超弹性球体入水过程空泡演化及球体变形实验

超弹性材料是工程实际中常用的材料,具有很强的非线性力学性能.将超弹性材料应用于入水问题是一个新的跨学科研究方向.与传统的刚性球体入水现象不同,超弹性球体入水后极易发生变形.为了探究该大变形的入水流固耦合问题,本文采用高速摄像方法,对超弹性球体垂直入水问题开展实验研究.基于实验结果,对比分析了球体材料属性和入水冲击条件对入水空泡流动及球体变形行为的影响.实验结果表明,超弹性球体入水后产生嵌套空泡现象的条件是需要足够大的入水冲击条件和小的材料剪切模量.嵌套空泡产生和保持的时间与球体的剪切模量和直径有关.超弹性球体的入水位移及其形成空泡的长度随入水冲击速度和剪切模量的增大而增大,却随球体直径的增大而减小.入水冲击速度的增加只会加剧球体的变形程度,而不影响嵌套空泡的产生时刻.同时,本文对球体的变形行为随弗劳德数和剪切模量与水动力之比的变化特性进行了描述与研究.     

关于狮子盘球力学原理的注记——论内力与外力的关系

以人在球体上走动引起球体向前滚动为例,利用牛顿定律说明人-球系统中内力、外力与运动之间的关系.尽管阻碍球体滚动的地面摩擦是人-球系统向前运动的必要条件,且作为外力与系统动量变化率相等,但从运动的因果关系考察,人与球体之间的竖直作用力才是系统运动的真正动力.     

非球体填充的组合球模型及松弛算法

现有的松弛算法由于仅用于球填充而只考虑颗粒的平动,故提出考虑非球体转动的改进松弛算法并采用组合球模型,使其能够模拟任意形状非球体的随机填充以及多种非球体的混合填充.用多个球体的外包络面近似一个非球体外形的组合球模型,将非球体之间的接触转化为球体之间的接触,从而简化并统一非球体接触判断算法.通过引入非球体的转矩和转角松弛机制,使改进松弛算法克服了"自锁"现象,并能生成非球体的随机密填充.算例表明,填充结果与现有的数值模拟及实验结果相符.     

介观尺度流体绕流球体的耗散粒子动力学模拟

采用耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics, DPD)方法, 对两平行平板间流体绕流三维球体进行了计算. 球体和平行平板由达到平衡状态的冻结DPD粒子组成, 流体在不同无量纲外力驱动下流动, 球体受力由组成球体的所有冻结DPD粒子求和得到. 流动达到充分发展后, 输出球体在流动方向的受力, 并计算球体的阻力系数, 与文献中的关联式进行了对比. 结果表明, 在Re≤qslant 100的范围内, DPD方法能较准确地计算出阻力系数, 在较大雷诺数时, 由于流体的压缩性导致计算结果出现差异.     

对“高速运动球体的视觉形象”一文的补充

读了贵刊83年第3期马裕民同志的“高速运动球体的视觉形象”一文.很受启发.但此文只讨论观察方向和运动方向垂直的情况.证明的仅是运动球体x方向的长度在观察方向的最大投影为运动球体的直径.似乎还不能据此得出高速运动球体的视觉形象仍然是球体的结论.本文试图就上述问题进一步作一般讨论. 相对S’系静止,半径为R的球体正以高速v相对S系沿x轴正向运动. 在S’系中考虑z’=Rcosθ’处球的任意一个圆截面.其截线方程为 在S系中,该球经历洛氏收缩为一椭球,在t=0时.在z=z’=Rcosθ’处圆截面对应椭圆面,截线方程为 设此椭圆为ABCD,见图2.…     

介观尺度流体绕流球体的耗散粒子动力学模拟

采用耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics, DPD)方法, 对两平行平板间流体绕流三维球体进行了计算. 球体和平行平板由达到平衡状态的冻结DPD粒子组成, 流体在不同无量纲外力驱动下流动, 球体受力由组成球体的所有冻结DPD粒子求和得到. 流动达到充分发展后, 输出球体在流动方向的受力, 并计算球体的阻力系数, 与文献中的关联式进行了对比. 结果表明, 在Re≤qslant 100的范围内, DPD方法能较准确地计算出阻力系数, 在较大雷诺数时, 由于流     

棒球棒上的“甜点”

<正>棒球是一项世界性的体育项目,其高度的观赏性和竞技性令世人为之倾倒。同时棒球运动中还有一种有趣的现象——"甜点"效应。棒球击球手们     

乒乓球回滚运动理论分析

本文希望通过对乒乓球（球体、呼啦圈等）为什么会发生圆滚运动的讨论,解释滚动摩擦的成因． 将一个乒乓球放在水平桌面上,用手指摁压它的后半部如果力度合适,那么乒乓球会从手指下滑射出去,经过一段时间,乒乓球会自动滚回来这一现象物理模型如图1所示.     

加热球体入水空泡实验研究

基于高速摄像方法,开展了17—800°C范围内不同温度球体垂直入水实验研究.呈现了随球体温度变化所产生的复杂入水现象:在1.5 m/s入水速度条件下,实验所采用的室温球体不能产生空泡,当球体温度为300°C时空泡生成,增加到400°C空泡消失,继续提高温度至700°C空泡再次形成.根据传热学与流体动力学理论,分析了温度与速度变化对空泡形成的影响机理.结果表明随着温度的升高,球体与水之间的传热效率与传热方式发生改变,汽化生成的汽泡和蒸汽膜改变了周围流体流动的湍动性和球体表面的粗糙度、疏水性,这些变化均会影响空泡的形成;在1.5—3.8 m/s入水速度范围内,当球体具有较高温度时,能否形成入水空泡主要与球体的传热性能有关,速度的提高增强了球体与水的传热效率,使高速入水条件下的较低温度球体同低速入水条件下的较高温度球体入水现象相似,速度本身仅对生成空泡的形态有所影响.     

如何看待失重和超重的问题

宇宙飞行员的失重是不是由于他所在的地区重力加速度为0?宇宙飞行员在飞出去的时候,重力加速度愈来愈小,为什么又会超重呢?这些问题具有一定普遍性,必须从理论上进行回答。因此,我想在这里谈谈自己对这个问题的看法。为了使问题简化,我们作如下两个假设: 1.认为地球是一个半径为6400公里密度均匀的球体,这样就保证了地球的质心与其几     

热辐射基尔霍夫定律的一种教学方案

本文希望在论述基尔霍夫定律时有比较严密的形式. 设想用一根不导热的线将一个球形物体悬挂于真空腔中(图1),使腔壁保持恒定温度T,球体与腔壁只能通过辐射和吸收交换能量.该系统最终将达到热平衡,于是球体温度与腔壁温度相同.考虑球体表面上某面元,它受到的来自腔壁的光谱照度为e(λ,T),球体材料的吸收本领为a(λ,T),于是它对所有波长的总吸收通量密度为 再考虑到球体的光谱辐射度为r(λ,T),于是它对于所有波长的辐射度为于是得热平衡方程不失一般性,作等波长间隔划分,式(1)变为这是关于变元e(λn,T)的一个N元线性方程. 将上述球体A1依次…     

均质球体在半圆形凹槽中的运动分析——一维方向可自由移动的半圆形凹槽的情形

用动力学的方法,建立均质球体与一维方向可自由移动的半圆形凹槽组成的系统的运动微分方程,进一步分析均质球体在半圆形凹槽内做无滑滚动的临界角,并求出均质球体大角度振动周期的精确公式和近似公式.     

对称的非均匀带电球体电势的两种求法

大学物理中求对称的非均匀带电球体在空间任一点产生的电势是静电场中基本问题之一.为了巩固和灵活运用电学基本知识,本文通过两种方法推导出对称的非均匀带电球体在空间任意一点产生的电势,指出求不同带电体电势的基本思路.     

电流元观点下均匀磁化球体内部磁场问题的等效求解

与磁介质相关的一个典型问题是计算均匀磁化球体内部的磁场分布,即求解空间中半径为R、均匀磁化强度为M的球体内部的磁感应强度B的分布.若取球体表面或球体体积作为微元,对球内一点的磁场与积分上下限的表达式将难以解析求解;而传统的磁荷观点求解方法往往缺失了对磁荷等价性的严格论证,因此目前尚无在普通物理的知识背景下简洁严谨的求解方案.因此,本文在符合物理本质的电流元观点下,利用割补和等效替代的思想,用简明的推导给出了该问题的等效解法,对电磁学中的相关教学研究有较好的启发作用和参考价值.     

导磁导电球体在均匀谐变磁场中产生的磁场分布规律

从求解导磁导电各向同性球体的赫兹矢量π*出发,推导出了导磁导电球体置于均匀谐变低频弱磁场中球体产生的磁场分布规律和球频率函数.     

线性密度分层流体中半球体运动生成内波的实验研究

在密度线性分布的分层流试验水槽中,对贴近侧壁面的半球体模型运动生成的内波进行了实验研究. 采用多通道电导率阵列,测量分析了拖曳模型产生内波的波形结构、垂向位移场及其相关速度等. 实验结果表明:半球体模型产生的内波可以分为两类,一类是由定常源激发的体积效应内波,另一类是由非定常源激发的尾迹内波,由前者转换为后者的临界内Froude(Fr)数是Fr_s =1.6;与球体模型实验比较,Fr_s约为球体的2/3,转换更迅速,界线更清 关键词： 分层流 半球模型 内波 尾迹     

空气阻力与球体运动速度的函数关系

通过研究乒乓球在空气阻力和重力作用下的一维落体及多次反弹运动,探索轻质量球体在运动过程中所受到的空气阻力与运动速度的函数关系.设空气阻力f=kvα,k和α待定,选定多组(kl,αl)值分别求解球体运动的动力学方程,得到多组球体位移随时间演化的函数关系,分别计算出每个函数关系对应的球体多次落地时刻tln及反弹高度hln,与实验观测得到的球体落地时刻tsn及反弹高度hsn比较,从多组(kl,αl)对应的理论计算数据{(tln,hln)}中选出最接近实验数据的一组{(tsn,hsn)}值,它对应的(kn,αn)值,就决定了球体运动所受阻力随速度变化的规律f=knvan.     

瓣形均匀带电面和均匀带电体在其球心处的电场

在大学物理课程电磁学部分的教学中,经常会利用高斯定理研究均匀带电球面、均匀带电球体等电荷分布具有高度对称性的带电体的电场分布.对于这些均匀带电球面、均匀带电球体的一部分,比如瓣形均匀带电面和瓣形均匀带电体,利用高斯定理不能求出其电场分布,但是可以利用点电荷的电场强度公式加电场叠加原理的方法研究在一些特殊位置的电场.本文推导出了瓣形均匀带电面和瓣形均匀带电体在特殊点球心处的电场,并且进一步讨论了均匀带电半球面、球面、半球体和球体在球心处的电场.     

一种新型的振荡腔——球体谐振腔——(Ⅰ)球体谐振腔的基本性质

本文介绍了一种新型振荡腔,即由球体介质及其与周围介质的界面所组成的腔——球体谐振腔.讨论了这种球体谐振腔中的本征模式,本征频率以及腔中的内场.由此阐述这种腔作为激光振荡腔的基本特点.最后讨论了由这种腔得到的弹性散射的谱和角分布.     

木星的条纹来自何处?

以色列Ｂｅｎｇｕｒｉｏｎ大学以Ｂ .Ｇａｌｐｅｒｉｎ教授为首的科学家们正在对围绕着旋转球体的大气湍流进行研究 ,他们的目的是解释为什么在木星、土星以及一些巨大行星上存在着引人关注的条纹现象 .一般认为地球表面湍流的产生是由于太阳所提供的热能和地球表面大气环流中的摩擦导致的能量耗散所造成 .而在稀薄的大气层中 ,气流内部的能量耗散比较小 ,因此部分太阳能将逐渐地聚集成一股稳定的整体的气流 ,它们将约束云层的分布 ,从而形成行星外部的条纹结构 .长期来科学家们一直认为行星的旋转运动与大尺度湍流间的相互作用控制着行星外…