摩擦力的实验研究与设计

设计了3个研究摩擦力的实验,直观地演示了摩擦力的特点和性质.     

直观显示摩擦力实验的改进

对文献^[1]中用弹簧秤直观显示摩擦力的实验进行了改进，成功地解决了原实验在滑动摩擦力的测量过程中不易读数的问题。     

变压器油圆形冲击射流在较高Re数下恢复效应的实验研究

本文以变压器油为工质,系统地研究了圆形冲击射流在自由和浸没情况下的恢复效应。Re数范围为528～2590,喷嘴出口到壁面无量纲距离Z/D范围为2～20。得到自由和浸没冲击射流恢复系数的径向分布。发现随Re数的增加,在 Re＊处,恢复系数有一突降;在较高Re数下,恢复系数随Z/D的增大而减小;相同Re和Z/D时,自由射流的恢复系数大于浸没射流恢复系数。并对这些现象的形成机理进行了分析。     

摩擦力演示装置

为了辅助摩擦力的教学,自制了摩擦力演示装置,通过模拟电路与数字电路的转换可以直接显示出滑块与传送带间的摩擦力.该装置不仅可以探究静摩擦力和滑动摩擦力,而且还可直观地显示出物体间摩擦力的渐变过程.     

冲击压缩下聚四氟乙烯电阻率及冲击绝热线的实验研究

 实验测量了国产聚四氟乙烯（SFB-1）在15~40 GPa冲击压力范围内的电阻率及冲击压缩线。主要的实验结果是：电阻率是冲击压力的单调递减函数，其数值在2.45×10⁵~1.73×10³ Ω•cm之间变化；冲击压缩线可用D=1.571+1.961u-0.0537u²表示（D，u分别为冲击波速度及粒子速度，单位均为km/s）。与其他作者发表的数据相比，发现不同制造厂家生产的聚四氟乙烯材料的电阻常数数值有一定的差别，但其以D-u关系表示的冲击压缩线没有出现可以察觉的变化。     

冲击载荷下混凝土本构模型构建研究

 在对混凝土动态力学性能和现有本构模型综合分析的基础上,构建了一个新的适用于冲击响应问题数值分析的混凝土本构模型。该本构模型全面考虑了压力、应力第三不变量、变形的硬化和软化、应变率强化以及拉伸损伤等各个影响因素。将其加入LTZ-2D程序,确定了本构模型参数,对混凝土靶板的穿透问题进行了数值验证分析。计算得到的弹体剩余速度同实验结果基本一致,同时得到了混凝土靶板破裂的计算图像。计算结果及其分析表明,所构建的本构模型能够较好地反映冲击载荷作用下混凝土动态响应的主要特性。     

"摩擦力"演示实验的改进及应用

在现行高中物理课本第一册第一章第四节"摩擦力"中,用到了如图1所示的实验装置.但是由于受器材本身的限制,实验往往达不到预期的效果,因而笔者在教学中对该实验装置进行了改进,并进一步扩大了其应用范围.     

冲击下花岗岩界面动态摩擦特性实验研究

 为研究岩石界面动态摩擦性能,对房山花岗岩进行了冲击速度42.2~130.6 m/s、倾斜角为20°和30°的横剖试样斜撞击实验。倾斜角为20°的为对比实验,研究不发生滑动时的界面性能;在倾斜角为30°的实验中,靶和飞片撞击界面发生相对滑动,用于研究发生界面滑动时的动态摩擦性能。基于此,研究了正应力在317~685 MPa、界面相对滑移速度在2.76~24.88 m/s时花岗岩界面滑动态摩擦状态。其结果可以初步揭示地震过程板块动态摩擦过程摩擦强度急剧降低的现象。     

The numerical method for three-dimensional impact with friction of multi-rigid-body system

The differential equations for planar impacts reduce to an algebraic form, and can be easily solved. For three dimensional impacts with friction, there is no closed-form solution, and numerical integration is required due to the swerve behavior of tangential impulse during collisions. The dynamic governing equations in the impact process are built up in impulse space based on the Lagrangian equation in this paper. The coefficient of restitution defined by Poisson is used as the condition of impact termination. A valid numerical method for solving three-dimensional frictional impact of multi-rigid body system is established. The singular cases of tangential movement in sticking point are especially noticed and analyzed. Several examples are present to reveal the different kinds of tangential movement modes varied with the normal impulse during collision.     

Fracture characteristics of concrete subjected to impact loading

This paper takes concrete as a four-phase composite made of the intact matrix and three mutually perpendicular groups of penny-shaped micro-cracks. The intact matrix is assumed to be elastic,homogeneous and isotropic,and the micro-cracks are penny-shaped. Combined with the failure mechanism of concrete subjected to impact loading,a dynamic constitutive model for concrete is developed based on Mori-Tanaka's average stress concept and Eshelby's equivalent inclusion theory. Experimental results show that concr...     

器壁滑动摩擦力对受振颗粒体系中冲击力倍周期分岔过程的影响

颗粒物质由离散的固体颗粒组成, 受到周期性振动时可以表现出复杂的动力学行为. 这些行为往往受众多因素的影响, 如空气阻力和器壁摩擦力等. 针对受振颗粒体系中冲击力的倍周期分岔现象, 通过抽真空或将容器底镂空消除空气阻力, 单独研究器壁滑动摩擦力的影响. 结果表明在仅有器壁摩擦力作用的情况下, 倍周期分岔过程仅受约化振动加速度的控制, 与颗粒的尺寸、颗粒层数及振动频率无关. 将器壁摩擦力处理成一个大小恒定、方向与颗粒和器壁相对速度反向的阻力, 并包含到完全非弹性蹦球模型中, 能够对所观察到的现象给出很好的解释. 通过对倍周期分岔点测量平均值的拟合, 得到器壁滑动摩擦力的大小约为颗粒总重量的10%. 关键词： 颗粒物质 器壁摩擦力 倍周期分岔 冲击力     

载荷对壁虎刚毛束的摩擦各向异性特性影响的实验研究

用离体壁虎刚毛阵列在自制微黏附摩擦测试台上对预加载荷对刚毛摩擦与黏着的各向异性特性的影响进行了实验研究.实验结果表明,在逆壁虎刚毛自然弯曲方向卷出实现脱附时, 刚毛所受摩擦力与法向力成正比,摩擦系数为0.6;沿顺刚毛自然弯曲方向卷入实现黏附时, 随预载荷增加摩擦力增加,法向力由黏附力变为斥力.在同等预载荷下,卷入方向的摩擦力是卷出方向的2倍以上. 本文提出了摩擦各向异性特征参数,对壁虎刚毛的黏着与摩擦各向异性进行了定量表征, 这种特性是由刚毛的弯曲及多等级结构决定的. 关键词： 壁虎刚毛 黏着 摩擦 各向异性     

孪晶对Be材料冲击加-卸载动力学影响的数值模拟研究

在高压、高应变率加载条件下,孪晶变形对材料的塑性变形具有重要的贡献,而目前孪晶对金属材料的动态屈服强度、冲击响应等的影响还没有被充分揭示.为此,本文考虑孪晶变形和晶粒碎化,针对铍(Be)材料在高应变率加载下的动态力学响应发展了含孪晶的热弹-黏塑性晶体塑性模型.经过和实验结果的对比,发现该模型可以更准确地预测Be材料在动态加载下,尤其是高压动态加载下的屈服强度.进一步,基于该塑性模型研究了Be材料在冲击加载下的准弹性卸载行为,结果表明剪切波速随着压力和剪应变的变化而发生变化是材料产生准弹性卸载现象的主要原因.此外,研究了冲击波卸载过程中Be材料孪晶的演化过程,发现Be材料卸载过程中也伴随着孪晶的产生.     

密度梯度薄板超高速撞击特性的实验研究

以二级轻气炮作为加载手段,在撞击速度范围为4.0—7.0 km/s内获得了Ti6Al4V/Ly12 Al/聚酰胺纤维密度梯度薄板的穿孔特性、验证板损伤特性和弹道极限特性.与Ly12 Al薄板的相应实验结果的对比显示,在相同撞击速度下,该密度梯度薄板的穿孔直径更大,且随撞击速度的增大而增加;其验证板上的撞击坑尺寸小,且随撞击速度的增大而减小;其弹道极限比Ly12 Al薄板的弹道极限高50%以上.分析认为,超高速撞击下Ti6Al4V/Ly12 Al/聚酰胺纤维密度梯度薄板中高阻抗的Ti6Al4V产生的峰值冲击压力比Ly12 Al薄板的峰值冲击压力高,这增强了对弹丸的破碎能力;而其中的聚酰胺纤维层延长了冲击波在薄板中的传播时间,增大了冲击波的耗散,使撞击过程中转化的不可逆功增多,从而消耗了弹丸更多的动能.使用这种密度梯度材料作为防护屏具有很好的抗撞击能力,在航天器空间碎片防护工程应用中具有很大的潜力.     

滑动摩擦力作用下弹簧振子的振动

对在粗糙水平面上作振动的弹簧振子进行研究,探讨该弹簧振子最后停止的位置,估算了弹簧振子的振动总次数,得出弹簧振子的相轨迹.     

Transport properties under the influence of finite friction

Using the Langevin Monte Carlo method,the influence of friction on the directed motion of a Brownian particle driven by an external noise source is investigated.The results show that the exitence and change of the environment friction influence the establishment and development of the steady motion of a Brownian particle derived by nonequilibrium fluctuation.The most probable correlation time,which corresponds to the maximum current,is inversely proportional to the friction coefficient.The abnormal transition of the current with different friction appears because of the coupling between the effective ratchet potential and coloured noise intensity.     

轴向冲击载荷作用下双壁碳纳米管的动力屈曲

应用改进的有限元方法,建立考虑层间范德华力作用的壳-弹簧非线性有限元模型,基于B-R运动准则,系统地研究了双壁碳纳米管的动力屈曲问题,得到了轴向冲击载荷作用下双壁碳纳米管的临界动力屈曲载荷和临界动力失效载荷. 研究结果表明,在动力屈曲过程中,双壁碳纳米管层间距的变化非常小,各管的变形相互协调;碳纳米管中应力波的传播导致碳纳米管出现非对称屈曲模态,可明显观测到四个环向波瓣,沿着碳纳米管的轴线方向,四个波瓣的波峰和波谷交替变化. 对碳纳米管动力屈曲问题的研究表明,冲击载荷的大小和持续时间对碳纳米管的动力屈曲有 关键词： 碳纳米管 动力屈曲 冲击载荷