盒式应变天平系统理论模型研究

有限元方法在进行盒式应变天平的动态分析时,网格要求高,计算量大,对计算机的计算能力有一定要求。若在天平的设计过程中出现改变模型的情况,或者在风洞试验中出现应变天平测力不准确的问题,都会相应的改变应变天平的有限元模型,从而造成工作过程的反复重复。针对此问题,提出并建立了与盒式应变天平系统等效的质量-弹簧-阻尼系统理论模型,建立了该理论模型的动力学微分方程。在ANSYS有限元分析的基础上,通过将二维有限元模型在三种不同的载荷加载情况下的分析数据与理论模型的计算数据进行比较,验证了该理论模型的正确性与合理性。该质量-弹簧-阻尼系统在风洞试验中具有很大的应用潜力。     

气相色谱法测定乳酸发酵液中的微量乙醇

采用气相色谱法成功分离检测了乳酸发酵液中的微量乙醇。以异丙醇为内标进行定量 ,该法方便易行 ,准确可靠 ,回收率达 10 0 4%     

多壁碳纳米管/聚偏氟乙烯纳米复合材料薄膜在直流和交流电路中的力-电特性

采用溶液流延法制作了一种多壁碳纳米管/聚偏氟乙烯(MWCNT/PVDF)薄膜应变片并研究其在直流和交流电路中的力-电特性.结果发现:①应变片可以承受20%的应变而不断裂②在直流电路中应变片具有压阻特性,但是其应变-电阻之间的关系表现出明显的非线性.③在交流电路中,当应变为零时,其介质损耗角正切(tanδ)与测试频率和MWCNT含量有关,但与测试电压无关.④应变不为零时,tanδ随应变的变化而变化,且tanδ变化率和应变呈线性变化关系.MWCNT/PVDF复合材料的这种力-电特性为设计大应变线性柔性传感器件提供了一种很好的方法.     

散货船槽型横舱壁的屈曲后屈曲计算

散货船的槽型横城船舱进水后往往由于水的压力而破坏，本文对此问题进行了研究，采用有限元方法对横舱壁的屈曲和后屈曲进行模拟。；船舱进水，舱内水位发生连续变化，这给有限元分析时外载荷的处理带来一定困难。     

假肢交互中振动反馈的设计方法

目的 完成假肢交互中振动反馈的设计方法,选择合适的振动反馈信号,为假肢反馈端的设计提供科学依据。方法 选择振动作为反馈信号,通过人机交互实验测量不同振动强度下人体的差别阈限,模拟截肢者在振动反馈下使用假肢完成任务的过程。结果 得出相应的用户数据并对其进行分析,在实验结果基础上提出假肢交互中振动反馈的设计方法。结论 振动对于人体是一种新的信号,截肢者可以通过训练逐渐掌握振动反馈,提升其对假肢产品的认同感,将假肢真正作为自己身体的一部分。以振动反馈的设计流程为例所提出的振动反馈的设计方法,为假肢产品反馈端的信号选择提供了包括用户灵敏度、人体对交互方式的适应期和用户的心理学数据等量化信息,提升截肢者对假肢产品的体验。     

二维弹性问题无网格元胞自动机算法

为了避免因网格畸变带来误差,本研究基于元胞自动机的思想发展了一种无网格计算方法。该方法将二维弹性问题的区域离散成随机分布的点,借用有限元方法中的差值概念建立区域中任意一点和其邻域内的其它点之间的位移与力的关系,以此为局部规则,构建了适用于求解二维弹性力学问题的元胞自动机。依据边界条件,元胞自动机自行演化,直至各离散点的位移收敛进而求得弹性问题的解。数值算例表明,该算法简单、正确,可以方便地和有限元结合,增加数值模拟的灵活性,同时,它在并行计算领域具备很大的潜力。     

弹性力学中无网格和有限元耦合的元胞自动机算法

结合有限元和无网格算法的优势,提出了一种元胞自动机算法用以求解二维弹性力学问题。该算法将二维模型离散成一系列节点,这些节点被分成有限元群和无网格群。有限元区域被定义在问题的边界附近,其中的任一节点和其周围相邻点的力学关系通过有限元单元建立;无网格区域定义在远离原理问题边界处,其中的节点之间的关系借用有限元中的位移插值概念建立。无论处于有限元区域还是无网格区域,任何一个节点都被置于元胞自动机的框架下进行处理,即节点的位移通过元胞自动机进行求解。与有限元方法相比,所提出的元胞自动机算法无需采用高斯消去法等传统系统求解器,而是通过元胞自动机的自动演化解决问题。依据该算法,有限元和无网格方法可以实现无缝连接。数值算例验证了该算法的新颖性和正确性。     

多边形邻域元胞自动机

介绍一种利用元胞自动机思想求解二维弹性力学问题的方法。该算法将问题求解域离散成随机分布的场节点,每个场节点被定义为一个元胞,而其位移则为元胞的状态量。算法规定,每一个元胞都有一个多边形的邻域,此邻域内包含其它元胞。借助于有限元插值思想,算法建立了任意一个元胞状态量和相邻元胞状态量的关系,将二维弹性力学问题的求解转化为元胞状态量的演化。本研究中的演化规则考虑了遗传因素,演化过程具有并行性,因此可提高计算效率。通过随机分布点建立的元胞自动机是一种无网格算法,但在二维问题边界附近可以与有限元网格无缝连接,因此在固体力学计算中具有较好的应用前景。数值算例验证了算法的合理性和可行性。     

表面结构致摩擦力负增长的实验研究

以控制摩擦力变化为目的,通过3D打印制备尼龙试件,模拟具有特殊结构的接触面,研究相对滑动中摩擦力随接触压力的变化关系。实验中对两种试件在干摩擦滑动条件下的接触压力和摩擦力进行了测试,结果分析表明:对于具有特殊结构的接触面,摩擦力和接触压力之间的关系总体上满足库仑摩擦定律,但由于滑动中表面结构受力变形会引起接触面积发生变化,当接触压力在特定范围内变化时,摩擦力会随着接触压力的增大而减小。表面结构设计对实现摩擦力调控具有参考意义,可应用于仿生机器人设计和其它工程实践中。     

鱼类群体运动的元胞自动机模型中的最小势能原理

群体运动是自然界中一种常见的生物行为. 在一定的环境条件下, 社会有机体会表现出不同的集体运动形态. 其中, 旋转是鱼群中常见的群体运动. 但是, 虽然研究人员对鱼群的运动进行过一系列的研究, 这种旋转行为的机理尚不清楚. 本研究假定鱼群的运动模式受势能的支配, 相应提出了鱼类个体运动的势函数并将之融合到元胞自动机中以模拟鱼群的运动. 数值模拟表明, 有限空间内鱼群运动时会形成多种形状, 但当此生物系统按照能量最小原则发展时, 其运动形态最终可能演化成为一个漩涡. 数值模拟与针对红斑马鱼的观察之间的比较验证了本模型的合理性. 能量最小原理是自然界的基本定律之一, 而势能函数的建立定义了鱼类个体与环境之间的关系. 因此, 本研究为深入理解群体运动规律提供了新视角, 表明从流体力学上进一步探究鱼群运动的物理机理是一个具有潜力的研究方向.