用拉格朗日相关结构研究圆盘启动过程的流体输运

利用粒子成像测速(PIV)技术,得到了圆盘启动涡环流场的速度分布和涡量分布.圆盘启动涡环流场的有限时间李雅普诺夫指数场(Finit-time Lyapunov exponents,FTLE)以及拉格朗日相关结构(Lagrangian coherent structures,LCS)被计算出来.基于圆盘启动涡环流场的有限时间李雅普诺夫指数场以及拉格朗日相关结构,通过跟踪流体质点,对圆盘启动涡环流场的输运情况进行了分析.在圆盘启动涡环形成过程中,流体发现被圆盘和相互排斥的拉格朗日相关结构分成三部分.剪切流窗口(vorticity-flux window)被发现,涡量流通过剪切流窗口进入涡核.涡环的非定常边界被确定,它由相互排斥的拉格朗日相关结构背风面、圆盘以及剪切流窗口组成.     

描述鱼鳍材料松弛特性的分数Zener模型

鱼鳍在游动中起到了推进和控制的作用, 研究鱼鳍的力学性质对研究鱼类游动中高效率的来源具有重要意义. 本文对鲫鱼尾鳍鳍条进行了松弛实验, 松弛时间为300\,s,力随时间表现出较明显的衰减, 表明鱼鳍具有黏弹性性质. 采用分数Zener模型拟合实验数据, 并将拟合结果与3参数和5参数线性模型拟合结果比较, 发现3参数线性模型拟合效果较差, 分数Zener模型和5参数线性模型都较好地拟合了松弛曲线, 但分数Zener模型具有使用参数更少的优点.      

鲫鱼尾鳍的黏弹性力学性质测量

鱼类在游动过程中表现出高效率和机动灵活的特点。鱼类通过拍动鱼鳍获得动力,并对游动过程进行控制,因此鱼鳍的力学性质影响着鱼类在游动中的表现。在以往的研究中,研究者多将鱼鳍假设为弹性材料。本文通过单轴拉伸后的松弛实验测量了鲫鱼尾鳍的黏弹性力学性质。在松弛实验中,拉力随着时间的增加而逐渐减小。在实验的前100s时间内,拉力衰减至最大拉力的75%。本文采用五参数的线性黏弹性模型对松弛实验的数据进行了拟合。基于拟合得到的模型,发现在快速起动及巡游过程中,鲫鱼尾鳍的黏弹性性质能够增加鲫鱼尾鳍的表观刚度,同时在巡游过程中,由于黏性引起的能量耗散非常小。     

斑马鱼S型起动运动学研究

快速起动是鱼类重要的一种机动能力,有助于鱼类的逃逸和捕食。快速起动通常分为C形起动和S形起动两种模式。本文利用数字式高速摄像机定量地研究了斑马鱼从低速巡游状态做出捕食反应的运动过程。通过分析斑马鱼的运动图像,发现S形起动过程大体可以分解为三个阶段:第一阶段,斑马鱼的头部和尾部都迅速向相同的一个体侧方向转动,整个身体近似弯曲反写的S型。第二阶段,斑马鱼的头部转向捕食方向,尾部摆动1~2个周期,整个身体近似成S型。第三阶段整个鱼体逐渐恢复平直形态,其前端2/3的部分不再摆动,维持一种类似在水中滑翔的游动姿态。本文定量分析了各个阶段鱼体躯干曲线的形状,给出了鱼体的速度分布,并定性地解释了S形起动的力学机理。     

多元固相FAE的离散与爆轰的协调研究

一次起爆技术使FAE的两个主要研究方向,即燃料选择与云爆技术,更加紧密地结合在一起,导致对燃料的离散与爆轰的自协调要求更加严格。根据燃料的离散与爆轰的自协调的各制约因素对燃料组分进行选择,再改变燃料组分的质量配比以反馈研究燃料的离散与爆轰的协调性。实验证明所选择的混合燃料的离散与爆轰的协调性决定了超压峰值、正压作用时间、火球覆盖体积等参数,故可根据实际需要通过改变燃料组分配比来调节其协调性以研制不同特点的一次起爆型FAE。另外,基于VB.net平台自编的图像批处理程序,对由高速摄影拍摄到的FAE离散爆轰过程的图像进行处理,效率高、精度高,而且能和Excel、Origin等数据处理软件对接。     

一种用于测量鱼体材料粘弹性性质的弯曲变形试验机

研究生物材料力学性质是生物力学的重要内容之一.测量材料粘弹性性质的传统方渗是单轴拉伸松弛或蠕变实验.与传统方法不同,为了测量鱼体材料粘弹性性质,本文设计了一种用于测量鱼体材料性质的弯曲变形试验机,通过模拟鱼体摆动,可以测得鱼体材料的储能模量、耗散模量、滞后相位角等参数.通过弹性体(铜片)和粘弹性体(橡胶)材料实验验证了...