豆荚弹射传播种子中的力学Ⅲ:趣味实验

介绍模拟豆荚变形的两个材料力学扩展型趣味实验.一个实验将两张纸纹路互垂叠放并粘合,沿不同角度裁成条浸入水中,观察由两层纸各向异性膨胀所引起的螺旋变形.另一个实验将两橡胶薄条沿互垂方向拉伸粘合,按同样方式裁成条,观察卸去外力后由两层橡胶各向异性收缩所产生的螺旋变形,测量螺旋参数,研究条所具有的魔术般变形性质.     

癸基硫酸钠和癸烷磺酸钠与阳离子聚电解质相互作用的差别

 通过表面张力及荧光探针方法, 研究了癸基硫酸钠和癸烷磺酸钠与阳离子聚电解质聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)的相互作用. 结果表明, 虽然单一癸基硫酸钠和癸烷磺酸钠性质非常相似, 但它们与PDMDAAC的相互作用有明显差别, 癸基硫酸盐与PDMDAAC的相互作用明显强于癸烷磺酸盐. 通过量子化学计算结果对本文实验观测结果进行了解释.     

豆荚弹射传播种子中的力学III：趣味实验

介绍模拟豆荚变形的两个材料力学扩展型趣味实验．一个实验将两张纸纹路互垂叠放并粘合,沿不同角度裁成条浸入水中,观察由两层纸各向异性膨胀所引起的螺旋变形．另一个实验将两橡胶薄条沿互垂方向拉伸粘合,按同样方式裁成条,观察卸去外力后由两层橡胶各向异性收缩所产生的螺旋变形,测量螺旋参数,研究条所具有的魔术般变形性质．     

太极图的力学美

 证明任意平面图形有两个"惯性矩旋心", 它们位于惯性矩较大的主形心轴上, 与形心等距, 特殊情况下与形心重合. 以惯性矩旋心为原点的坐标轴旋转时, 图形的惯性矩守恒. 太极图阴阳两图形的"惯性矩旋心" 都是一静一动, 两图静旋心位于太极中心, 两图动旋心在阴阳转化时作中心对称运动. 从力学视角, 静旋心的安详守恒之美与动旋心的变化律动之美相反相成, 赋予太极图"漏宇宙万物演化之玄机"的神秘美.     

平行微裂纹削弱的弹性体的各向异性有效性能与双周期裂纹模型

平行微裂纹损伤模型被用于构建各向异性损伤理论.当施加在代表性体积单元上的边界条件满足Hill条件时,基于平均场理论论证了由平行穿透裂纹损伤的弹性体仅有6个独立有效弹性常数.除了原各向同性基体的2个弹性常数外,与损伤相关的另外4个常数中,3个描述有效弹性常数的折减,1个描述损伤导致的拉剪耦合效应.结合单胞模型和有限元方法分析了双周期阵列平行裂纹问题,数值结果显示:裂纹呈一般双周期阵列时,拉剪耦合参数相比其它模量小很多;当裂纹密度一定时,改变裂纹的排列形式,面内剪切模量和面外剪切模量的折减呈现出不同的规律.     

岩石钻孔爆破粉碎区计算模型的改进

为了研究炮孔周围岩石的破坏机理,准确预测粉碎区的范围,提出了一种计算钻孔爆破粉碎区范围的改进模型。该四分区模型考虑了破裂区内侧的环向压应力和炮孔空腔膨胀的影响,假定粉碎区为丧失了内聚力但仍具有内摩擦力的散体介质。采用弹塑性力学理论推导了柱状装药起爆条件下的岩石钻孔爆破粉碎区半径公式。计算结果表明,岩石钻孔爆破粉碎区范围通常为1.2~5.0倍炮孔半径,不同种类岩石的粉碎区范围差别很大。与其他计算模型相比,本模型的计算结果与实验数据更吻合。     

爆破地震波中S波识别方法及其应用

S波震相初至时刻的精确识别是岩石动力学参数反演的关键环节。其拾取的精度和速度直接影响到岩石动力学参数反演的精度和效率。对S波的识别研究大多都集中在地震领域,现有方法难以有效的识别工程尺度下的爆破地震波S波的到时。本文中拟提出一种适用于工程尺度下S波的识别方法。该方法不对振动信号进行滤波处理,采用短时平均过零率、偏转角、偏振度和横向能量与总能量比值等4个识别参数对S波进行识别。结合丰宁抽水蓄能电站地质勘探洞爆破实验实测数据识别效果与数值模拟结果表明:该方法在工程尺度下的识别误差小于3%。该算法能较好地适用于工程尺度下S波初至时刻进行识别。     

结构爆破振动响应的频率与持续时间依赖性分析

明确结构爆破振动响应对频率与持续时间的依赖性有助于进行爆破参数设计和爆破振动安全评价。本文从频域上推导单段爆破振动、多段爆破振动、单自由度系统振动响应三者之间的关系,以延迟时间和爆破段数作为纽带分析爆破振动频率和持续时间对结构爆破振动响应的影响,最后以一组实测试验数据进行验证。结果表明,在延迟时间△τ下,多段爆破振动出现间隔1/△τ的频带现象,频率成分向优势频率f_i=n/△τ集中(n∈Z^+),且随段数增加,优势频率幅值增大。爆破振动中接近结构自振频率f_n的优势频率成分使结构产生较大振动响应,为此延迟时间的选择应保证在n/△τ优势频率处不会引起结构的共振。多段爆破振动在其多个优势频率n/△τ附近的结构振动响应放大系数均比单段大,其余处与单段相差不大,特别的,当优势频率f_i、单段爆破振动主频f_m和结构物自振频率f_n三者相近时,结构可能产生最大的响应。爆破段数的增加,使爆破振动持续时间增加,但仅在一定范围内使结构爆破振动响应增加,增加到一定值后,结构响应与持续时间关系不大。     

磁子学中的拓扑物态与量子效应

近年来,随着物联网、云计算、大数据以及人工智能等新兴技术的快速发展,人们对计算能力的要求越来越高.传统半导体器件在小型化、节能和散热等方面面临着巨大的挑战,因此亟需寻找一种全新的信息载体代替电子进行信息传输与处理.自旋波是磁矩进动的集体激发,其量子化的准粒子称为磁子.磁子的传播不依赖于传导电子的运动,因此不会产生焦耳热,能够克服日益显著的器件发热问题,因此磁子器件在低功耗信息存储与计算领域具有重要的应用前景.本文介绍磁子学近年来的一些重要研究进展,主要包括自旋波的手性传播,自旋波与磁孤子非线性散射导致的磁子频率梳,磁孤子的拓扑边界态和高阶角态,以及磁子量子态、基于磁子的混合量子体系和腔磁子学.最后,对磁子学的未来发展趋势及其前景进行分析与展望.