利用智能手机研究气垫导轨上的阻尼振动

在气垫导轨上探究弹簧振子的阻尼振动实验中, 一般采用半衰期法来测量黏性阻尼常量. 而半衰期通 常是依靠肉眼判断半衰点并利用手动控制电子秒表来测量的, 这种方法不仅误差大而且不易操作. 利用智能手机 传感器和S P ARK v u e软件, 通过绘制弹簧振子的“ 加速度 时间”图像来测量黏性阻尼常量, 既提高了实验精度也增 强了实验的可操作性     

双光栅在不同夹角下测量杨氏模量的实验研究

根据莫尔条纹的位移放大原理,利用在光栅栅距恒定时栅线夹角与莫尔条纹的宽度在小角度情况下成反比的关系,对钢丝杨氏弹性模量进行测量.通过对测量数据及计算结果的分析,得出结论:莫尔条纹的宽度随夹角增大而减小;测量误差随着光栅夹角增加而增大,但小于5%.并将实验值与理论值相比较,确定莫尔条纹法测量杨氏模量的可行性.     

弹性箍弹起最大高度的研究

从理论和实验两方面探究了一种常见的弹性体——"弹性箍"被压缩在硬质表面上瞬时释放后的弹起高度与相关参量的关系.实验表明,对于用同一种材料制成的弹性箍,在一定范围内,弹起高度随箍半径的增大而减小,随箍厚度的增大而增大,随被压缩量的增大而增大,与实验环境中的空气阻力系数有关,而与箍的宽度无关;实验还表明不同的硬质底面对弹性箍弹起的高度几乎没有影响.理论与实验的对比分析表明,"弹性箍"弹跳中最核心的物理本质是弹性势能向动能的转化.实验结果与理论分析吻合很好.实验的巧妙设计还提供了一种探究此类弹性体的方法.     

超宽谱电磁脉冲孔缝耦合实验研究

建立了一种研究超宽谱电磁脉冲孔缝耦合特性的实验方法和实验装置,并对不同辐照脉宽、不同口径和不同深度的圆孔的耦合场进行了测量,该方法在一定的时间窗口内避开了反射场和散射场对耦合场的影响。实验结果表明:相同入射场幅值条件下,耦合场的幅值随着脉冲宽度和孔深的增加而减小,随着孔径的增大而增大。     

中心对称双光子光折变低振幅灰孤子时间特性

为了得到中心对称双光子光折变晶体中低振幅灰空间孤子时间特性的结果,基于中心对称光折变晶体中双光子光折变效应的理论模型,推导出了含时间参量的空间电荷场和光波动态演化方程.采用数值方法,得到了低振幅灰孤子强度包络和强度半峰全宽的时间演化特性.结果表明:初始阶段形成宽度较宽的孤子,其宽度随时间单调递减到一个最小值直至稳态孤子的形成;在相同的演化时间内,孤子半峰全宽随着孤子峰值强度与暗辐射比值的增大而变小.研究了不同时间下低振幅灰孤子动态演化特性.     

参考光干涉提取复振幅的散斑统计函数的实验研究

由散斑场和参考光的干涉图样提取散斑场复振幅、相位和强度的数值分布,并对其统计特性进行实验研究,消除了散斑场强度统计函数特别是概率密度函数的传统测量方法中噪声引起的偏差,并实现了散斑场复振幅和相位统计特性的实验研究.通过对不同散射角处散斑场的研究发现随着散射角度的增大散斑颗粒逐渐呈现出横向展宽的现象,且其平均宽度表现为各向异性,但是其概率密度函数并没有发生变化,与小角度情况一样属于圆形高斯散斑场. 关键词： 散斑 概率密度 干涉     

基于多光束干涉的长程轮廓仪

为提高长程轮廓仪(LTP)面型检测的精度,提出一种使用波面型等光程多光束分束器的LTP。该分束结构可将入射光束分成若干束等光强等光程的相干光。在理论上分析计算了傅里叶变换(FT)透镜焦平面上干涉条纹的位置和强度分布,探究了零级干涉主极大条纹宽度、振幅和±1级干涉主极大条纹振幅与多光束分束器各结构参数之间的关系。通过选取合适的参数设计了基于多光束干涉原理的新型分束器,并与传统分束器进行了仿真实验比较,设计了测量系统中的准直镜和FT透镜,在Zemax软件中建立了完整的光学系统模型,并对该模型进行了实验验证。结果表明多光束干涉长程轮廓仪可以实现对被测表面斜率的测量,其在探测面上的干涉条纹宽度比传统双光束干涉窄,光强也更加集中,可以提高LTP的测量精度。     

摩擦振子行为的建模与探究

一般认为滑动摩擦力正比于接触面之间的正压力，而摩擦系数只和接触面材料有关，与摩擦副之间的相对运动速度大小无关。在对IYPT2020第13课题“摩擦振子”的研究中，我们搭建了适用的实验设备，得到摩擦振子振幅先随时间增大，然后受摩擦轮转速限制而稳定在一定值的实验结果。由理论分析可知，振幅随时间增大的现象是摩擦系数随摩擦副之间的相对速度增大而减小决定的。摩擦系数随速度变化的定量测量证明了这一依赖关系。     

巧用光电门改进阻尼振动实验

在气垫导轨上阻尼振动研究的实验中,采用两个光电门分别测量阻尼振动的谐振子振动周期和半衰期,进而求出振动系统的粘滞性阻尼常量。该方法克服了传统实验中采用电子秒表测量谐振子做阻尼振动的半衰期时,因需要人眼观察和手动操作而导致测量误差大的问题,实现了对气垫导轨的粘滞性阻尼常量较为精确的测量。     

泡沫铝的低频内耗特征研究

采用粉末冶金发泡法制备的泡沫铝试样，研究了室温下低频范围（0.04—4Hz）泡沫铝的内耗与孔结构（孔隙率和孔径）、频率、振幅之间的关系．结果表明泡沫铝的内耗具有以下特征：孔径一定时，内耗随孔隙率的增加而增大；孔隙率一定时，内耗随孔径的减小而增大；在测量频率范围内，内耗与频率近似无关；小应变振幅时内耗随振幅的增大而增大，具有正常振幅效应．提出了泡沫铝的内耗产生机制，根据等效夹杂方法和钉扎位错内耗特点进行了理论分析，较理想地解释了实验结果 关键词：     

自由空间内悬挂气泡破碎时的声学特性*

气泡破碎是自然界和工、农业生产中常见的现象。气泡在破碎过程中因气流流动而产生强烈的扰动,导致破碎时产生强烈的气动声学。该文采用实验和理论相结合的方式对自由空间内悬挂气泡破碎时的声学特性进行了研究。研究发现：随着液体表面张力系数的增加,声发射的特征振幅逐渐增大;随着气泡半径的增加,声发射的特征振幅逐渐增大。理论计算结果与实验结果基本吻合。     

镁合金的阻尼性能研究

本文对铸态纯镁及Mg-Zr合金的阻尼性能随Zr含量、频率、应变振幅和温度的变化进行了研究.结果表明,Zr含量对阻尼性能有较大影响.纯镁及Mg-Zr合金的内耗Q-1随着频率(3×10-3～5 Hz)的增加而下降,随着应变振幅的增加而增大,随着温度的升高而增大并出现内耗峰.     

硅油基底上受限金属薄膜自组装褶皱的原子力显微镜研究

利用喷雾装置在清洁载玻片上喷洒出各种尺寸(微米到毫米量级)的硅油滴,采用直流磁控溅射方法在硅油滴上沉积金属铬薄膜,研究了薄膜中由热应力引起的自组装褶皱.实验发现硅油滴上的铬薄膜受到油滴边缘的约束而具有受限的边界条件,其对褶皱的形貌具有很好的调控作用:褶皱呈垂直于边界的辐射状条纹;越靠近约束边界,褶皱的波长和振幅越小.褶皱的形貌特征还与薄膜厚度和硅油滴尺寸密切相关.随着膜厚的增加,褶皱在约束边界处首先形成,并逐渐扩展到油滴中心区域;相同尺寸油滴中心处的褶皱波长基本不变,而振幅随膜厚先增大随后减小.薄膜厚度相同时,随着油滴尺寸的增加,褶皱的波长和振幅都相应增加.进一步的研究表明:在沉积过程中,高能粒子的轰击和溅射源的热辐射导致硅油表面层的结构发生改变而形成聚合物层,在此基础上对褶皱的形貌特征和振幅演化给出合理的解释.     

不同宽度和角度下木材表面火蔓延特性的实验研究

选取宽2～11 cm、厚3 mm的樟木、杉木和白木试样进行了一系列实验,测量了火蔓延速度、火焰高度、火焰温度和试样表面温度。结果表明,火焰高度随试样宽度增加而增大,并在宽度增加至某个值后不再增大;同宽度下,密度大的试样火焰高度大。放置角度为负时,不同密度试样的火蔓延速度差较小,角度为正时,火蔓延速度随角度增加而增大,且不同密度试样的火蔓延速度差变大.     

Cr4+:YAG被动调Q激光器输出特性

采用理论与实验相结合的方法研究了激光二极管阵列泵浦的Cr4+:YAG被动调Q Nd:YAG激光器的输出特性.重点分析了调Q晶体小信号透过率和反射镜的反射率对激光器的输出能量、脉冲宽度的影响.对数值模拟结果进行了实验验证,数值计算与实验结果基本一致.研究结果表明,在特定的激光晶体参数下,Cr4+:YAG被动调Q激光器的输出能量与脉冲宽度由调Q晶体的小信号透过率和输出镜的反射率决定:输出能量随着小信号透过率增加而减小,对应于一个调Q晶体透过率,有一个最佳反射率使输出能量最大;脉冲宽度随着初始透过率与反射率的增大而增大.     

炸药爆炸作用下液体破碎后颗粒尺寸分布的研究

 对液体抛撒的液滴尺寸进行研究在军事和民用上是很重要的,国内刚开始使用激光散射仪开展此项研究工作。利用R. A. Dobbins等人的液体颗粒测量技术,研制了一套既简单又实用的测量液体抛撒过程中液滴尺寸的实验装置——激光散射仪。对于激光与液体微粒的相互作用,当微粒的反射与折射和吸收效应可被忽略时,可导出液体微粒对激光散射的光强公式。只要测量激光被微粒散射的光强,就可推算出微粒的Sauter平均直径。在使用激光散射仪测量液体抛撒液滴尺寸的实验中,用水代替爆炸抛撒液体,测量结果表明：液体抛撒二次破碎中,在固定位置测量到的云雾区液滴Sauter平均直径随测量时间的增加呈现出减小的趋势;而云雾区的宽度则随着与抛撒中心距离的增大而呈现出增加的趋势;云雾区前沿的液滴Sauter平均直径随着与抛撒中心距离的增加而呈现出先逐渐增大然后迅速减小的趋势。为便于比较,对燃料抛撒二次破碎进行了回收法测量和数值模拟计算,其测量与计算结果与用激光散射仪测量的结果有较好的一致性。     

连续渐变周期的一维光子带隙结构全能反射器

采用转移矩阵法设计了一种具有连续渐变周期的一维光子带隙结构全能反射器,它在一般材料选取情况下(如TiO2/SiO2),在可见光区能达到几十甚至几百纳米量级的带隙宽度全向反射.研究表明,其带隙宽度随着周期数和渐变周期的大小改变而改变.当周期数不断增大时,带隙宽度不断增大;当渐变周期的大小在一定范围内不断增大时,带隙宽度同样不断增大.这主要是光波在各层之间的传播随着周期和渐变周期的大小不断增大而产生的相干散射和干涉效应不断增强所导致的.     

基于光切法的曲面划痕深度测量技术

提出了一种基于光切法的曲面划痕测量方法,相对传统光切法,能有效地提高划痕测量的精度.对传统光切法测量存在的不足进行分析,对曲面上划痕的测量误差进行分析建模及仿真.结果表明,传统光切法对曲面上划痕的测量误差会随着曲率半径和划痕宽度的变化而变化.实验选取不同曲率半径的精密零部件,对其表面的划痕进行测量.发现当曲率半径越小,划痕宽度越大,传统光切法对划痕深度测量的误差越大,而用本文所提方法测量的结果精度越高,当曲率半径小于10mm,划痕宽度大于283μm时,利用该方法能减小超过1μm的测量误差.     

剪切振动下湿颗粒的力学谱

在恒温25 ℃剪切振动条件下,测量不同水分含量的NaCl湿颗粒体系的力学谱（能量耗散tanφ和剪切模量G）.研究发现,随着剪切振幅增大,NaCl湿颗粒体系的剪切模量G和能量耗散tanφ都表现出类似于干颗粒体系的阻塞（Jamming）转变行为.随着体系中水含量的增大,湿颗粒体系的剪切模量G和能量耗散tanφ在质量分数约等于11%的临界水浓度下均出现一个峰值,且峰位与应变振幅无关,表明此时颗粒之间主要的作用力发生了变化.     

兰姆波在搭接焊缝上的反射和透射

采用数值模拟方法和实验研究了兰姆波在搭接焊缝上的反射和透射。数值模拟了频率500 kHz的兰姆波S0与.A0模态,分别在2 mm厚不锈钢板上的不同宽度搭接焊缝模型上的反射和透射,并计算了相应的反射系数和透射系数。发现:当搭接焊缝宽度小于4 mm时,S0模态的反射系数和焊缝宽度具有近似的线性关系,而焊缝余高和两板之间的间隙对S0模态反射系数的影响很小。基于兰姆波S0模态反射系数与焊缝宽度的线性关系。提出了通过测量S0模态反射系数快速测量搭接焊缝宽度的方法。实验测得的2 mm厚不锈钢板上不同宽度搭接焊缝对500 kHz的入射兰姆波S0模态的反射系数,验证了上述线性关系,说明了可用兰姆波反射回波测量搭接焊缝宽度。