基本介紹
- 中文名：二維模型
- 外文名：two dimensional model
- 定義：數學模型
- 分類：模型
定義,二維模型實驗,風洞試驗,二維翼型風洞實驗,粗粒土組構二維模型試驗,
定義
two dimensional model，對研究對象建立數學模型時，如果過程為定態的，各變數將不隨時間而變。此時，如果設備是軸對稱的，並考慮徑向的變數變化，則變數的變化是二維的。在此基礎上建立的數學模型稱為二維模型。因此採用二維模型的必要性使用前必須充分考慮。
二維模型實驗
二維模型試驗是指利用二維模型，在風洞中測量模型（如翼型）空氣動力特性的試驗。
風洞試驗
風洞實驗是飛行器研製工作中的一個不可缺少的組成部分。它不僅在航空和航天工程的研究和發展中起著重要作用，隨著工業空氣動力學的發展，在交通運輸、房屋建築、風能利用等領域更是不可或缺的。這種實驗方法，流動條件容易控制。實驗時，常將模型或實物固定在風洞中進行反覆吹風，通過測控儀器和設備取得實驗數據。
為使實驗結果準確，實驗時的流動必須與實際流動狀態相似，即必須滿足相似律的要求。但由於風洞尺寸和動力的限制，在一個風洞中同時模擬所有的相似參數是很困難的，通常是按所要研究的課題，選擇一些影響最大的相似參數進行模擬。
二維翼型風洞實驗
在二維翼型實驗中，風洞側壁邊界層的存在對翼型繞流情況會產生不利的影響。主要表現在隨著迎角增大，出現模型和側壁相交處的邊界層分離區會沿展向約以45度角向模型中間擴展，影響翼型的繞流特性。為減少側壁邊界層的影響，國內外翼型風洞曾採用了許多控制方法。風洞側壁邊界層吹除法以對吹除位置不敏感的特點，作為常規翼型實驗，結合實驗室已有的高壓儲氣設備，NF-3風洞採用該方法對側壁附面層進行控制。
附面層吹氣法的基本原理是在模型區布置吹氣縫，通過給模型區主氣流中增加切向的、可調節壓力的均勻氣流，使流經風洞沿程所形成的較厚邊界層得到減薄，從而提高翼型實驗，尤其是帶有增升裝置的多段翼型實驗的準確性。
解亞軍介紹了NF-3風洞二元實驗段側壁邊界層吹除控制系統及實驗方法，以GAW-1翼型為例，給出了不同吹氣係數對風洞邊界層的控制效果，研究了附面層吹除法對單段翼型和多段翼型實驗結果的影響規律。結果表明，該控制系統能有效地改善翼型表面的流動特性。
粗粒土組構二維模型試驗
粗粒土二維模型試驗是在自行改裝設計的試驗裝置上開展的，側向壓力和軸向壓力均採用S－SY型手動試壓泵加油壓推動千斤頂來施加。
本試驗的側向兩邊各採用3個千斤頂推動3塊厚10mm的鋼板來施加側向壓力，每塊鋼板可以相互獨立、自由地前進或後退，在一定程度上模擬粗粒土在常規三軸試驗中橡皮膜所作用的側向柔性約束。軸向兩邊各採用2個千斤頂施加推力推動一塊厚10mm的鋼板來施加軸向壓力。在試樣的側向的每塊鋼板上各安裝1個百分表，軸向每邊鋼板上對稱安裝2個百分表，以測量各邊在二維模型試驗過程中相應的位移量。
為了便於和常規三軸試驗成果進行對比，軸向應力用σ1表示，側向應力用σ3表示，試樣厚度方向上應力為0，以此來研究處於平面應力狀態下粗粒土的受力變形特徵，試驗裝置如圖所示。
本試驗所用的岩石材料為花崗岩，通過高壓水槍切割成高40mm的多邊形稜柱體顆粒，顆粒形狀主要為四邊形，另外有少量的三角形和五邊形顆粒，顆粒形狀各不相同，大小也不一，顆粒長軸長度一般為30～60mm，用大小不等、形狀不一的稜柱體顆粒所組成顆粒集合體來模擬粗粒土，以便研究顆粒在受力變形過程中組構的變化規律。裝填試樣時隨機裝填多邊形稜柱體顆粒，二維模型試驗試樣尺寸軸向X側向為300mm × 600mm，試樣厚40mm。為保證試驗成果的合理性和可比性，每次裝填試樣時試樣的孔隙率控制在0.18 ± 0.01範圍內。
試驗步驟和方案為：
①在準備好的容器內隨機裝填多邊形粗粒土顆粒試樣；
②在軸向和側向上施加圍壓各向等壓壓縮至0.4 MPa，至試樣變形穩定；
③保持側向應力不變，逐級施加軸向壓力直至試樣剪下破壞；
④重複步驟①至③，開展3次平行試驗。分級載入時應緩慢施加壓力，等顆粒調整穩定後再讀取百分表讀數，並用固定在試樣正上方的相機拍照以便研究試樣在受力變形的過程中顆粒的運動規律。
