基于Matlab的理论力学计算机辅助教学

 在传统的理论力学教学过程中,大部分运动学、动力学问题都只能进行瞬态分析,且求解过程一般又对数学功底和解题技巧有较高要求,本文通过Matlab 可视化界面,利用Matlab 强大的数值计算能力和图形处理技术,对运动学、动力学问题进行过程分析,并将结果以曲线、动画等直观的形式表现出来, 提高同学对力学问题的感性认识.     

数值实验在流体力学实验教学中的应用探讨

为强化学生对流体力学课程理论知识及实验教学环节的掌握,本文针对传统实验教学过程中受限于硬件设施、模型等问题,将数值模拟技术与流体力学实验教学相结合。以伯努利实验为例,应用数值模拟软件进行物理建模、网格划分、变参数数值模拟等实验内容,通过压力云图、流线等模拟结果对能量转换特性进行了分析,增强了学生对流体力学理论知识及相关参数的物理意义、变化特征等的理解,使学生在实验中产生强烈的"参与感",有效地提高了教学水平和教学质量。     

DISCUSSION ON THE APPLICATION OF NUMERICAL EXPERIMENT IN EXPERIMENTAL TEACHING OF FLUID MECHANICS

为强化学生对流体力学课程理论知识及实验教学环节的掌握,本文针对传统实验教学过程中受限于硬件设施、模型等问题,将数值模拟技术与流体力学实验教学相结合。以伯努利实验为例,应用数值模拟软件进行物理建模、网格划分、变参数数值模拟等实验内容,通过压力云图、流线等模拟结果对能量转换特性进行了分析,增强了学生对流体力学理论知识及相关参数的物理意义、变化特征等的理解,使学生在实验中产生强烈的“参与感”,有效地提高了教学水平和教学质量。     

连铸结晶器卷渣过程的实验设计及数值模拟

连铸过程结晶器内卷渣过程是冶金流体力学课程教学中的重点和难点,在课堂讲授过程中学生难以掌握复杂的流体理论知识。结合四川省钒钛资源重点实验室现有的冶金过程结晶器模拟装置,通过在冶金流体力学课教学中引入结晶器内卷渣实验和数值模拟,让学生观察到结晶器内钢液流动,激发学生学习兴趣,改善教学效果。通过实验过程、理论知识及数值模拟分析,满足冶金流体力学课程的教学需求。     

连铸结晶器卷渣过程的实验设计及数值模拟

连铸过程结晶器内卷渣过程是冶金流体力学课程教学中的重点和难点,在课堂讲授过程中学生难以掌握复杂的流体理论知识。结合四川省钒钛资源重点实验室现有的冶金过程结晶器模拟装置,通过在冶金流体力学课教学中引入结晶器内卷渣实验和数值模拟,让学生观察到结晶器内钢液流动,激发学生学习兴趣,改善教学效果。通过实验过程、理论知识及数值模拟分析,满足冶金流体力学课程的教学需求。     

理论力学可视化教学与Matlab/Simulink

理论力学中的运动学部分有很多机构在教学过程中需要演示给学生观摩,如何用直观而易行的办法来完成该项任务是个值得探讨的问题.而理论力学中的动力学部分,对于系统的建模和分析已有一套解析的办法,但缺乏直观性.本文通过算例演示了Matlab/Simulink中的SimMechanics软件在理论力学教学中的应用.     

轧机主传动系统扭振响应数值模拟及结构失效研究

轧机主传动系统是轧制过程中传递运动和力矩的主要装置,其扭转振动(扭振)是影响钢铁生产质量并导致关键零部件异常破坏的重要原因之一。基于ANSYS有限元软件,针对轧机主传动扭振系统进行数值模拟及结构失效分析。首先,对轧机主传动系统进行模态分析,获得扭振系统固有属性关系;然后,通过谐响应分析得出不同位置零部件的频域响应曲线;最后,对易损部位关键零部件件进行结构失效原因分析,将数值计算结果与实际情况相结合,以验证分析结果的准确性与可靠性。研究结果可为轧机主传动扭振系统中零部件结构优化和进一步动态控制策略的制定提供重要理论参考。     

大规模结构动力学并行计算与软件研发进展

以大型复杂装备研制过程中对大规模精细动力学数值模拟的迫切需求为背景,对大规模模态分析及后续相关动力学并行计算的国内外研究进展进行了概述,并对团队在JAUMIN框架和PANDA软件平台上开展的结构动力学并行计算相关研发工作进行了介绍．基于神光III大型光机装备的展示算例表明,PANDA软件的动力学并行可扩展能力达到“上亿自由度、上万核”的水平,万核并行效率高达50%以上,远超国内现有商业软件的分析能力;“基于框架研发应用软件”的设计理念已经成为大规模有限元程序研发的主流理念,对于提升软件研发效率,促进软件实用化和并行可扩展性将起到关键作用．     

具有稳定数值解的三维谐振子

谐振子广泛应用于物理系统的描述和物理现象的数值模拟。由于二维或三维谐振子对于系统参数、初始条件和边界条件的高度敏感性,很多物理过程的动力学模拟都会出现数值解不稳定的现象。近年来发展的无网格法、物质点法和近场动力学法等数值模拟方法均绕开了对固体材料固有构形的量化描述。本文引入了定常耗散项和弹簧耗散项,考虑随机微扰效应,提出了一种三维耗散谐振子,构建了基于蛙跳法和边界松弛技术的数值积分算法。应用三维谐振子构建了耗散型弹簧摆、简化弦和简化梁三个模型,设定了13个定解问题进行动力学模拟。数值试验结果表明,三维谐振子是稳定的。基于简化弦模型,模拟了拉弦、放弦和重弦三个有界弦振动问题;其中,拉弦和放弦问题成功模拟了有界弦的三维振形;重弦问题模拟再现了悬链线在水平向的微幅振荡现象。基于简化梁模型,模拟了三维梁的拉伸、剪切和扭转行为,验证了三维谐振子对于非线性大变形问题动力学模拟的描述能力,及其对外部作用的高速响应能力。本文方法可以为弦振动问题和材料力学非线性大变形问题的动力学模拟提供一条可行的实现途径。     

MEASURING DEVICE DEVELOPMENT OF POLYMER MELT VISCOUS DISSIPATION AND TEACHING APPLICATION

针对聚合物熔体流动过程中黏性耗散现象的理论教学不足, 在双料筒毛细管流变仪基础上研制了聚合物熔体黏性耗散测量装置并进行实验. 根据绝热边界条件径向温度分布方程, 对实验结果进行理论分析计算. 组织学生学习POLYFLOW 软件, 利用其可视化功能对黏性耗散引起的温度场变化进行数值模拟, 并与理论计算结果对比分析. 通过让学生自己动手, 改变了理论模式教学, 对加深黏性耗散知识的理解起到积极的作用.     

Matlab在工程力学课程教学中的实践

 针对工程力学中复杂的计算问题，在教学的过程中注重概念的分析、推理过程与 数学模型的建立，将数值计算交给计算机，运用Matlab大型数学计算软件编制程序计算， 提高了教学的效率.     

注重基础、立足工程、强化实践、融入模拟、激励创新——材料力学教学改革探索

材料力学是机械类、土木类和力学类等工科类专业的核心课程,课程秉承“强基础、重实践、融模拟、促创新”的理念;构建“融工程、融前沿、融思政”的教学资源与内容,夯实学生的力学理论知识,培养学生利用力学理论解决实际工程问题的能力,同时帮助学生塑造正确的世界观、人生观、价值观和职业观;将抽象的力学概念与三阶递进的课程实践融会贯通,培养学生的动手实践能力、探索精神和创新能力;将数值模拟技术引入课堂,初步培养学生利用数值模拟软件解决力学问题的能力。建立以传授知识为中心,以解决工程问题为导向,以创新实践为特点,以数值模拟软件为工具,以立德树人为根本的课堂。     

汽车摆振动力学机理研究——位移延时反馈及能量传递分析

主要分析了汽车摆振的动力学机理。通过使用解析法从理论上证明了摆振是由位移延时反馈引起的自激振动现象。利用数值分析方法揭示摆振系统的动力学机制及响应行为,验证了解析分析的相关结论。并进一步计算能量输入与能量传递的值,结果表明能量输入可以用来评价汽车摆振的动力学响应。最后根据能量传递规律提出汽车摆振的抑制措施。     

用LS-DYNA辅助《材料力学》冲击问题的教学

利用显式动力分析软件LS-DYNA对小球自由落体冲击简支梁进行了数值模拟,得到了梁的位 移和应力的时程曲线. 将模拟结果与《材料力学》教材中广泛采用的冲击问题简化解法的结 果进行了对比. 通过观察时程曲线和冲击动画过程,可使学生对冲击问题有较深入的理解.     

爆轰驱动异形杆在空气阻力作用下的动力学模拟

针对本文中提出的一种异形杆结构设计方案,建立爆轰驱动异形杆动力学模型,利用ANSYS/LS-DYNA对爆轰驱动异形杆的运动过程进行了数值模拟,获得了爆炸作用结束后产生塑性变形的异形杆模型及初速度。爆炸作用后异形杆在空气流场中运动只产生弹性变形,将杆视为柔性体,运用ADAMS软件对异形杆在空气阻力作用下的运动过程进行了数值模拟。分析结果表明,将异形杆视为柔性体,考虑爆轰作用引起的杆条塑性变形这一数值算法能更准确地描述爆轰驱动异形杆在空气阻力作用下的运动规律。     

汽车摆振动力学机理研究——位移延时反馈及能量传递分析（英文）

主要分析了汽车摆振的动力学机理。通过使用解析法从理论上证明了摆振是由位移延时反馈引起的自激振动现象。利用数值分析方法揭示摆振系统的动力学机制及响应行为,验证了解析分析的相关结论。并进一步计算能量输入与能量传递的值,结果表明能量输入可以用来评价汽车摆振的动力学响应。最后根据能量传递规律提出汽车摆振的抑制措施。     

CAD软件在工程地质三维建模中的应用

如何快速、准确地建立地质体的三维模型一直是众多岩土工程数值模拟工作者所面临的难题。虽然三维地学模拟软件具有很好的三维地质建模能力,但是由于数据结构的差异,采用他们现行三维地学模拟软件建立的地质模型难以导入数值模拟分析软件中,以为相应工程问题的数值模拟服务。目前,随着各种CAD、CAM软件行业的的飞速发展,涌现出了许多优秀的三维建模软件,而且这些软件大都与现行数值分析软件有着良好的数据接口功能。据此,本文提出了采用现行CAD软件来建立工程地质体的三维模型,使得建立的模型达到既"可视"又"可算"的目的。将其应用于云南某高速公路边坡的三维建模中,证明了该法具有方便、快捷和合理等优点。     

防护林带：湍流的数学模型与计算机模拟

虽然防护林用于减小风速、控制热量和水汽传递及污染物扩散、 改善气候与环境、增加作物产量等已经有几百年了, 但直到近几十年, 人们才开始系统地研究防护林空气动力学的遮蔽机制.在本综述中,我 们考察了绕防护林带的流动与湍流控制机制,最新的模型与数值模拟 研究情况;通过数值模拟与实验数据的比较,来了解防护林带结构与防 风效果之间的关系;讨论数值分析如何及为什么能够得到所需要的结果. 本文将从多孔隙防护林带流动基本方程组的推导开始,讨论数值模型及 模拟过程,对附体与分离流动进行预测;分析了遮蔽机制与动量交换;对 风向、防护林密度、宽度和三维性对流动与湍流的影响作了系统的论 述.还对热流和土壤水分蒸发的新模型及数值模拟作了简述.最后,我们 对网络工作站、群和高性能分布式并行计算机及其对防护林带模型预 报能力的提高作了讨论.     

大气/钢靶板交界处对平行入射聚能射流干扰的数值模拟

利用非线性动力学软件LS-DYNA,对聚能射流平行入射大气/钢靶板交界处的侵彻过程进行了数值模拟.通过分析数值模拟过程和结果,讨论了聚能射流头部速度和碰撞出口处横向速度的变化规律.结果表明:大气/钢靶板交界处不仅降低了聚能射流头部的轴向速度,而且使射流头部产生横向偏移,最大速度达到约1.8 km/s;后续射流横向偏移速...     

复振型的物理意义——以两自由度陀螺系统为例

在传统振动力学教学中,复振型主要用于振动方程解耦的数学操作,对其物理意义阐述不清楚。本文从简单的旋转框架下两自由度线性系统入手,阐述了模态振动中复振型表征各振子位移与速度组合的比例关系,而非实振型所表征的位移比例关系。本文明确了复振型振动的非同时性及伴随性,引导振动力学的初学者深刻理解复振型的直观物理意义。