精确积分。当然，对于线弹性材料壳来说，选择在分析开始时计算材料刚度更为有效。在选择分析前就计算横截面刚度时，材料必须是线弹性的。此时所有的计算都根据横截面上的合力和合力矩来进行。如果需要，ABAQUS将按默认设置提供壳底面、中面和顶面的应力和应变。 5.1.2 壳面和壳面法线壳单元的相互连接需定义它们的正法线方向，如图5－2所示。图5－2 壳的正法线方向对于轴对称壳单元来说，其正法线方向的定义是从1节点到2节点经逆时针旋转90 形成的方向。对于三维壳单元，其正法线方向是绕着单元的节点序号按右手法则移动给出的方向。壳体顶面是指在正法线方向的面，称为SPOS面；而壳体底面是指在正法线负方向的面，称为SNEG面，它们是为了处理接触问题而定义的。相邻壳单元的法线必须是一致的。正法线方向约定了单元压力载荷方向和随壳厚度变化的输出量方向。壳体单元上压力的正方向即壳体的正法线方向(壳体单元上压力的正方向与实体上压力正方向刚好相反；而壳面压力约定与实体面上的压力是一致的，至于单元上分布载荷与面上分布载荷的差别的更多信息可参考ABAQUS/Standard用户手册的第19.4.2节)。

小应变基本理论和常用方法

填空题： 1：低应变法是采用（低能量瞬态）或（稳态激振）方式在桩顶激振，实测桩顶部的速度时程曲线或速度导纳曲线，通过波动理论分析或频域分析，对桩身完整性进行判定的检测方法。2：低应变动力检测方法包括（反射波法）和（机械阻抗法） 3：低应变动测反射波法是通过分析实测桩顶(速度响应信号)的特征来检测桩身的(完整性)，判别桩身(缺陷)位置及影响程度。 4、低应变反射波法、桩身混凝土纵波波速的定义为（C=√（E/ρ））；缺陷的深度计算式为（ΔT/2 ?C）（均写出表达式即可）。 5：低应变法的理论基础以（一维线弹性杆件）模型为依据。因此受检桩的长细比、瞬态激励脉冲有效高频分量的波长与桩的横向尺寸之比均宜大于（5），设计桩身截面宜（基本规则）。 6：速度导纳是指（响应速度与激励力之比）。 7：在时域曲线上所显示的动力检测力脉冲波越宽，它的频谱（越窄），（低频成分）越丰富；反之，力脉冲波越窄，其频谱（越宽），（高频成分）越丰富。 8：桩身缺陷越严重，缺陷处透射波强度越（弱）。 9：当桩身存在着离析时，波阻抗变化主要表现为(ρ?C)的变化当桩身存着缩径时，波阻抗的变化主要表现为( A )的变化。 10：某截面受力大小为F，截面积为S，该截面所受平均应力大小为为（F/S）。 11：弹性模量为E的线弹性体，写出应力、应变间基本关系式（σ=E?） 12：当初始入射波F1沿X正向（向下）传播尚未达到阻抗变化界面前，下行波就是（入射波），无（上行波） 13：初始入射波F i沿X正向（向下）传播，到达阻抗变化界面将产生（反射和透射） 14：透射波在截面变化处总是（不）改变方向或符号，且截面缩小处透射波的幅值（大于）入射波。 15：若在桩顶检测出的反射波速度信号与入射波极性相反，则表明在相应位置截面（扩大）。16：虽然波速与混凝土强度二者并不呈一一对应关系，但二者整体趋势上（呈正相关关系）。17：声波透射法以超声波的（声速）和（振幅）为主，（频率）和（波形畸变）为辅来判断混凝土的质量。 18：高应变测桩时，若遇到桩身某截面有缩颈或断裂，则会产生（上行拉伸波），若桩侧某部位土阻力明显增大，会产生（上行压缩波）选择题： 1：桩的动测技术中主要采用（A） A 纵波 B 横波 C 表面波 2：机械阻抗法的导纳曲线可计算的特征数据有：（A B C D）Ａ桩的测量长度、导纳几何平均值、理论值Ｂ桩的动刚度Ｃ波速Ｄ一阶谐振频率 3：一般在各种激振下桩的竖向振动包含了(A D) Ａ低频的刚体运动Ｂ高频的刚体运动Ｃ低频的波动Ｄ高频的波动 4：一根弹性杆的一维纵波速度为3000m/s，当频率为3000Hz的下弦波在该杆中传播时，它的波长为（A） A 1m B 9m C 1mm D 9mm

固体中的应力波

固体中的应力波
李清
中国矿业大学（北京）

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测试技术基础答案 第三章 常用传感器

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