浅埋厚煤层地表漏风对采空区煤自燃影响数值模拟研究

西部矿区浅埋厚煤层通常采用抽出式通风方式,地表漏风不仅使风流紊乱,而且其中的O 2贯穿采空区,与采空区遗煤共同作用使其氧化,从而发生煤自燃,并且产生的CO等有害气体超标,严重影响矿井的正常开采。目前一般采用现场实测、理论分析及实验研究方法对地面漏风引起的采空区内煤自燃的气体浓度场和温度场等进行研究,然而地表裂隙漏风自然发火实验复杂程度较高,理论分析及实验研究方法难以从三维角度认识地表漏风对采空区内煤自燃的影响规律。针对上述问题,根据我国西北矿区埋深浅、煤层厚等特点,建立三维数值计算模型,采用数值模拟与现场实测相结合的方法研究了浅埋厚煤层条件下导气裂隙采空区“三带”分布情况及不同工况下采空区O 2浓度场、CO浓度场、温度场、压力场等的分布规律,并采用ZD5煤矿火灾多参数监测装置进行现场验证。结果表明:采空区内“三带”分布规律和O 2浓度场分布受地表漏风影响明显,采空区顶部O 2容易聚集,改变了采空区内气体流场分布规律,采空区内高体积分数O 2(体积分数为18%~23%)聚集范围为沿采空区走向0~270 m、沿采空区竖直方向3~20 m,特别是在沿采空区走向0~80 m、沿采空区竖直方向3~8 m空间O 2充足、有一定遗煤且热量不容易散失,该区域煤自然发火危险程度较高;采空区内回风隅角压力最小,为-10 Pa,回风口压力最低,进风口压力最大,沿倾向、竖直方向及走向压力均逐渐增大;采空区内温度和CO分布规律类似,在采空区底部受顶部漏风影响很小,主要受工作面进风隅角影响,热量积聚和CO聚集规律与不漏风时基本一致,而从采空区中部开始,温度和CO主要受顶部漏风影响,在中部区域温度和CO均呈现“O”形圈分布,采空区顶部,温度和CO在每个断裂带与采空区交接处达到极大值,并向两侧递减,在最深部的断裂带与采空区交接处出现最大值。     

Ⅰ号液在MEMS晶圆级封装中的应用研究

Ⅰ号液是H2 O2,NH3·H2 O和H2 O的混合物.通过研究微机电系统(MEMS)晶圆级封装钛(Ti)粘附层在Ⅰ号液中的腐蚀特性,为新工艺开发和在线工艺维护提供数据支持.研究表明:1)Ti的腐蚀速率与H2 O2含量成正比关系,其原因在于腐蚀Ti的有效基团OOH-离子浓度随H2 O2含量的增加而增大;2)Ti的腐蚀速...     

基于两相向声表面波快速富集悬液中微粒

为提高生化分析灵敏度,提出了一种快速富集悬液中微粒的新方法.它在127.68°旋转Y切割X传播方向的LiNbO3基片上采用微电子工艺制作了2×2叉指换能器阵列,在该叉指换能器阵列的一对对角叉指换能器上同时加经功率放大器放大后的RF信号,以激发两相向声表面波,采用微量进样器将待富集的微流体(微液滴)进样到两相向传播的声路径上,微液滴中的微粒在该两相向的声表面波作用下快速向心富集.淀粉溶液微液滴富集实验结果表明,两相向声表面波作用下,10秒内实现微液滴中淀粉微粒的快速富集.     

基于压电基片微液滴间隙式驱动研究

连续的声辐射力驱动方式难以在平面内精确操控微流体,报道了单步驱动微流体及其在平面中位置确定的方法.在128°-YX LiNbO3上制作中心频率27.7 MHz叉指换能器组,经方波调制的载波信号加到叉指换能器激发间隙性声表面波,以单步驱动其声路径上的微液滴.垂直方向叉指换能器组确定微液滴平面上位置.采用水和0.1 g/mL的NaCl溶液进行间隙性驱动实验,结果表明,在载波强度达到一定幅度时,微液滴运动速度随调制信号频率增大而减少;当调制信号频率一定时,声路径上微液滴运动速度随载波幅度增大而增大.     

末端膨大两级结构的制备及粘附性能测试

通过真空模具浇注法制备出硅橡胶基和聚氨酯基微米级粘附阵列一级结构,然后在其末端覆盖一层硅橡胶粘附层,从而形成粘附阵列二级结构.利用微摩擦试验机(UMT)测试了粘附阵列的切向粘附性能,结果表明:末端膨大结构增大了有效接触面积,提高了切向粘附性能;短距离的滑移町适当增加切向力,但随着滑移距离加大,切向力随之下降,最终趋于稳定:在滑移距离为1mm时产生最大的切向粘附力:粘附阵列的粘附力随法向载荷增加而增大,当法向载荷超过一定值后,切向力逐渐减小,加载15 mN的法向预载力产生最大的切向粘附力84.668 mN;正向滑移产生的最大切向粘附强度1.140N/cm2明显大十逆向滑移产生的最大切向粘附强度0.223 N/cm2.     

H2O和O2在Al(111)表面吸附的密度泛函理论研究

采用第一原理密度泛函理论中的广义梯度近似计算方法对H2O和O2分子在Al(111)表面的吸附性质进行了结构、能量和电子分析,系统研究了这2种气体分子在Al(111)表面的吸附行为及其与Al(111)表面的相互作用机理。计算结果表明：H2O分子易在Al(111)表面的top位吸附且构型倾斜时最稳定,整个吸附过程为弱的化学吸附;吸附过程中表面铝原子的电子向H2O分子发生转移,H2O分子自身的构型仅受微扰作用。O2分子在Al(111)表面的吸附倾向于以分子键平行于表面,表面铝原子向O2分子的电荷转移是O2分子解离的驱动力,吸附过程中O2分子易发生解离,解离后的氧原子稳定吸附于fcc位,其次为hcp位,整个吸附过程为强的化学吸附。     

融合帧间差分与碰撞算法的快速跟踪预测算法

传统的运动目标跟踪预测算法难以保证机器人对高速运动目标的快速捕捉和提前预测,尤其是运动目标在滑行过程中发生碰撞改变了原有的运动方向,针对这一问题提出了基于帧间差分与碰撞算法相结合的运动目标跟踪预测算法.通过帧间差分法快速识别出平面内运动物体的具体位置和运动速度,根据其运动速度方向判别运动目标是否发生碰撞.当运动目标在运动过程中发生碰撞,采用LS-DYNA显示动力分析软件建立碰撞仿真模型,并用MATLAB拟合仿真数据得到碰撞算法,结合碰撞算法对运动目标的运动轨迹进行预测.结果表明以帧间差分和碰撞算法相结合的运动目标检测跟踪算法对于在平面内运动目标的跟踪预测方面速度更快,完全能够满足机器人对算法快速性的要求.     

关于DIVA模型中语速对语音生成影响的研究

着重研究语速对语音生成的影响.过去有不少人对此进行了研究,指出语速的变化对元音和辅音的运动产生了不同的影响,但是具体是什么样的影响并没有明确指出.基于DIVA模型,通过修改ODV和AVV活动的公式对语速对元音和辅音运动产生的影响进行了研究和探讨.仿真实验表明,语速的增加导致了辅音运动速度的增加,但元音运动速度只增加了少量的值,有时甚至还会减小.最终得出的结论是:尽管语速对元音和辅音的运动速度产生了不同的影响,但最大速度与运动距离比值的增量却是大致相同的.     

农田土壤中N2O释放的水温特征研究

室内模拟研究不同水热条件下土壤中N2O的释放特征,有助于阐明N2O释放的水热效应机理。本文通过室内试验研究了西北地区的典型耕种土壤土娄土中N2O在不同水温变化下的释放特征,借助化学反应动力学理论对其释放机理进行了初步的探讨。结果表明:10℃和30℃下,不同含水量的土壤中N2O的浓度变化随着培养时间的延长呈"S"型曲线。可用方程C=1/[A Bexp(-t)]来描述。随着温度的升高(10℃到30℃),N2O释放的快速期,减速期,稳定期的启动时间明显提前。在较低的土壤湿度范围内(27%至58%wfps),土壤中N2O释放的稳定浓度与土壤湿度呈正相关;田间持水量(58%wfps)时,N2O释放的稳定浓度达到最大;超过田间持水量时,其逐渐变小。当土壤湿度从27%-42%wfps增加时,30℃下土壤中N2O释放的稳定浓度大于10℃下的;当土壤湿度等于或大于田间持水量(58%wfps)时,30℃下土壤中N2O释放的稳定浓度小于10℃下的。低温下(10℃)的风干土壤(8%wfps)存在吸收N2O的现象。不同水热条件下土壤硝化和反硝化过程中N2O释放的表观化学反应速率常数和对应活化能的大小决定了土壤中N2O的释放量及难易程度。     

基于加速度传感器的前臂运动姿态检测

人体前臂在运动过程中始终和竖直方向（或水平方向）成一定的角度关系。通过固定于前臂上的三轴加速度传感器ADXL330的各个轴与重力方向（竖直向下）之间的夹角就可以检测出人体前臂的运动姿态。为了验证该方法的可行性,采集传感器在不同角度时的输出,运用Matlab处理采集到的数据,处理结果和实际角度的相对误差小于l％,绝对误差小于4°;并将此方法用于检测人体前臂运动,其结果与高速摄像系统采集到的图像分析结果进行比较,其绝对误差小于5％。实验结果表明：在一定的误差允许范围内,ADXL330可以用于前臂运动姿态的检测。     

旋转粘弹性夹层梁非线性自由振动特性研究

对旋转粘弹性夹层梁的非线性自由振动特性进行了分析.基于Kelvin-Voigt粘弹性本构关系和大挠度理论,建立了旋转粘弹性夹层梁的非线性自由振动方程,并使用Galerkin法将偏微分形式振动方程化为常微分振动方程.采用多重尺度法对非线性常微分振动方程进行求解,通过小参数同次幂系数相等获得微分方程组,并通过求解方程组及消除久期项来获得旋转粘弹性夹层梁非线性自由振动的一次近似解.用数值方法讨论了粘弹性夹层厚度、转速和轮毂半径对梁固有频率的影响.结果表明:固有频率随转速增大而增大,随夹层厚度增大而减小,随轮毂半径的增大而增大.     

变截面粘弹性旋转梁非线性参数振动研究

研究了变截面粘弹性旋转梁的非线性参数振动.基于Kelvin-Voigt粘弹性本构关系,考虑几何非线性建立了变截面粘弹性旋转梁的非线性振动方程,用Galerkin法将其转化为常微分方程.运用多重尺度法得到其幅频响应.用数值方法讨论了转速和轮毂半径对梁固有频率和幅频响应的影响.研究表明:不稳定域随轮毂半径、转速的增大而增大,随锥度的增大而减小.     

横向流中细长圆柱的热弹性颤振

研究了细长圆柱体在热环境下的横向流致振动.应用迦辽金法将非线性运动控制偏微分方程离散为常微分方程组,首先分析了热载荷对系统临界流速的影响,然后采用数值方法得到了系统分岔区,以及它在参数空间的分布情况.应用分岔图、相图对系统的运动性质进行了判定.系统随着参数的变化呈现周期运动,温度增加,系统发生颤振的临界速度减小.当温度载荷不变时,流速增加,系统周期振动的振幅越来越大,系统发生极限环振动,周期3运动、拟周期运动和混沌运动.     

简支梁移动质量响应分析

随着行车速度与交通量不断增加,荷载不断加重,桥梁的移动荷载响应越来越得到人们的重视.考虑移动车辆的惯性效应与桥梁的阻尼效应时,需要把车辆荷载简化为移动质量进行研究,这时得到的控制方程是变系数偏微分方程,在数学上通常难以精确求解.经分离变量与模态叠加后,化为变系数常微分方程组.本文利用WKB法,得到了近似的动力学响应,并与数值解、移动常力、Inglis解进行了比较.     

Similarity solutions for axisymmetric plane radial power law fluid flows through a porous medium

This paper investigates the unsteady flow of non-Newtonian fluids of power low behavior through a porous medium in a plane radial geometry. The equation governing the flow is a nonlinear parabolic partial differential equation with a source term whose solution satisfies certain fixed and moving boundary conditions. The attention is focused on the finding of similarity solution when the fixed boundary condition and the source term satisfy certain restrictions. In this case similarity transformations are determined and the resulting ordinary differential equations are deduced. For shear thinning fluids the existence of a pressure disturbance front moving with finite velocity is shown and expression for its location as a function of time is determined. The solutions in closed form have been given for certain particular cases where the resulting differential equations can be analytically solved. A numerical procedure has also been presented.     

Rapid heating vibrations of FGM annular sector plates

In this paper, thermally induced vibration of annular sector plate made of functionally graded materials is analyzed. All of the thermomechanical properties of the FGM media are considered to be temperature dependent. Based on the uncoupled linear thermoelasticity theory, the one-dimensional transient Fourier type of heat conduction equation is established. The top and bottom surfaces of the plate are under various types of rapid heating boundary conditions. Due to the temperature dependency of the material properties, heat conduction equation becomes nonlinear. Therefore, a numerical method should be adopted. First, the generalized differential quadrature method (GDQM) is implemented to discretize the heat conduction equation across the plate thickness. Next, the governing system of time-dependent ordinary differential equations is solved using the successive Crank–Nicolson time marching technique. The obtained thermal force and thermal moment resultants at each time step from temperature profile are applied to the equations of motion. The equations of motion, based on the first-order shear deformation theory (FSDT), are derived with the aid of the Hamilton principle. Using the GDQM, two-dimensional domain of the sector plate and suitable boundary conditions are divided into a number of nodal points and differential equations are turned into a system of ordinary differential equations. To obtain the unknown displacement vector at any time, a direct integration method based on the Newmark time marching scheme is utilized. Comparison investigations are performed to validate the formulation and solution method of the present research. Various examples are demonstrated to discuss the influences of effective parameters such as power law index in the FGM formulation, thickness of the plate, temperature dependency, sector opening angle, values of the radius, in-plane boundary conditions, and type of rapid heating boundary conditions on thermally induced response of the FGM plate under thermal shock.

     

保守系统中非线性振动问题的数值解法

用目标函数方法寻求保守系统中非线性振动问题的解．以摆的运动作为例子,对相关的微分方程在初位移不为零而初速度为零条件下在时间上进行积分．此时,速度为时间的函数,把此函数称为目标函数．因为摆从右侧到左侧再回到右侧完成一个周期,从而此目标函数的第2个零点便是运动的周期．此外,在数值积分过程中,同时得到了位移函数．此法依赖于常微分方程的数值解法和找函数零点的对分法．某些其它非线性常微分方程的解也得到研究．最后,给出了一些例子和数值结果．     

Unimprovable Order-of-Magnitude Estimates of the Rate of Convergence of the Cayley Transform Method for Approximation of an Operator Exponent

Unimprovable order-of-magnitude estimates of the rate of convergence are established for the Cayley transform method used for approximating the solution of the abstract Cauchy problem for an ordinary differential equation. New theoretical results are presented.     

复合材料点阵夹芯板非线性组合共振特性研究

复合材料点阵夹芯板在1:3内共振和外部组合共振同时发生时的非线性共振问题被研究.首先,基于哈密顿原理和分层位移场理论建立了复合材料夹芯板的振动偏微分方程,然后利用多尺度方法求解了伽辽金离散后的常微分方程,并得到了内共振和组合共振同时存在下夹芯板的协调方程.最后利用数值方法得到了协调方程稳态平衡解随系统参数变化的分岔图.研究了不同点阵芯子胞元构型,外激励频率以及外激励幅值对复合材料点阵夹芯板非线性组合共振特性所产生的影响.     

Convergence of generalized-$\boldsymbol{\alpha}$ time integration for nonlinear systems with stiff potential forces

Generalized-\(\alpha\) time integration schemes, originally developed for application in structural dynamics, are increasingly popular throughout many branches of multibody system simulation. Their simple implementation and the opportunity to control the numerical dissipation make them highly appealing for use in broad fields of application.Initially introduced for the solution of linear ordinary differential equations, there have been several extensions to nonlinear structural dynamics and constrained multibody systems in various formulations.In the present paper, we consider the application to systems with very stiff potential forces (singular singularly perturbed systems) whose solution approaches in the limit case that of a constrained system (index-3 differential–algebraic equation). We give a convergence analysis comparing the highly oscillatory solutions of the stiff system to those of the associated constrained one and show that the classical second order convergence result holds for position coordinates as well as for appropriately projected errors on the velocity level.The theoretical results are verified by numerical experiments for a simple test example.