关于雨伞自动撑开的注记

半自动雨伞只有一个独立的状态参数;撑开过程中处于压缩状态的弹簧释放能量,收回时则外力做功转换为弹性势能,且操作用力远小于弹簧压力.分析了雨伞的几何结构特征和能量变化过程,得到相关参数的计算公式,并基于实测数据给出具体结果.     

螺栓连接的梁–弹簧模型及各齿承载分布

螺栓各齿承载分布严重不均,内外螺纹啮合的第一齿承载较大且齿根存在应力集中,易造成螺栓杆横断失效。本文通过对螺栓连接的受力变形分析,建立梁–弹簧模型,推导了理论模型的力学方程组,并基于此模型编程计算,求解得到螺栓连接件在使用过程中各齿承载的分布情况和齿根应力集中系数。最后进行有限元仿真,对比理论模型和有限元的结果,两者误差在工程可接受范围之内。研究表明,螺栓连接的组合梁–弹簧模型是合理有效的。

     

低速冲击下负泊松比蝴蝶形蜂窝夹芯板的动力响应

为了研究负泊松比蝴蝶形蜂窝夹芯板在低速冲击下的动力学响应,采用质量-弹簧模型获得了冲击器与蜂窝夹芯板之间的接触力,同时基于哈密顿原理和一阶剪切变形理论推导了负泊松比蝴蝶形蜂窝夹芯板的运动方程,采用Navier法和Duhamel积分对蜂窝板的振动位移进行了理论解析求解。在理论验证方面,蜂窝夹芯板前5阶固有频率的数值模拟结果与理论模型计算结果的最大相对误差为6.52%,蜂窝夹芯板中心最大横向位移的数值模拟结果与理论模型计算结果的最大相对误差为6.84%,理论模型求解的接触力与文献得到的接触力的最大相对误差为8%,验证了理论模型的有效性。结果表明,随着球形冲击器冲击速度的递增,蜂窝夹芯板的最大横向位移呈现递增的规律。而在相同冲击载荷下,蜂窝夹芯板的抗冲击特性随着胞元壁厚的增大而增强,随着胞元角度的增大而减弱;随着负泊松比蝴蝶形蜂窝夹芯板长宽比以及夹芯层与顶部蒙皮层的高度比的增大,蜂窝夹芯板的横向位移减小,冲击器与蜂窝夹芯板之间的接触力增大。当蜂窝夹芯板的宽长比从1∶1变化到1∶2时,蜂窝夹芯板最大横向位移减小6.1%;当顶部蒙皮层与蜂窝芯层的高度比从1∶6变化到1∶14时,蜂窝夹芯板的最大横向位移减小5.4%,这表明蜂窝夹芯板的抗冲击性能增强,吸能效果明显。

     

斜圈弹簧力学性能的有限元分析

斜圈弹簧在医疗器械、高压开关、汽车工业等领域应用广泛. 但其结构特殊, 受力复杂, 目前尚无有效的理论计算方法得出其载荷位移曲线, 只能通过数值仿真的方法研究其力学性能. 利用有限元软件ANSYS参数化建立环形斜圈弹簧有限元模型, 通过对模型的分析求解, 得出了其主要参数线径、节距、倾斜角与斜圈弹簧力学性能之间的关系. 研究了斜圈弹簧工作状态下的受力变形情况, 计算分析结果为斜圈弹簧的优化设计和合理应用提供了理论依据.     

雨伞的奥秘

雨伞是依靠伞柄上弹簧的弹力撑开的, 同时弹簧也将自身举了起来. 在重力的作用下, 弹簧怎么可能自举呢?伞骨和弹簧组成的特殊结构是弹簧能够自举, 雨伞能撑开的关键. 本文与实践相结合, 运用力学知识对雨伞自动撑开的原理进行了分析.     

球链中冲击扰动的传播

采用Hertz 接触理论处理牛顿摆中球与球之间的相互接触,建立球链碰撞模型,观察到碰撞过程中类似孤立波的传播现象。为了便于处理“n 对m”碰撞的计算,编写了带有GUI (graphic user interface) 界面的计算程序,可以研究不同撞击球个数对撞击过程的影响,包括球心位置、球心速度以及相邻小球间的变形量与相互作用力随时间的变化规律。进一步比较了一维球链模型和三维有限元模型的结果,并实验观察了碰撞过程的细节,得到一致性结论。     

单摆周期的系统误差分析

文章逐个分析计算了单摆的摆角、摆球的自转、摆线质量、空气浮力以及空气阻力对于单摆周期的影响,以1 m长5°小幅单摆为例,得到这5种因素带来的系统相对误差分别为+0.45‰、+0.02‰、-0.45‰、+0.07‰、-0.14‰,合计仅为-0.05‰,即这5种误差因素几乎相互抵消,小幅单摆实验在理论上的系统误差极小.文章给出了较为详细的推理、计算和分析过程,尤其空气阻力矩的推理过程以及图、表等,意在提供较为完整和准确的认识.文末,针对人们在空气阻力认识上可能存在的某些不足,文章给出了几点必要的说明.