含集中质量悬臂输流管的稳定性与模态演化特性研究

本文主要研究通过调控集中质量对悬臂输流管稳定性和振动模态特性的影响规律,为输流管动力学性能的可控性提供理论指导和实验依据. 首先基于扩展的哈密顿原理,建立了含集中质量悬臂输流管的非线性动力学理论模型. 基于线性动力学特性分析,研究发现集中质量沿管道轴向位置变化对输流管发生颤振失稳的临界流速有重要影响.并通过伽辽金前四阶模态截断处理线性矩阵方程式,定性地分析了集中质量位置与质量比的变化对于输流管稳定性影响的变化.实验结果表明, 输流管的颤振失稳模态随集中质量位置的变化发生了转迁. 此外,基于动力学理论分析, 发现集中质量比值对失稳临界流速也有重要的影响,且主要取决于集中质量的安装位置. 基于非线性特性,进一步分析了集中质量对输流管振动幅值的影响. 实验和理论研究发现,集中质量位置从固定端向自由端变化时, 输流管振幅表现出先增大后减小趋势,且振动模态也从二阶转迁到三阶.本研究有望为输流管振动驱动应用提供理论支撑与指导意义.      

在封闭结构中水对爆炸冲击波的削波、减压作用

采用数值方法计算了封闭矩形空间中布置在炸药周围的水对爆炸冲击波的削波作用以及对于气室压力的削减作用。计算结果显示 ,在各种不同的载荷密度和水 /药质量比参数条件下 ,冲击波峰值压力和气室压力均得到明显的削减。还计算了一个具有开口的模型隧道中水的削波作用 ,并将计算结果与实验测量数据进行了比较。     

应用优化技术计算船舶斜浪中的扭矩外力

 从实用角度出发，应用优化技术，确定船舶斜浪中的平衡浮 态，在传统方法基础上更接近实际状态. 提出了一种船舶斜置于波 浪上的外力计算方法，编制了计算机程序. 另外，特别针对大开口 船舶其剖面扭心在基线以下的特点，计及了左右舷不对称横向力对 扭矩的贡献.     

湍流能量耗散率标度律实验研究

应用粒子图像测速(PIV)系统对平板湍流边界层内流向和法向的瞬时速度进行了测量。湍流的能量耗散率由轴对称假设得到,同时在研究湍流动能耗散率标度律的过程中采用传统的统计学方法。实验结果显示,对于不同尺度上和不同法向位置湍流耗散率标度律来说,湍流耗散主要发生在小尺度上,也就是说湍动能耗散率标度律在小尺度上具有普适性。另外,根据层次结构理论假设,通过PIV实验数据对最高激发态的标度指数进行了研究,结果发现,最高激发态存在绝对标度指数,并且绝对标度律是由信号中最强耗散涨落的局部结构产生的。     

异质材料有限长微通道电渗流热效应

采用数值方法,分析有限长PDMS/玻璃微通道电渗流热效应．数值求解双电层的Poisson-Boltzmann方程,液体流动的Navier-Stokes方程和流-固耦合的热输运方程,分析二维微通道电渗流的温度特性．考虑温度变化对流体特性（介电系数、粘度、热和电传导率）的反馈效应．数值结果表明,在通道进口附近有一段热发展长度,这里的流动速度、温度、压强和电场快速变化,然后趋向到一个稳定状态．在高电场和厚芯片的情况下,热发展长度可以占据相当一部分的微通道．电渗流稳定态温度随外加电场和芯片厚度的增加而升高．由于壁面材料的热特性差异,在稳定态时的PDMS壁面温度比玻璃壁面温度高．研究还发现在微通道的纵向和横向截面有温度变化．壁面温升降低双电层电荷密度．微通道纵向温度变化诱发流体压强梯度和改变微通道电场特性．微通道进流温度不改变热稳定态的温度和热发展长度．     

A COORDINATE TRANSFORMATION METHOD FOR NUMERICAL SOLUTIONS OF TRAVELING-WAVE ELECTROOMTIC FLOWS IN MICROCHANNEL

采用坐标变换法数值求解了耦合的Poisson-Nernst-Planck（PNP）方程和Navier—Stokes（NS）方程,研究二维狭窄微通道行波电场电渗流数值解．数值结果表明,坐标变换法能有效降低电渗流解数值解在双电层的高梯度,有效改善数值解的收敛性和稳定性．坐标变换的电渗流数值解和原始坐标下的数值解完全一致．坐标变换后采用简单的网格也能得到和原始坐标下复杂网格相同的解．给出了滑移边界的近似解与完整的PNP—NS数值解的比较．在双电层厚度与微通道深度比值（λ／H）很小的情况下（相对深通道）,两者的解基本一致．但在λ／H较大时（相对浅通道）滑移边界的解高于电渗流速度．     

计算机磁头／磁盘超薄气膜润滑压强的算子分裂算法

以任意拉森数的超薄气体润滑方程为基础，采用算子分裂法和非结构三角网格的有限元法计算Ω型磁头的空气轴承气垫面(ABS)气膜压强分布、气浮力和纵倾力矩；在分析比较流量系数的各种算法的基础上，确定采用多项式拟合数据库计算流量系数．计算结果表明：采用算子分裂法可以有效克服在高轴承数时的数值不稳定性，消除数值振荡；在小轴承数时，气浮力随轴承数增加而增大，当轴承数增大到某一数值后，气浮力趋近某一稳定值，此时气膜压强分布与磁头造型基本一致；气膜的纵倾力矩在轴承数的某一临界值附近出现最大值．     

微通道液体流动双电层阻力效应

采用数值方法求解双电层的Poisson-Boltzmann方程和液体运动的Navier-Stokes方程,研究微通道双电层对压强梯度液体流动的阻力效应． 量纲分析表明,双电层阻力大小可以用一个无量纲的电阻力数表示．它与液体的介电系数、固体表面的zeta电位平方成正比,与液体的动力粘性系数、电导率以及微通道的宽度平方成反比．在计算流动诱导的流动电位势和电阻力时,提出电流密度平衡条件,可以消除传统电流平衡条件导致的固壁附近产生局部回流的不合理物理现象．还给出不同电阻力数的微通道流量、流量损失率、速度剖面的数值结果,合理解释了双电层对微通道液体流动的阻力效应．     

具有刚性双边裂纹的压电介质中的电荷相互作用分析

利用Stroh方法,研究了含双边固定导电裂纹的二维压电体在广义线力作用下的Green函数．首先分析的是因压电性和边界极化电荷所引起的作用在自由电荷上的Coulomb力．然后,再分析了双边裂纹附近的两个奇异点之间的相互作用问题（其中,至少一个奇异点处存在自由电荷）．数值计算表明:当两个或多个奇点互相靠近且奇点中至少存在一个自由电荷时,Coulomb力将明显影响压电介质内的力电场,这时的Coulomb力将不能再被忽略掉．所得结果不仅适用于平面和反平面问题,也适用于面内变形与面外变形相耦合的情况．     

投影栅相移法中的相位波动误差及修正算法研究

分析了因测量系统非线性响应及局部饱和投影栅图像所导致的相位误差及其波动特性。经过实验验证,四步相移算法在抑制系统非线性响应所引起的相位误差方面优于三步相移算法。通过模拟分析得出,在采用传统相移算法对局部饱和条纹图像分析时,相位误差较大,且相位分布具有周期波动特性。为减小因图像局部饱和而产生的相位误差,文中采用了新的算法提取相位。实验分析结果验证了算法的正确性。