软物质力学:行为特性、理论模型和测试方法

软物质已成为物理学、化学、材料、力学和生命科学重要的前沿研究课题,在技术和生产上有广阔的应用前景,是国际上普遍重视的多学科交叉研究领域,更是通向研究生命体系的桥梁。软物质力学是力学的一个新兴方向,其研究对推动多学科的交集协同发展有着极其重要的作用。然而,软物质组成复杂,常是多相集合体,且往往涉及与硬物质的界面相互作用,其运动和变化规律与一般流体和固体迥异。软物质中结构单元之间的作用力弱,在一般流体和固体中作用较小的力,如表、界面作用力、范德华力等,可能在软物质中起到主导作用,传统的流体/固体理论已无法全面刻画软物质所呈现的许多独特现象。软物质的本构关系比较复杂,涉及到流变、大变形、熵等新概念。目前,除了软物质物理、化学、生物等相关研究以外,研究者们开始从力学的角度对软物质的行为特性及其理论分析模型与测试方法进行深入探索,在生物力学、界面和接触力学、胶体力学、实验力学等领域取得了丰硕的成果。近几年来,学者们对生物组织、细胞和生物大分子、水凝胶、形状记忆聚合物、活性软材料、柔性电子器件、颗粒、液晶等多种软物质体系进行了力学分析、模拟及实验,探索了软物质微结构形成的物理机制和动力学引起的新生长规律。也有学者将软物质的不稳定性和自组装行为用于开发低成本、高性能的新材料和新设备。还有许多学者考虑学科交叉,从新的角度研究软物质材料,将连续介质力学中的本构关系、计算技术和建模方法引入到软物质模拟计算中,实现对软物质的自组装行为及表面不稳定性的理论分析,并将综合的力学测试方法和技术带入到软物质力学实验中,实现对软物质复杂力学响应的小尺度性能测试。本文论述了软物质材料的力学行为及特性:包括复杂力学响应、自组织行为和表面不稳定性及其相关研究进展;重点讨论了软物质在生物力学、界面和接触力学、胶体力学和实验力学等力学领域的研究发展;对软物质力学的发展前景做了展望,提出了值得进一步研究的方向,以期推动国内软物质力学学科的发展。     

大清河北支水工砖护坡设计及堤防稳定计算探讨

大清河北支河口段的两岸堤防高低不等,宽窄不一,防洪标准不足10年一遇,局部甚至不足5年。北支流河道出口段宽度只有70m左右,阻水严重,泄流能力极差,致使上游水位壅高,汛期经常出现破堤现象。根据Hudson和Delft方法对人工块体作为斜坡堤的护坡进行了设计,供相关工程在设计时参考。     

四旋翼无人机基于图像的抗干扰视觉伺服控制

针对四旋翼无人机视觉伺服过程中易受到干扰的问题,利用积分反步滑模控制方法设计基于图像的四旋翼无人机视觉伺服抗干扰的非线性控制器。选择图像矩作为特征,利用虚拟相机平面改进存在模型不确定和外部干扰的动力学模型。针对难以直接测量的虚拟平面的线速度,通过反步法设计线速度估计器,提高了控制的准确性。通过Lyapunov理论证明了所提出的全局积分反步滑模控制器的稳定性。仿真实验结果证明了设计的控制器的有效性和鲁棒性。     

居家养老智能健康监测系统设计

基于STC15F2K60S2单片机为核心的居家养老智能健康监测系统是通过各个传感器实现对佩戴者生命体征的测量;数据通过各传感器模块传向单片机,实现对血压、心率、倾斜角度的监测,能对佩戴者健康状态进行一个很好的评估;当佩戴者发生跌倒而无法及时起身时,利用蓝牙通信将单片机救助信息发送到手机,做出示警提示,达到及时救助的效果...     

混凝土工程裂缝的控制措施探讨

加强混凝土工程施工质量控制,对提高工程建筑水平、提升建筑工程质量、保障工程发挥效益意义深远。本文分析了建筑施工中混凝土常见裂缝分类,并针对几种常见裂缝的控制措施作以探讨。     

LPFG和FBG级联结构双参数光纤传感器研究

提出了一种长周期光纤光栅(LPFG)级联布拉格光纤光栅(FBG)的温度/应变双参数光纤传感器。利用飞秒激光直写制作LPFG并级连FBG,且FBG波谷位置为1 551.9 nm,LPFG波谷位置为1 559.1 nm,最高对比度为-12.7 d B。在30~70℃温度变化范围内对传感器温度特性进行测试,并在25℃超净环境下对0~500με应变变化范围内对传感器应变特性进行测试。实验结果表明,升温过程FBG中心波长发生红移,灵敏度15.00 pm/℃,线性度0.981 3;LPFG中心波长发生蓝移,灵敏度-11.75 pm/℃,线性度0.945 3。降温过程FBG中心波长发生蓝移,灵敏度18.25 pm/℃,线性度0.953 8;LPFG中心波长发生红移,灵敏度-15.42 pm/℃,线性度0.980 2。加载过程FBG中心波长发生红移,灵敏度0.93 pm/με,线性度0.991 5;LPFG中心波长发生蓝移,灵敏度-1.51 pm/με,线性度0.986 3。卸载过程FBG中心波长发生蓝移,灵敏度0.92 pm/με,线性度0.990 9;LPFG中心波长发生红移,灵敏度-1.51 pm/με,线性度0.972 8。结果表明,该光纤传感器灵敏度高,线性度好,可以同时动态实现应变和温度的测量。     

基于宽谱信号光注入的超荧光光纤光源

为实现高功率和高平坦度的C+L波段光超荧光输出,将超辐射发光二极管输出的宽谱信号光注入双程后向掺铒光纤超荧光光源,研究了信号光注入对超荧光光源输出功率和光谱特性的影响,优化了信号光注入功率、泵浦源抽运功率和掺铒光纤长度。结果表明:低功率、宽光谱信号光不仅可以有效提高超荧光光源的输出功率和泵浦效率,还有助于光谱的平坦化;通过使用40m W抽运功率泵浦9m的掺铒光纤,在500W信号光注入时获得了功率为10.59m W、3d B带宽大于41nm的C+L波段超荧光输出。     

基于定量液压系统的起重机节能控制方法研究

提出了一种应用于定量液压系统的汽车起重机电控式正流量节能控制方法。该方法以力矩限制器为控制平台,通过检测吊重和手柄行程,自动控制发动机,实现负载-液压系统-发动机的功率匹配。同时,应用Matlab／Simulink建立25吨位汽车起重机的发动机、液压系统和负载的仿真模型,以验证上述方法的控制效果。仿真结果表明该控制方法能有效提高起重机作业的燃油经济性,减小机手的劳动强度。     

一种利用表冷器分置温湿分控节能改造方案

某夏热冬冷地区卷烟厂空调机组除湿工况时系统能耗最大,采用一次回风需要大量的再热能量。基于热湿独立处理的理念及烟厂现有设备改造工程量,提出了表冷器分置、热湿分控方案。并根据烟厂所在城市的气候特征,分析了改造方案的节能潜力,发现可节能25%的制冷量和31.5%的再热能耗。在分析的基础上,对卷烟厂空调机组进行了改造,并连续监测了除湿工况季(5月15日～6月16日)的耗能,通过每隔24小时切换一次新老系统并测试能耗,发现改造后的系统冷冻水制冷量和蒸汽节能量分别节约了21%和29%,节能效果显著。表冷器分置、温度分控方案具有巨大的节能改造潜力。     

BDF空心楼板在联体工程中的应用

BDF现浇混凝土空心楼板具有减轻自重、增加楼板刚度、抗震性能好、可灵活改变内部结构布置及使用功能,隔热、保温性能好、隔声效果优良,减少楼板的配筋量等优点.结合联体工程实例,详细论述了现浇空心楼板的施工工艺及质量控制要点,提供了有效解决空心管及钢筋整体上浮等技术难题的技术措施,保证了施工安全.