基于应力影响系数法的高边坡临界滑动面研究

为研究悬浮式中耳植入式助听装置中悬浮振子对中耳声传播特性的一些影响,建立了 包括绑定悬浮振子的中耳有限元模型. 该模型基于一无任何听力损伤病史的成年志愿者的 左耳,利用CT扫描和逆向成型技术建成. 模型的可靠性通过鼓膜及镫骨底板的位移计算结果 与国外文献实验测得数据进行对比加以验证. 研究结果表明:悬浮振子的绑定会显著恶化中耳 的高频传输特性;振子输出8.9\times10^5N的激振力才能激起100dB声压所 对应的激振效果;振子在砧骨长突上的绑定位置离砧镫关节越近,高频段激振效果越好.     

人耳传声数值模型

根据健康志愿者(右耳)完整的CT数据,建立了包括外耳道、鼓膜、听骨链、中耳韧带/肌肉以及内耳液体在内的有限元模型,真实完整地再现了其复杂结构及边界约束. 通过鼓膜和镫骨底板位移模拟结果和文献实验数据的比较,说明了本数值模型是可信的. 利用模型进行了外耳、中耳和内耳的声固耦合分析,研究了外耳道、镫砧关节和内耳液体对传声机制的影响. 研究结果表明建立的人耳三维有限元模型对研究其声学力学特性是有效的.      

涡激响应尾流双振子模型的参数反演方法

尾流双振子模型是研究圆柱结构涡激振动响应的重要模型,模型参数的准确确定对悬浮隧道设计理论具有重要意义.首先通过降阶法将多变量二阶非线性常微分方程组的尾流双振子模型变换为一阶方程组.然后给出一种新型的圆柱结构水槽试验设计方案,其中试验模型的刚度能够较好反映悬浮隧道等实际工程结构的刚度,基于相机动态捕捉和视频识别计算机程序,获取圆柱结构在水平和竖直方向的位移试验数据.基于试验结果和龙格-库塔方法求解一阶方程组,采用BP神经网络智能算法对模型参数进行反演,同时利用遗传算法对神经元的初始权值和阈值进行优化,所得结果平均误差仅为5.50％,优于遗传算法和未优化的BP神经网络模型.结果表明,基于遗传算法优化的BP神经网络智能算法能够精确实现尾流双振子模型的参数确定,为圆柱结构涡激振动响应分析提供理论基础.     

轴同期涡动和轴承座激振对轴承油膜稳定性的影响

在自行设计的轴承试验台上研究了轴颈同期涡动和轴承座激振对油膜层流失稳的影响 .结果表明 :随着轴颈偏心的增大 ,涡动倾向增强 ,流体出现层流失稳 ;当涡动倾向较弱时 ,影响油膜层流失稳的主要因素是轴承激振的强度以及低频激振 ,而高频激振对其影响较小 ;但当涡动倾向较强时 ,轴承激振的强度以及激振频率对油膜层流的失稳几乎没有影响     

基于流固耦合的锚索涡激振动抑制方法研究

悬浮隧道锚索的涡激振动会加剧锚索的疲劳破坏,进而影响悬浮隧道的使用寿命和安全.文章在海洋立管涡激振动抑制研究的基础上,考虑悬浮隧道锚索倾斜角度和来流方向的影响,采用流固耦合的数值方法,对整流罩方法和三控制杆方法的抑制效果进行了分析.结果表明,在顺来流方向,两种方法均具有良好的抑振效果;锚索有倾斜的情况下,三控制杆方法的效果会有所提升;但在来流方向改变时,整流罩方法具有较强的适应性.     

高耸结构锁定激励响应和极限风压研究

本文从升力振子模型着手,以国外试验数据为依据,详细研究了锁定现象的流固耦联作用机理和对应的高耸结构横向风振的主要形式——涡致锁定激励响应,提出了合理的响应计算方法。在这些研究基础上本文还讨论了横风向受力为主的一类高耸结构的破坏风荷载计算,该研究充分体现了锁定现象的非线性激振特性。     

两端铰接的细长柔性圆柱体涡激振动响应特性数值研究

目前细长柔性圆柱体涡激振动响应的研究方法主要包括实验方法、计算流体动力学方法以及半经验模型方法. 鉴于实验方法研究成本较高、计算流体动力学方法计算时间较长,本文基于尾流振子模型对线性剪切来流下两端铰接的细长柔性圆柱体涡激振动响应特性进行了半经验模型方法研究. 先建立了柔性圆柱体结构振子以及尾流振子之间的耦合模型,紧接着基于二阶精度中心差分格式对耦合模型先离散后迭代进行求解. 对不同剪切参数下柔性圆柱体涡激振动响应的振动波长、振动频率、振动位移以及响应频率随时间的变化特性等参数进行了分析. 分析结果表明:圆柱体的涡激振动响应由驻波和行波混合组成. 当无量纲弯曲刚度较小时,在圆柱体两端附近,驻波占主导;而在圆柱体中间段附近,行波占主导. 当无量纲弯曲刚度较大时,在圆柱体整个长度区间上均为驻波占主导. 随着剪切参数的增大,振动位移以及振动波长均逐渐减小,而振动频率和频率带宽均逐渐增大.      

T形截面振子的流致振动特性试验研究

近年来人们将流致振动(FIV)作为一种新的能源利用手段,针对圆柱型振子开展了较多的研究。随着研究的深入,发现异型截面振子因振动特性不同于圆柱型振子而具有更好的能量汲取特性。本文利用自循环水槽进行T形截面振子流致振动特性试验研究,对比研究T形振子与圆柱振子的流致振动响应差异,分析其能量捕获能力的优劣及适用范围,以期揭示阻尼比对T形振子的振动特性的影响。结果表明:不同于圆形截面振子,T形截面振子的振动表现为"非自限制"特性,出现驰振分支;增大阻尼会抑制T形截面振子的振动与驰振发生的可能性;相对于圆柱型振子而言,T形振子更适用于大流速下的能量汲取。     

两端铰接的细长柔性圆柱体涡激振动响应特性数值研究

目前细长柔性圆柱体涡激振动响应的研究方法主要包括实验方法、计算流体动力学方法以及半经验模型方法.鉴于实验方法研究成本较高、计算流体动力学方法计算时间较长,本文基于尾流振子模型对线性剪切来流下两端铰接的细长柔性圆柱体涡激振动响应特性进行了半经验模型方法研究.先建立了柔性圆柱体结构振子以及尾流振子之间的耦合模型,紧接着基于二阶精度中心差分格式对耦合模型先离散后迭代进行求解.对不同剪切参数下柔性圆柱体涡激振动响应的振动波长、振动频率、振动位移以及响应频率随时间的变化特性等参数进行了分析.分析结果表明:圆柱体的涡激振动响应由驻波和行波混合组成.当无量纲弯曲刚度较小时,在圆柱体两端附近,驻波占主导;而在圆柱体中间段附近,行波占主导.当无量纲弯曲刚度较大时,在圆柱体整个长度区间上均为驻波占主导.随着剪切参数的增大,振动位移以及振动波长均逐渐减小,而振动频率和频率带宽均逐渐增大.     

一种新型双稳态电磁式振动能量捕获器动力学特性研究

将质量-非线性弹簧-阻尼系统与双稳态振动能量捕获系统相结合,提出了附加非线性振子的双稳态电磁式振动能量捕获器,建立系统的力学模型及控制方程;利用谐波平衡法获得了该发电振子处于高能轨道的运动幅值及发电功率密度解析解表达式。数值仿真表明:附加非线性振子的双稳态振动发电系统的响应幅值及功率密度均明显高于单一双稳态振动发电系统。在简谐激励下,随着质量比和调频比的增大,附加非线性振子双稳态振动能量捕获器的大幅运动响应及发电性能均出现了先增大后减小的趋势;且随着激振频率的增加,发生了随激振频率移动的现象。通过综合比较获得了附加非线性振子双稳态振动能量捕获器的发电性能最佳的参数配置范围m∈[0.8,3]和f∈[π/10,π/3]。上述研究结果可为双稳态振动能量捕获系统的相关研究提供理论基础。     

浮式垂直轴风机的动力学建模、仿真与实验研究

考虑气动力和水动力的耦合研究浮式垂直轴风机系统的运动响应,将固定式垂直轴风机的气动载荷计算方法进一步推广到海上浮式垂直轴风机的气动载荷计算.考虑阻尼力、波浪力、风载荷、系泊力等,建立了浮式垂直轴风机系统的纵荡-垂荡-纵摇运动方程.考虑动态失速和浮式基础运动,基于双致动盘多流管理论,推导了风机叶片气动载荷计算公式,编制了数值计算程序.以Sandia 17 m风机为例,验证了气动载荷计算程序的正确性.最后进行了模型实验,其中模型的风机为Φ型达里厄垂直轴风机,支撑基础为桁架式Spar型浮式基础,将模型实验结果与数值计算结果进行了对比,验证了耦合计算程序.结果表明,数值计算得到的风机系统的垂荡、纵摇运动的RAO(幅值响应算子)曲线与模型实验结果吻合较好,验证了耦合程序的正确性.然而,由于数值计算与模型实验在运动自由度、阻尼、风载荷等方面存在差别,数值计算结果与模型实验结果仍有一定的差异.     

潮流发电装置运动衰减特性与不规则波响应

为了研究基于竖轴水轮机的漂浮式潮流能发电装置的运动衰减特性与不规则波响应,提出了基于船模拖曳水池的系泊试验方法,设计了试验模型和装置,构建了系泊试验平台,进行了组合模型的自由衰减试验、系泊衰减试验和系泊状态下的不规则波响应试验. 衰减试验中测量了模型的摇动衰减特性,不规则波响应试验中测量了系缆的拉力响应和组合模型的摇动响应. 试验研究得到了关于漂浮式潮流能发电装置的衰减运动特性和4级海况、0.6m/s流速时1号系缆的拉力响应以及组合模型的摇动响应. 研究可为基于竖轴水轮机的漂浮式潮流能发电装置的理论研究和工程应用提供参考和借鉴.     

浅水孤立波在三维浮体上的绕射

浅水域中非线性水波运动的控制方程通常是经过深度平均的Boussinesq方程。然而,这一方程在浮体近旁或水下障碍物附近不再适用,在这些区域,流动在水深方向的变化不容忽略,本文应用匹配渐近展开法和边缘层(edge layer)思想,建立了浅水弱非线性波与三维浮体相互作用的数学模型,作为算例,求解了浅水孤立波在垂直圆柱形浮体上的绕射.本方法可以推广到波在一般浮体上绕射的情况。     

人耳鼓膜穿孔对中耳传声影响的数值模拟

鼓膜穿孔是一种非常普遍的中耳疾病,其对人中耳传声的影响并没有得到很全面的研究。本文根据健康志愿者(右耳)完整的CT数据,建立了包括外耳道、鼓膜、听骨链、中耳韧带/肌肉、中耳腔以及内耳液体在内的有限元模型,真实完整地再现了其复杂结构及边界约束。利用模型进行了外耳、中耳和内耳的声固耦合分析,研究了鼓膜穿孔位置和穿孔大小对中耳传声的影响。研究结果表明了本文建立的三维有限元模型对研究鼓膜穿孔对中耳系统传声的影响是可行的。     

Numerical analysis of ossicular chain lesion of human ear

Abstract Lesion of ossicular chain is a common ear disease impairing the sense of hearing. A comprehensive numerical model of human ear can provide better understanding of sound transmission. In this study, we propose a three-dimensional finite element model of human ear that incorporates the canal, tympanic membrane, ossicular bones, middle ear suspensory ligaments/muscles, middle ear cavity and inner ear fluid. Numerical analysis is conducted and employed to predict the effects of middle ear cavity, malleus handle defect, hypoplasia of the long process of incus, and stapedial crus defect on sound transmission. The present finite element model is shown to be reasonable in predicting the ossicular mechanics of human ear.     

三峡水库应力场对水田坝断裂影响的数学-力学模型研究

水库蓄水后, 在一定空间范围内形成了应力场、应变场和渗流场。我们建立了一个数学一力学模型, 以描述水压应力场的特征。通过运用弹塑性岩土体非线性应力一应变和稳定性静力分析NOLM83二维有限元程序发现, 水库水压应力场的最大主应力从水库中心向两侧、从水库表面向深部逐渐降低。在此基础上, 研究了在未来三峡水库水压应力场影响下, 水田坝断裂的应力、应变和影响范围。研究表明, 平面影响范围为该断裂两侧5～-6km.由于岩体的浮托作用, 地表面的累积位移量少于10mm, 并向下逐渐减小。因此, 水田坝断裂完全能够承受三峡水库蓄水后产生的水压应力, 不会出现中-强度水库诱发地震, 不会影响三峡工程的安全。     

蜗窗激励评价的有限元计算模型研究

蜗窗驱动是实现中耳听力装置与耳蜗耦合的新途径. 利用外耳道、中耳和耳蜗集成有限元模型, 分别模拟外耳道声激励经听骨链、前庭窗传入内耳的正向传递过程和蜗窗机械激励在耳中逆向传递过程, 计算获得中耳和耳蜗的传递函数. 比较蜗窗激励和外耳道激励下耳蜗基底膜的振动, 提出了以基底膜最佳反应部位位移相等为准则的蜗窗等效激励力计算方法. 理论计算获得的蜗窗等效激励力与相关文献根据实验数据预测结果一致. 计算结果还表明耳蜗窗正、逆向激励时, 基底膜上最佳反应部位无变化, 但在蜗窗逆向激励耳蜗时, 低频下驱动基底膜运动的效率比高频时低. 所获得的理论结果可为蜗窗驱动的听力装置设计和现有装置的应用提供参考.     

粘性液体中浮体的非线性稳定理论

本文应用连续系统稳定性理论,处理粘性不可压缩流体所支持的平衡浮体的非线性稳定问题,其中考虑到浮体的方位角和质心位置以及流体速度的非线性扰动,给出了各种尺度的非线性稳定、渐近稳定判据及不稳定判据。     

半潜式海上浮式风机气动阻尼特性研究

由于海上漂浮式风机具有较大的支撑平台运动,气动阻尼效应对海上漂浮式风机的运动响应带来了重要的影响, 日渐受到相关国内外学者的关注. 为了研究海上浮式风机的气动阻尼特性,本文推导了海上浮式风机气动阻尼力的数学模型,并借助模型实验和数值计算的方法,研究了半潜式海上浮式风机的气动阻尼特性及其作用规律. 结果表明,浮式风机的风轮旋转时的气动阻尼比风轮非旋转状态时更加明显;在作业工况下,气动阻尼对半潜式浮式风机平台的纵荡、纵摇、机舱的运动有明显的抑制作用,且主要体现为对半潜式浮式风机的平台运动固有频率响应的抑制作用,对波频范围的平台运动作用甚微. 其变化规律与风速大小、波浪载荷等有关,在风机的额定工况之前,气动阻尼通常与风速呈正相关关系,但是增长率有逐渐减小的趋势;在控制系统作用下,当入流风速接近或超过风机额定风速时,容易出现气动负阻尼现象,反而进一步强化浮式风机的运动响应,此时通过降低变桨距控制器的比例系数,即降低变桨距控制器的灵敏度,有助于增加海上浮式风机的气动阻尼效果,并且在一定程度上减缓负的气动阻尼的发生,改善海上浮式风机的运动响应.