模型實驗

模型實驗一般步驟

（1）先根據(jù)實驗場地、模型制作和測量條件定出長度比尺；

（2）以選定的比尺縮小或放大原型的幾何尺寸，得出模型的幾何邊界；

（3）根據(jù)對流動受力情況的分析，滿足對流動起主要作用的力相似，選擇模型律；

（4）按選用的模型律，確定流速比尺及模型的流量。

模型實驗?zāi)Ｐ蛯嶒灁?shù)據(jù)

模型實驗數(shù)據(jù)可以分為兩大類：一類是無量綱的量，由于模型與原型流動相似，模型值與原型值對應(yīng)相等，不必進(jìn)行換算；一類是有量綱的量，如流動阻力、壓強(qiáng)、流速分布等，則需要按照所選擇的相似準(zhǔn)則得出的比尺關(guān)系進(jìn)行換算。素進(jìn)行獨立控制。與現(xiàn)場實測相比，可進(jìn)行方案的前期優(yōu)化，具有省時、省力的優(yōu)點。

模型實驗各種研究方法的比較

（1）理論分析法——有時不同的理論方法得到的解析解不同，有時又難以求解。

（2）數(shù)值計算一仿真分析——由于很多工程中的一些不確定因素，輸入?yún)?shù)難以精確，還有模型簡化等問題，存在一定局限性。

（3）現(xiàn)場實測——只有在工程施工過程中進(jìn)行，投入較大，周期長。

（4）模型實驗——可使工程中發(fā)生的現(xiàn)象在實驗室中再現(xiàn)出來，而且還可以對實驗中主要原因。

模型實驗的意義，可從五個方面加以說明：

（1）模型實驗作為一種研究手段，可以嚴(yán)格控制實驗對象的主要參數(shù)而不受外界條件和自然條件的限制，做到結(jié)果準(zhǔn)確。

（2）模型實驗有利于在復(fù)雜的實驗過程中突出主要矛盾，便于把握、發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系，有時還可用來對原型所得結(jié)論進(jìn)行校驗。

（3）由于模型與原型相比，尺寸一般都是按比例縮小的，故制造加工方便，節(jié)省資金、人力和時間。

（4）模型實驗?zāi)茴A(yù)測尚未建造出來的實物對象或根本不能直接研究的實物對象的性能。

（5）當(dāng)其他各種分析方法不可能采用時，模型實驗就成了現(xiàn)象相似性問題單一的和更為重要的研究手段。 2100433B

模型實驗就是依據(jù)相似原理，制成與原型相似但縮小了尺度的模型進(jìn)行實驗研究，并根據(jù)實驗結(jié)果換算到原型，以預(yù)測原型將會發(fā)生的流動現(xiàn)象，模型實驗的側(cè)重點是再現(xiàn)流動現(xiàn)象的物理本質(zhì)。只有保證模型實驗和原型中流動現(xiàn)象的物理本質(zhì)相同，模型實驗才是有價值的。因此，進(jìn)行模型實驗必須解決兩方面的問題，即相似準(zhǔn)則的選擇和模型設(shè)計。

用鐵粉、磁鐵礦或直流載流線圈等，依據(jù)磁性體的形狀、磁性大小和方向等參數(shù)，做成磁性體的模型，用小型磁力儀測量模型的磁場的實驗方法。任意不規(guī)則形體的磁異常理論計算是很繁復(fù)的，在實驗條件具備的情況下，用模型實驗代替理論計算是簡便有效的。

模型實驗集中力加荷

通常采用掛重法、杠桿加載、千斤頂加載等。

（1）掛重法的優(yōu)點是數(shù)值穩(wěn)定、載荷值不自動下降，其缺點是能產(chǎn)生的載荷值較小，一般不大于200kg，加、卸載不方便。

（2）千斤頂?shù)膬?yōu)點是方便、數(shù)值大小可調(diào)，缺點是設(shè)備較貴。

模型實驗面力加載

面力加載方法有重堆堆載、掛載、液壓加載、千斤頂加載等。液壓多用水和水銀，用液壓加載可利用液壓作用力沿高度呈三角形分布的特點來模擬水壓力。

模型實驗體力加載

在結(jié)構(gòu)模型實驗中，體力是一項重要的荷載，它是指結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其地基巖石的自重。通常施加體力的方法有以下幾種：

（1）用分散集中載荷代替自重；

（2）用面力代替體力的方法；

（3）選高密度、低強(qiáng)度模型材料。

模型實驗預(yù)應(yīng)力加載

對于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的載荷在模型施加的方法一般有兩種：

（1）采用錨頭和張拉設(shè)備；

（2）施加外載，但應(yīng)在彈性范圍內(nèi)。

模型實驗動力加載

（1）激振法：尺寸模型的激振可采用聲波（揚(yáng)聲器）或壓電晶體激振模型，強(qiáng)迫模型振動的激振，；大尺寸模型可以采用沖撞形式施加；

（2）電磁振動法：電磁振動臺是結(jié)構(gòu)模型實驗中常用的加載方法；

（3）電液伺服法：這時比較先進(jìn)的動力加載方法，優(yōu)點是精度高。

• 結(jié)構(gòu)模型實驗：結(jié)構(gòu)模型實驗

• 結(jié)構(gòu)模型實驗：1996年科學(xué)出版社出版的圖書

將河流按相似原理縮成模型, 在模型內(nèi)研究各有關(guān)因素(水流, 地形)在不同情況下變化的一種手段。 由于在天然情況下和興建工程后河道變形的過程是異常復(fù)雜的, 許多河床變形和河道整治問題,往往很難直接用分析研究和計算的方法求解,而利用模型試驗則可能直接方便的解出。河工模型試驗是研究河道水流和河床變形的重要手段之一。

模型分類

河工模型試驗可分為定床和動床兩大類。模型水流為清水,在水流作用下河床不發(fā)生變形的稱為定床模型;模型水流挾帶泥沙,在水流作用下河床發(fā)生沖淤變形的稱為動床模型。定床模型的河床常用水泥沙漿制作,動床模型的河床常用天然沙或輕質(zhì)沙(如煤粉、木屑、塑料沙、膠木粉等)制作。原型河床變形不顯著,或雖有變形但對所研究問題影響不大,如研究流態(tài),主流線的變化和汊道分流比變化等問題,往往可以采用定床模型。河床變形顯著或要了解河道沖淤情況時,則要采用動床模型。定床模型只涉及水流因素,要求的相似條件較少,容易滿足。動床模型除水流因素外還要滿足泥沙運動相似條件,由于目前對泥沙運動的規(guī)律認(rèn)識還不夠,模擬技術(shù)和材料等方面也都還存在著問題,因而很難完全滿足各種相似條件。

按照模型幾何形狀, 可以將河工模型分為正態(tài)和變態(tài)兩種。正態(tài)模型其幾何形態(tài)與原型完全相似。但常常由于場地、供水能力以及模型流態(tài)等條件限制,不得不采用水平方向是一個比尺,水深方向是另一比尺的變態(tài)模型。

河工模型必須根據(jù)相似原理來設(shè)計。只有與原型相似,才能將模型試驗的成果引伸到原型中去。河工模型研究的是水流結(jié)構(gòu),泥沙運動和河床變形。模型和原型相似屬力學(xué)相似的范疇。它要求模型和原型在幾何、運動和動力三方面相似。即模型和原型對應(yīng)部位的線性尺度成同一比例;相應(yīng)點的速度和加速度方向相同,大小成同一比例;相應(yīng)點上同性質(zhì)的力方向相同,大小成同一比例。在模型和原型中符合上述三方面要求的水流稱為相似水流 。2100433B