简谐激励下的双稳态振动能量收集器动力学分析

振动能量收集技术解决了移动电子系统对于电池的依赖。本文设计了一种基于水平摆的双稳态振动能量收集器,建立了其力学模型和动力学方程,借助雅可比矩阵获得了其稳定性条件,使用数值仿真的方法研究了系统响应特性随谐波激励频率与幅值的变化规律。研究发现:双稳态系统在低激励频率下较小的激励幅值也能产生大幅运动;而当频率越高,产生大幅运动所需要的激励幅值也越高;并且当激励频率确定时随着激励幅值的进一步增大,大幅运动的频带变宽。为双稳态振动能量收集器的研究提供理论基础。     

刚性杆-弹簧摆模型复杂动力学特性的数值仿真

建立一种刚性杆-弹簧摆刚柔耦合强非线性动力学系统模型,给出了无量纲的动力学微分方程．该模型同时存在小幅度快速振荡和大范围慢速摆动的快、慢双时间尺度变量．针对工程中此类系统数值求解容易产生的刚性问题,采用一种三次Hermite插值精细积分法进行数值计算．将频率比、摆长比和初始摆角作为控制参数,研究刚性杆-弹簧摆刚柔耦合系统快、慢变量的复杂动力学行为．通过数值仿真分析,发现系统在不同的控制参数组合下呈现出混沌运动状态,并给出了与系统运动状态相关的控制参数范围,为复杂的刚柔耦合多体系统的设计与数值分析提供了参考．     

弹簧摆运动的研究

由初值用差分递推方法模拟弹簧摆的运动,把小球的运动分为横向和径向两个方向,经过研究得出:初始摆角的增大会影响径向的周期运动规律,而劲度系数的变化会影响横向的周期运动规律,大的劲度系数也会对径向周期振动的幅度造成起伏,选择小的摆角和合适的劲度系数可以近似地使小球在横向和径向两个方向上都作周期性运动,且两个方向上运动的耦合影响都很小.     

刚体转动惯量测量实验仪的改进

对F D I M I I型新型刚体转动惯量测量仪进行了改进, 从仪器的摆角控制、 周期自动测量两个方面进 行改进, 用改进后的仪器对圆盘和圆环的转动惯量进行测量, 从实验数据分析发现, 圆盘和圆环的理论值和实验值 的百分误差小于5%, 可以有效地减小实验误差     

基于光机集成仿真技术的摆镜特性分析

为考察相关跟踪系统摆镜在静力和动力载荷工况下面形参数是否满足工程需求,基于光机集成仿真技术对相关跟踪摆镜特性进行了分析,得到了在静力和时间历程载荷所对应的三种工况下的面形变化分布和面形表征参数,并对仿真结果的数据可靠性进行了数值角度验证。结果表明,光机集成仿真方法可以有效地消除由动力载荷产生的主动刚体位移,可得到摆镜面形参数和在动力载荷作用下不同时刻的摆镜面型变化,弥补了在实验条件下难以测得由动力载荷作用的面形参数和面形分布情况。当1g加速度载荷在摆镜光轴方向上时,静力载荷对面形的影响起主导作用;当1g加速度载荷不在摆镜光轴方向上时,动力载荷对面形的影响起主导作用。通过光机集成仿真结果对所设计的摆镜在相应工况下的面形进行有效评估,获得了有意义的设计指导数据。     

双凹摩擦摆隔震烟风道结构地震响应

传统烟风道板式滑动支座可减少道体热胀冷缩时的摩擦阻力,但抗震耗能能力不足,缺少变形后的复位能力,且会约束道体的转动而可能导致结构破坏.将摩擦摆隔震支座用于烟风道,可同时具有热滑移、隔震功能,允许道体在温度作用下自由转动.本文对烟风道采用双凹摩擦摆中间隔震的结构体系地震响应进行了研究,建立了横向地震作用下简化的三自由度地震响应分析模型,其中双凹摩擦摆采用三线性滞回模型,推导了一阶状态空间微分运动方程.该模型的分析结果与有限元实体模型分析结果非常接近.利用简化模型研究了不同场地类别、不同强度地震激励作用下双凹摩擦摆的恢复力特点及隔震效果,结果表明:与非隔震结构相比,双凹摩擦摆隔震的烟风道的道体反力、支架剪力均得到了控制.     

利用Tracker软件研究有摆线弹簧摆内共振现象

利用Tracker软件追踪和分析了有摆线弹簧摆的内共振现象,实时描绘了内共振的振动位移图、相图、轨迹图和能量图,实验表明起振角对径向振动能有较大影响,摆线可以取代部分等长弹簧实现内共振,拟合计算的径向和横向振动的固有频率与理论结果一致。     

``槽道效应'在鱼群游动中的节能机制研究

为了揭示鱼群游动中的节能机制, 将自适应网格投影法和浸没边界法进行有机结合,研究了3条鱼组成的鱼群基本单位的自主游动. 为了使鱼群在游动过程中沿直线游动,利用仿生鱼的头部摆动进行了方向控制. 通过研究3条鱼组成的鱼群基本单位发现,当中间的鱼落后于前面2条鱼时, 能够以较低的摆频与前面2条鱼保持相同的速度前进, 即从前面2条鱼的尾涡中吸收了能量, 达到了节能的效果. 当中间的鱼落后大约0.4个身长时游动最省力, 其摆频仅为前面2条鱼的54%, ``槽道效应'的节能效果最明显.      

超晶格量子阱作为光学双稳态器件的相平面特征及其稳定性

辐射强度与量子阱沟道的接受度有关,而接受度的大小则直接取决于量子阱宽度、深度以及电子束流的品质等因素.电子束可以用离子注入机或加速器提供,也可以用电压偏置的方法来获得.利用加速器理论中的相平面分析方法,分析了这种双稳态系统的相平面特征及其稳定性.引入正弦平方势,在经典力学框架内和电压偏置情况下,把粒子运动方程化为具有固定力矩的摆方程,用Jacobian椭圆函数和第一类椭圆积分解析地给出了无扰动系统的解和振动周期,并用数值方法分析了扰动情况下的相平面特征和系统的稳定性.为超晶格量子阱光学双稳态器件的设计提供了基本的理论分析.     

杆摆中的内力、内力矩及其功

讨论了杆摆运动中的切向内力及其力矩、法向内力及其力矩;计算了内力及内力矩所作的功,这对进一步理解“质点”、“刚体”等概念有一定的参考价值．