以系列三维立体投影实验为例谈大学物理实验中的创新型人才培养

创新能力是本世纪的核心竞争力,其关键是创新型人才的培养,这为理工类高校的实验教学提出了新的挑战.目前高校中的以学生为主体,教师为主导的大学生创新实验项目的实施是解决此挑战的有效途径之一.以笔者承担的系列三维立体投影物理实验的大学生创新实验项目为例,探讨了大学物理实验中的创新型人才培养模式.通过循序渐进的实验过程,引导学生自主搭建实验装置和编写控制程序,有效培养了学生的创新和实践能力,为高校实验教学改革提供了参考.     

杨氏双缝干涉实验的光谱变化

从理论和实验上研究了当部分相干光照射在双缝上时,杨氏双缝干涉实验干涉场中的光谱变化.指出干涉场中的归一化光谱在某些空间点处出现了蓝移,在另外一些空间点处出现了红移,而在这些空间点的中间,光谱分裂为等值的两条,出现了光谱开关现象.发现当观察点从轴上向轴外移动的过程中,在很多空间观察点处都出现了光谱开关现象.此外,研究结果还表明光谱相干度将对光谱的移动和光谱开关现象产生重要的影响.     

一种悬臂梁模态测试方法1)

基于欧拉-伯努利梁理论得到悬臂梁自由振动的振型函数。通过数值计算得出实验用的悬臂梁前五阶振型的节点位置及其与梁长的比值。考虑传感器对悬臂梁固有频率的影响,建立梁-传感器模型进行仿真分析并得出悬臂梁前五阶固有频率。基于节点位置和测点位置,在实验中选择激励点。将具体实验的结果与梁-传感器仿真模型结果进行对比,通过前五阶固有频率的误差分析,发现仿真分析结果与实验结果误差最高为 1.3%。研究完整地叙述了悬臂梁的模态测试流程,可为工程技术人员的模态测试起一定的指导作用。     

冰孔约束条件下的弹丸倾斜入水实验研究

基于高速摄影技术,开展了冰孔约束条件下的弹丸倾斜入水实验;通过对比分析无冰环境与冰孔约束条件下的弹丸入水运动过程,并将入水运动过程分为空泡扩张、空泡闭合以及空泡溃灭三个阶段进行了研究,得到了冰孔约束条件下弹丸入水的空泡演化特性;通过对比同一直径冰孔约束条件不同入水初速下弹丸的空泡演化过程及速度变化规律,总结得出了入水初速对于冰孔约束条件下弹丸空泡演化特性以及入水运动特性的影响规律。研究结果表明：空泡扩张阶段,冰孔约束条件下产生的喷溅较为分散,弹丸背水面产生部分隆起;此外,冰孔约束条件下的空泡扩张受到阻碍,空泡最大直径减小。空泡闭合阶段,冰孔约束条件下的空泡闭合时间提前,并且撞击冰板的反射流冲击空泡侧壁使空泡发生局部冲击溃灭。空泡溃灭阶段,冰孔约束条件下的溃灭尾迹由局部冲击溃灭、脱落溃灭和正常溃灭组成;空泡溃灭产生的尾迹旋涡较小。随着入水初速的提高,空泡的长度和最大直径明显增大,局部冲击溃灭的宽度增加;冰孔约束条件会使得弹丸在空泡扩张阶段的速度衰减幅度增大,空泡的闭合时间提前,开始溃灭的时刻延后。

     

循环冲击载荷作用下页岩动力学响应及能量耗散特征

采用$\varnothing $50 mm分离式霍普金森杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)实验系统开展页岩循环冲击实验,研究不同循环冲击载荷作用下页岩动力学响应及损伤演化特征,同时揭示了控制入射总能量不变条件下,不同气压梯度循环冲击页岩能量演化规律。随着冲击气压升高,试样破裂所需的冲击次数呈线性减少,峰值应力随循环冲击次数的增加先升高后降低,极限应变先减小后增大,试样在循环冲击下表现出先压密后损伤的力学机制。基于Weibull分布的统计损伤模型表明,升高循环冲击气压,试样损伤破坏形式由缓慢劣化逐渐转变为骤然破坏。入射总能量恒定的情况下,通过控制循环入射能量梯度能够产生不同的损伤效果,降压冲击和升压冲击下的能量吸收比均大于恒压冲击下的,且气压梯度的绝对值与能量吸收比呈现正相关性。

     

运输类飞机机身大开口结构加强方式理论研究

为了对运输类飞机机身大开口结构进行加强,满足刚度连续变形协调的设计要求,本文对机身大开口结构和完整机身结构的刚度进行了深入研究,首先简化了计算模型,对刚度进行了计算,提出了刚度比的定义,得出刚度比与大开口角度、机身半径、蒙皮厚度以及边梁面积之间的关系表达式,得到运输类飞机机身大开口结构加强的原则和方法,在型号上成功得到了应用,用于指导初期的结构设计.     

次临界能源堆物理设计进展

聚变-裂变混合能源堆包括聚变中子源和次临界能源堆,主要目标是生产电能。回顾了国内外混合堆的发展历史,给出混合能源堆设计的边界条件和约束条件,说明次临界能源堆以铀锆合金为燃料、水为冷却剂的设计思想。利用输运燃耗耦合程序 MCORGS 计算了混合能源的燃耗,给出了中子有效增殖因数、能量放大倍数和氚增殖比等物理量随时间的变化。通过分析能谱和重要核素随燃耗时间的变化,说明混合能源堆与核燃料增殖、核废料嬗变混合堆的不同特点。论述了混合堆的热工设计并进行了安全分析。对于燃耗数值模拟程序,通过多家对算,保证其计算结果的可信性。针对次临界能源堆的特点,利用贫铀球壳建立了贫铀聚乙烯装置和贫铀LiH装置,并且专门设计加工了天然铀装置,开展铀裂变率、造钚率、产氚率等中子学积分实验,验证了数值模拟的可靠性。     

低约束试件断裂韧性测试方法研究进展 1)

低约束试件断裂韧性测试对油气管道安全运营具有重要意义。本文回顾了低约束试件断裂韧性测试方法及发展过程,介绍了裂纹尖端张开位 移(crack tip opening displacement, CTOD)和J积分等常用断裂韧性表征参数,并对断裂韧性测试中应力强度因子、J积分塑性因子、J积分与CTOD转换因子、裂纹尺寸测量方法、数 字图像相关方法等关键问题进行对比分析,总结需要深入研究的问题,为低约束试件断裂韧性测试发展提供一定依据。     

不同启动加速度下离心泵瞬态水力性能的试验研究

为了研究离心泵在不同加速度下的启动特性,对一台小型离心泵进行启动试验研究.介绍了试验装置、数据测试方法以及不同加速度的调节方法.在测试模型泵的稳态性能和基本瞬态性能基础上,测试和分析了不同启动加速度对瞬态性能的影响.结果显示,启动过程中,在转速到达最大值附近,瞬态扬程明显小于准稳态预测值,且不同加速度下两者的偏离明显不同;并且在各加速度条件下,瞬态工况到达泵的最佳效率工况点后瞬态性能得到提高.     

多条形电极束流能散度探测器的张角优化

 采用Surperfish对北京正负电子对撞机的多条形电极束流能散度探测器进行了电磁场模拟计算。在带模拟束流的情况下,计算分析了探测器对束流位置和能散度的分辨能力与电极张角之间的关系,首次计算了条形电极间的电容耦合综合强度。电极张角优化结果表明：在不考虑噪声水平的情况下,电极张角为20°时,探测器的灵敏度和分辨率达到最优。而当噪声影响很大时,可以适当增加电极张角,同时考虑减小噪声的措施。