球类运动中的流体力学问题

球类运动是非常普及的体育运动项目之一.本文就球类运动的流体力学问题,综合国内外的若干研究结果,进行一些讨论.     

火星引力捕获动力学与动态误差分析

火星探测的制动捕获机会唯一,是影响任务成败的关键. 从限制性三体问题出发,推导了火星引力球、作用球与希尔球半径的计算公式,比较了三者的特点与适用范围,并结合作用球的定义与物理意义,给出了一种火星探测制动捕获段的工程定义. 在作用球范围内建立了火星制动捕获段动力学模型,给出了对捕获轨道精度产生影响的各项误差源. 通过蒙特卡洛仿真,定量分析了导航初始误差、发动机推力误差、制动点火时间误差等对捕获轨道近火点与远火点高度的影响,并对不同误差源可能导致的超差概率进行了分析,指出了影响捕获精度的主导误差源,可为我国未来火星探测制动捕获段的任务实施提供参考.      

地下水质球向输运问题的近似解

本文找到了溶质在孔隙介质中球向输运方程的近似解.该公式不仅结构简单、物理意义明确,而且与数值解的结果符合的较好.因此,可用于予测(计算)地下水质球向分布和传播范围.     

颗粒流动力学及其离散模型评述

颗粒流是由众多颗粒组成的具有内在相互作用的非经典介质流动. 自然界常见颗粒流都是密集流, 颗粒间接触形成力链, 诸多力链相互交接构成支撑整个颗粒流重量和外载荷的网络, 其局部构型及强度在外载荷下演化, 是颗粒流摩擦特性和接触应力的来源.本文介绍球形颗粒间无粘连作用时的Hertz法向接触理论和Mindlin-Deresiewicz切向接触理论. Campbell依据是否生成较为稳定的力链把颗粒流分为弹性流和惯性流两大类, 其中弹性-准静态流和惯性-碰撞流分别对应准静态流和快速流, 作为两种极端流动情况通常处理成连续体, 分别采用摩擦塑性模型和动理论予以描述, 但是表征接触力链的颗粒弹性参数并不出现这两个模型和理论框架中, 如何进一步考虑颗粒弹性参数将非常困难. 目前离散动力学方法逐渐成为复现其复杂颗粒流动现象、提取实验不可能获得的内部流动信息进而综合起来探索颗粒流问题的一种有效工具, 其真实性强于连续介质理论的描述. 软球模型对颗粒间接触力简化处理, 忽略了切向接触力对法向接触力及其加载历史的依赖, 带来了法向和切向刚度系数如何标度等更艰难的物理问题, 但由于计算强度小而广泛应用于工程问题中. 硬球模型不考虑颗粒接触变形, 因而不能描述颗粒流内在接触应变等物理机理, 仅适用于快速颗粒流, 这不仅仅是由于两体碰撞的限制. 因此基于颗粒接触力学的离散颗粒动力学模型是崭新的模型,适用于准静态流到快速流整个颗粒流态的模拟, 可以细致考虑接触形变及接触力的细节,建立更为合理的颗粒流本构关系, 进而有力的促进颗粒流这一非经典介质流动的研究.      

定量供油下球-环/球-盘接触形式润滑特性对比

采用球-环接触和球-盘接触形式的光干涉润滑油膜测量仪,在定量供油条件下观察两种接触形式下的不同润滑特性,分析了润滑差异性的内在机制.结果显示：在低速条件下球-盘接触膜厚始终高于球-环接触膜厚,由接触几何特性差异导致的不同动压效应、侧泄效应和润滑剂流动是其主要原因;在高速条件下球-盘接触形式易出现入口乏油,而球-环接触在整个测试速度范围内未出现乏油,不同的离心力作用方向是导致这种差异的诱因.试验还观察与分析了黏度对两种接触方式下润滑特性的影响：低速条件下,高黏度润滑剂易导致球-环接触出现乏油;高速条件下,高黏度润滑剂能够推迟球-盘接触时乏油状态的出现.     

可压缩球膜的膨胀和分叉

利用大变形迭加小变形的一般方法详细考察了可压缩球膜的膨胀和分叉问题.得到了可压缩球膜分叉的控制微分方程组,并通过求解非线性偏微分方程组,给出了不同情形的分叉模式及相应的分叉判据,但为了与Alexancler的实验对比,只认为01模式的分叉解在物理上是可行的.结果表明:可压缩球膜分叉解的控制微分方程组与不可压缩时非常相似,都只有3个独立的弹性系数,但弹性系数的定义是不同的;从理论上证明了可压缩球膜的分叉也是在内压达到极大值之后发生的,且在球膜的膨胀过程中.当内压达到极大值后,球膜的形状不再是标准的球形.而是上半球的厚度变大,下半球厚度变小,此时球膜分叉了,这与实验结果是一致的.     

周期集中载荷作用下球形扁壳的非线性振动问题

本文用半解析法推导了周期集中载荷作用下,周边固定球形扁壳的非线性振动微分方程.然后用小参数法求出了非线性的非共振周期解和共振周期解.绘出了不同几何特征参数下的振幅——频率图.     

体育运动中的空气动力学

许多运动项目成绩的提高和体育器材的改进,都与空气动力学有着很密切的关系. 本文通过 排球发飘球和标枪投掷运动两个典型例子,概要介绍了空气动力学的作用. 通过风洞试验、 理论计算和现场实测结果,为改进器材性能,提高运动成绩,提供了理论依据.     

扁球壳轴对称非线性弯曲和稳定的权余解

本文从扁球壳的积分方程组出发,通过新定义的残差表达式,用权余法详细地研究了扁球壳轴对称非线性弯曲和稳定问题.通过数值计算可以看出,本方法应用方便,精确可靠.     

考虑横向剪切,周边弹性支承浅球壳的非线性静动力分析

1 基本方程在法向均布载荷q(t)作用下的浅球壳如图1所示.壳上任一点的坐标由中曲面的地理坐标((?),θ)及沿中曲面外法线方向的坐标z 确定.u,v,w 分别为沿(?),θ,z 方向的位移;ψ_1,ψ_2分别为球壳横截面在(?)-z 和θ-z 面内的转角;ρ_0为单位体积的质量,且ρ=     

VIBRATION AND ACOUSTIC RADIATION FROM SUBMERGED STIFFENED SPHERICAL SHELL WITH DECK-TYPE INTERNAL PLATE

Based on the motion differential equations of vibration and acoustic coupling system for thin elastic spherical shell with an elastic plate attached to its internal surface, in which Dirac-δ functions are employed to introduce the moments and forces applied by the attachment on the surface of shell, by means of expanding field quantities as Legendre series, a semi-analytic solution is derived for the vibration and acoustic radiation from a submerged stiffened spherical shell with a deck-type internal plate, which has a satisfactory computational effectiveness and precision for an arbitrary frequency range. It is easy to analyze the effect of the internal plate on the acoustic radiation field by using the formulas obtained by the method proposed. It is concluded that the internal plate can significantly change the mechanical and acoustic characteristics of shell, and give the coupling system a very rich resonance frequency spectrum. Moreover, the method can be used to study the acoustic radiation mechanism in similar structures as the one studied here.     

LS-DYNA 在力学教学实践中的探索与应用1)

在力学教学中引入LS-DYNA有限元分析软件及其前后处理软件LS-PREPOST,进行建模、计算和演示,能够增强教学效果,加深学生对 知识点和相关问题的认识,提高教与学的效率,激发学生学习力学的热情. 以牛顿摆球实验为例说明了LS-DYNA在设计力学实验方面的 应用. 通过碰撞动画的演示和速度及能量结果曲线的展示,学生对“动量守恒”和“能量守恒”有更深刻、更形象的认识. 以桥梁上 部结构的模态分析为例说明了科研成果作为课堂教学的经典案例的应用. 动画演示位移模态,能够帮助学生更好地理解动力学的相关概念.     

球面扁壳的比拟解法

在扁壳的工程实用理论中,除薄壳一般理论中所采用的基本假设外,还采用了下列两个假定:(1)曲面上线素的二次式ds~2=A~2dα~2+B~2dβ~2与高斯曲率无关;(2)壳体上的切向荷载可不予考虑.对于中曲面为部分球面而覆盖平面为圆形或环形的球面扁壳,引用上述假设,能满足工程实用上的要求。文中限于讨论这一类球面扁壳,并建议一个较为有效的实用解法--比拟法,因而,使问题的求解大为简化. ...     

中间相碳微球摩擦性能研究

利用 Optimal SRV高温摩擦磨损试验机 ,考察了中间相碳微球 (MCMB)粉末添加剂在季戊四醇酯中的摩擦学性能 .结果表明 :在 30 0℃、2 5 0 N的试验条件下 ,季戊四醇酯中添加质量分数为 3%的 MCMB粉末可使摩擦系数从0 .2 0降到 0 .12左右 ,显示了良好的润滑效应 ;加入 1%的 MCMB比加入 3% MCMB有更好的润滑效果 .拉曼光谱分析显示 ,低摩擦系数的获得是由于部分中间相碳微球向更为有序结构转化的结果 .     

从香蕉球说开去

本文从绿茵场上神秘莫测的“香蕉球”出发,分析与 “香蕉球”“弧圈球”和“飘球”之间的差别和有关的流体力学原理,介绍相关的 “马格努斯效应”、“卡门涡街”和“边界层” 等基本概念.     

线弹簧模型法在含表面裂纹球壳中的应用

本文应用线弹簧模型法,基于Sih.G.C.含二维裂纹球壳理论建立了含表面裂纹球壳的控制方程,采用数值方法选取位移试函数及合理地处理了对偶奇异积分方程使计算大为简化,通过电算实现了计算求解过程,从而获得了球壳表面裂纹前沿各点的应力强度因子之值。 最后将计算结果与考虑“膨胀效应”后的Ncwoun-Raju 解进行了比较,同时研究了曲率因素对表面裂纹线弹性断裂性态的影响。     

Synthesis and characterization of magnetic polymer microspheres with a core-shell structure

Non-porous magnetic polymer microspheres with a core-shell structure were prepared by a novel micro-suspension polymerization technique. A stable iron oxide ferrofluid was used to supply the magnetic core, and the polymeric shell was made of glycidyl methacrylate （GMA monomer） and ethylene dimethacrylate （cross-linker）. In the preparation, polyvinyl alcohol was used as the stabilizer, and a lauryl alcohol mixture as the dispersant. The influence of various conditions such as aqueous phase volume, GMA and initiator amounts, reaction time and stirring speed on the character of the microspheres was investigated. The magnetic microspheres were then characterized briefly. The results indicate that the microspheres with active epoxy groups had a narrow size distribution range from 1 to 10 μm with a volume-weighted mean diameter of 4.5 μm. The saturation magnetization reached 19.9 emu/g with little coercivity and remanence.     

球壳轴对称弯曲问题共轭二阶挠度微分方程

提出球壳轴对称弯曲问题共轭二阶挠度微分方程并给出了初等函数解. 球壳微分方程是薄壳理论三大壳之一旋转壳的典型方程. 共轭二阶挠度微分方程是球 壳中微分方程形式最简单的, 是人们最喜爱的挠度微分方程. 挠度微分方程满足边 界条件非常简单, 使球壳的计算得到很大的简化.     

颗粒流研究评述

颗粒流可看作一种颗粒间直接作用占优势的特殊两相流,它涉及自然界和工程实际中的许多流动问题,例如泥石流、雪崩、滑坡及固体物料的管道输送等,现阶段在国际上对颗粒流的研究正形成一个热点,而在国内这方面的工作才刚刚开始,本文在广泛收集资料的基础上对颗粒流研究现状作了全面的评述,内容包括颗粒流动现彖、实验研究、基本理论、数值模拟,颗粒流研究中的主要问题及将来的发展方向.     

CHALLENGES FOR PROCESS INDUSTRIES IN RECYCLING

Increasing population and individual wealth have led to a higher demand for energy and raw material resources as well as for steady improvement of processing technology in view of efficient use of resources and avoiding emissions in production and recycling processes. Present situation and future trend of recycling processing are discussed by examples from the aluminium and steel industries, recycling of cars and post-consumer municipal recovery, The importance of more intense observance of thermodynamic laws and of a 4E strategy ＂Economy, Energy, Environment and Education＂ is outlined.