流动环现象的动力学分析

本文分析了流动环特殊现象的力学原理。流动环是由细长钢带缠绕形成的环状螺旋玩具,具有瞬间几何形态突变和绕圆柱物体运动时迅速旋转两种独特现象。文中利用封闭曲杆的拓扑学规律确定其曲率和扭率,用于计算和比较流动环两种平衡状态的弹性变形势能。证实流动环的形态突变源于最小弹性势能原理。以组成流动环的单个圆环为分析对象,且考虑邻近圆环的牵拉效应。分析了流动环下落时相对圆柱体的滚动过程,以解释旋转现象的产生原因。导出了流动环下落旋转的角加速度公式。理论计算结果与实验数据较好吻合。     

DYNAMICAL EXPLANATION ON TOROFLUX'S PHENOMENA

本文分析了流动环特殊现象的力学原理。流动环是由细长钢带缠绕形成的环状螺旋玩具,具有瞬间几何形态突变和绕圆柱物体运动时迅速旋转两种独特现象。文中利用封闭曲杆的拓扑学规律确定其曲率和扭率,用于计算和比较流动环两种平衡状态的弹性变形势能。证实流动环的形态突变源于最小弹性势能原理。以组成流动环的单个圆环为分析对象,且考虑邻近圆环的牵拉效应。分析了流动环下落时相对圆柱体的滚动过程,以解释旋转现象的产生原因。导出了流动环下落旋转的角加速度公式。理论计算结果与实验数据较好吻合。     

一个魔术的动力学分析——————铁环与铁链套结过程

 一个称为``喜结良缘(魔结)'的魔术,实质就是在铁环下落过程中应用了动力学原理. 文 中对若干细节进行了动力学分析,让人们知道这个魔术中的力学应用.     

流动环的力学分析

流动环是一款魔术玩具,具有丰富的力学行为。制作流动环时应用了预应力储存技术,使得环内部储存了弹性弯曲变形能。一经外界扰动,流动环会迅速张开,进入一种新的稳定平衡状态;若给张开的流体环输入某种形式的能量,环会合拢,恢复原有的稳定平衡状态。本文从能量的角度对流动环张开与合拢等现象进行力学分析。     

APX-RS相机在高速摄影中的应用

通过分析APX-RS数字化相机的性能特点及主要技术指标,设计了针对高速运动中高速段、中速段及低速段的运动物体飞行姿态拍摄的动态实验,得到了飞行物体清晰的拍摄图像和准确的运动速度。结果表明,该相机能较好地记录4Ma以内的高速运动物体的飞行过程。     

考虑控制延时影响的相邻建筑结构的离散变结构振动控制方法

研究了基于离散变结构控制算法的考虑控制延时影响的相邻建筑结构体系地震反应半主动控制的基本设计和计算方法。首先,建立了相邻结构体系的力学模型及连续运动状态方程,并将其离散化成标准离散状态方程形式。其次,简要地讨论了离散变结构控制器的设计方法,包括切换平面的选择及离散趋近率的构成．最后,应用本文方法对主楼12层,裙房5层的实例结构进行了数值仿真分析,结果表明,该控制方法不仅能有效抑制相邻结构地震反应的鞭梢效应,而且在控制延时存在的情况下,仍能保证系统的减震性能和稳定性。     

高速列车设计和服役关键力学问题专题序

我国高速铁路运营里程及高速动车组保有量均占世界2/3以上,稳居世界第一.我国高速铁路“四纵四横”干线网已建设完成,并正在以形成“八纵八横”主通道为骨架、区域连接线衔接、城际铁路补充的高速铁路网方向发展。高速列车作为高速铁路核心装备,是当代多种尖端科技在交通领域上的充分运用,其运行速度、综合舒适度、安全性、可靠性、节能环保等性能指标代表了高速铁路的科技水平.《力学学报》组织了《高速列车设计和服役关键力学问题》9篇研究或综述论文,旨在反映我国高速列车骨干制造企业、研究机构、高等院校的科技人员在高速列车设计和服役关键力学问题的最新研究进展,以促进学术交流,供从事该行业和领域的读者参考。     

水中高压脉动气泡水射流形成机理及载荷特性研究

具有脉动特性的气泡(如水下爆炸气泡、螺旋桨空泡和气枪气泡)动力学行为很大程度上取决于其边界条件. 实验已证实,近自由液面气泡在坍塌过程中常常产生背离自由液面的水射流现象,而近刚性边界气泡在坍塌阶段产生朝向壁面的高速水射流,严重威胁水中结构的局部强度. 前人基于 Rayleigh-Plesset 气泡理论和 “Bjerknes” 力来预测气泡射流方向,然而理论方法难以透彻的揭示气泡射流的初生、发展和砰击过程中丰富的力学机理. 本文首先采用水下高压放电技术产生气泡,并通过高速摄影对不同边界条件下气泡的运动特性进行实验研究. 然后,采用边界积分法模拟气泡非球状坍塌过程. 研究表明,边界条件改变了气泡周围的流场压力梯度方向,进而影响气泡射流初生位置;射流在发展阶段,气泡附近流场的局部高压区和射流之间存在“正反馈效应”,从而揭示了气泡射流速度在短时间内即可增加到百米每秒的力学机理. 射流砰击会在流场中造成局部高压区,随着气泡回弹,射流速度和砰击压力逐渐减小. 本文还探讨了无量纲距离参数对气泡运动及射流砰击载荷的影响,旨为近场水下爆炸等相关领域提供参考.      

解读短道速滑运动员大幅度倾斜身体过弯的力学原理

短道速滑运动员在弯道高速滑行过程中需保持身体大幅度倾斜,这一现象背后蕴含着经典的力学原理,是力学教学与实践中极为有价值的案例.本文通过对短道速滑运动员高速过弯时的运动学描述以及动力学分析来对短道速滑运动员大幅度倾斜身体过弯的力学原理进行解释.通过牛顿第一、第二定律以及实验观测来获得质点做匀速圆周运动时向心加速度的计算公...     

高速列车轴承可靠性评估关键力学参量研究进展

轴承是高速列车牵引传动和轮轴系统的关键零部件.受列车运行过程中电机转矩、齿轮啮合以及轮轨随机激励的影响,轴承可能发生疲劳破坏,严重影响高速列车的行车安全.我国特有的复杂运用条件对轴承部件的疲劳性能提出了更高的要求,而轴承疲劳可靠性的基础理论和关键技术是我国轴承正向设计研发中的薄弱环节.可靠性评估方面的相关研究在解决轴承可靠性研究的瓶颈问题中起到了承上启下的关键作用.高速列车轴承可靠性评估手段与技术旨在获得使用环境中轴承可靠性评估的关键力学参量,并以此推动复杂激励下轴承疲劳可靠性理论研究.因此,需要哪些关键力学参量并且在复杂的实际使用环境下如何去获取这些力学参量是进行高速列车轴承可靠性评估的关键所在.本文首先概述了高速列车轴承所处的复杂使用环境及运用中的主要失效模式,并据此分析了高速列车轴承可靠性评估所需的关键力学参量,强调了轴承内部滚滑行为和载荷分布在可靠性评估和轴承状态监测中的重要作用,之后从计算模型和测试技术等方面系统阐述了针对这两个关键力学参量的研究进展.最后提出了在高速列车轴承可靠性评估关键力学参量特征及测试技术研究中值得关注的若干问题.     

高速列车轴承可靠性评估关键力学参量研究进展

轴承是高速列车牵引传动和轮轴系统的关键零部件. 受列车运行过程中电机转矩、齿轮啮合以及轮轨随机激励的影响,轴承可能发生疲劳破坏, 严重影响高速列车的行车安全.我国特有的复杂运用条件对轴承部件的疲劳性能提出了更高的要求,而轴承疲劳可靠性的基础理论和关键技术是我国轴承正向设计研发中的薄弱环节.可靠性评估方面的相关研究在解决轴承可靠性研究的瓶颈问题中起到了承上启下的关键作用.高速列车轴承可靠性评估手段与技术旨在获得使用环境中轴承可靠性评估的关键力学参量,并以此推动复杂激励下轴承疲劳可靠性理论研究. 因此,需要哪些关键力学参量并且在复杂的实际使用环境下如何去获取这些力学参量是进行高速列车轴承可靠性评估的关键所在.本文首先概述了高速列车轴承所处的复杂使用环境及运用中的主要失效模式,并据此分析了高速列车轴承可靠性评估所需的关键力学参量,强调了轴承内部滚滑行为和载荷分布在可靠性评估和轴承状态监测中的重要作用,之后从计算模型和测试技术等方面系统阐述了针对这两个关键力学参量的研究进展.最后提出了在高速列车轴承可靠性评估关键力学参量特征及测试技术研究中值得关注的若干问题.      

滑坡冲击铲刮变量的计算方法研究

高速远程滑坡运动过程中,冲击铲刮效应不仅增加滑坡的体积与规模,而且会增大滑坡成灾范围,风险预测与判断出现明显误差,导致灾难性事件的发生。目前对于高速滑坡的铲刮深度、铲刮范围和铲刮体积等变量计算往往是采用基于经验的铲刮率算法,其是通过体积增量来反算铲刮变量的数学方法,而实际情况中高速滑坡的冲击铲刮是滑体冲击力和地表可铲刮材料之间的力学屈服破坏作用的结果。本文基于接触力学、弹塑性力学和岩土力学,提出了地表可铲刮层在附加冲击荷载作用下铲刮变量的理论计算方法,认为竖向冲击和切向剪切是滑体冲击铲刮过程的两种主要作用方式。结合实际岩土体材料参数,发现不考虑切向荷载时,铲刮层塑性区主要以竖向破裂区为主,考虑切向荷载时,铲刮层塑性区沿切向迁移,直至塑性边界贯通至地表,符合实际情况,实现了对铲刮变量的定量化计算。     

摄像测量技术在国防试验与航天器对接中的应用研究

摄像测量技术正在迅速发展和得到广泛应用,在国防试验和航天飞行任务中发挥着不可替代的作用.本文介绍了作者近年来在该领域所做的应用研究,包括在火箭、导弹发射试验,冲击、碰撞等过程中的动态目标运动测量;针对航天航空和力学工程领域的视频图像实时分析;飞行器三维运动测量以及对接航天器位置和姿态的实时测量.在这些应用中都实现了高精度测量.较近期研发并应用于航天器对接光学测量项目中的算法,对相机参数进行平差修正,能有效地抑制像机参数扰动,具有很强的鲁棒性.     

惊心动魄的六分钟--"勇气号"登陆火星的图解分析

利用美国宇航局网站提供的录像资料，捕捉图像中提供的数据，就“勇气号”登陆火星的关键过程“进入、降落、着陆”提出相关的问题，通过力学分析和计算，发现和解答“勇气号”登陆火星的一些细节，积极有效地提高学生的信息素养和实际探究能力．     

中应变率拉伸载荷下DZ2车轴钢的动态力学响应与微观组织演变

高速列车运行过程中车轴可能遭受不同程度的冲击载荷作用，导致车轴的结构损伤与破坏，从而影响列车运营安全和服役寿命.因此，明晰冲击载荷下车轴材料的力学响应和变形损伤行为，对高速动车组车轴的运维与设计具有重要意义.论文研究了DZ2车轴钢在中应变率(0.1～100 s^-1)拉伸条件下的力学性能和微观结构演变，揭示了DZ2车轴钢的变形与失效机理，构建了可准确描述DZ2车轴钢力学响应行为的Zerilli-Armstrong模型.结果表明，位错滑移和韧性断裂是DZ2车轴钢塑性变形和失效的主要机制，但由于位错运动状态的改变，其强度的应变率依赖性在不同应变率范围内存在较大差异.当应变率低于10 s^-1时，DZ2车轴钢内的位错密度低，位错运动阻碍作用小，其强度不会随应变率增加而显著变化，具有低的应变率敏感性；而在应变率超过10 s^-1后，DZ2车轴钢内的位错密度大幅度增加，位错运动速率加快，位错短程作用增强，从而增大了材料的变形抗力，材料的强度随应变率增加而增大，表现出显著的应变率强化效应，应变率敏感性也明显提高.与实验数据相一致，Zeri...     

走钢丝的力学分析

 在高空中走钢丝，是一项高技巧、高风险的运动. 针对走钢丝者手中 长杆的作用，通过动量守恒、动力学基本方程、质心运动定理等力学原理，分析了走钢丝的 力学机理，得出了走钢丝者手中长杆的转动与其重心位置之间的关系.     

数字散斑相关方法的原理与应用

应用图像识别与变分学原理，对数字散斑相关方法作了理论阐述，导出了测量物体表面变形场的一般过程，将力学中的变形测量问题转化为单纯的数值计算问题，避免了传统光测方法与干涉条纹有关的一系列困难。初步的实验结果表明，该方法在工程实际现场、高速冲击动态过程、细观力学变形过程以及变形测量的自动化等方面都有广泛的应用潜力，从而为光测力学拓展应用领域、实现自动化测量展现了新的前景．     

地质力学的几个力学方面工作及其展望

地质现象和地质构造现象中的物质运动既有简单的机械运动形式,又有复杂的其它运动形式。在漫长的地质年代里,地壳岩体在其运动过程中发生过多种变形和破坏。地质力学研究这些变形和破坏的方式、它们之间的成生联系,以及由它们所组成的各种构造体系,并根据力学原理探求它们发生的原因。地质力学是一门边缘科学,它的一条腿站在地质学方面,另一条腿站在力学方面,考察和研究反映地壳运动的一切现象。     

套管-水泥环-地层应力分布的理论解

利用弹性力学理论研究地应力场中套管-水泥环-地层系统应力分布的理论解，在求解过程中，将原问题分解为两个相对简单的子问题．考虑到套管井系统是层状结构的特点，且各层受力情况具有相似性，进一步地，基于两个弹性力学平面应变基本问题的解，采用结构力学的求解思想，由位移连续条件分别求得了两个子问题的解，最后由叠加原理得到了原问题的理论解．     

高速列车的关键力学问题

在过去10 年时间, 中国和谐号系列高速列车经历了一系列速度上的飞跃. 在最初引进消化吸收基础上, 研制了新一代高速列车并大规模投入运营, 伴随这一过程的大量试验与工程实践, 大大促进了对高速铁路这样一个车- 线- 网- 气流强耦合的复杂大系统中的关键力学问题的深入理解和全面研究. 该文将从6 个方面对高速列车研制和运行过程中的典型力学问题的研究进展以及未来的研究方向做一个梳理. 考虑到这样一个大系统的复杂性,同时也为了使对高速列车感兴趣的技术与科研人员对这些力学问题有一个比较全面的认识, 文中将分别就高速列车的空气动力学、弓网关系、车体振动与车体模态设计、车体运行稳定性、高速轮轨关系、关键结构的运行可靠性和列车噪声等方面的研究进行总结和展望. 同时也对中国及国际高速列车发展趋势及其中的力学问题做了一个简要介绍.