基于认知诊断的教学设计——流体模型中用动量定理求解作用力问题

学生在处理用动量定理求解流体的作用力问题时会出现的错误,首先是无法正确选取研究对象;其次是在计算Δt时间内参与作用的流体质量时遇到困难,无法顺利建模求解;最后是在运用动量定理列式求解时不够规范,从而出错.为了突破这些难点和易错点,需要对学生的错误进行诊断并有针对性地进行教学设计.

强涌潮水流条件下直立圆柱体的涌潮作用力试验研究

为厘清强涌潮河口直立式圆柱体受到的涌潮作用力与涌潮水流条件、圆柱直径的关系,通过涌潮水槽模型试验研究了三种直径直立圆柱在不同潮前水深、涌潮高度条件下的涌潮作用力。结果表明,强涌潮的涌潮作用力为直立圆柱受到冲击力叠加该时刻的水流绕流阻力、圆柱前后水位压差力。通过数据回归分析,得到了一个无量纲涌潮作用力计算公式。该公式表明,涌潮作用力分析计算除了要考虑涌潮高度、圆柱直径外,潮前水深也是关键因素,且涌潮作用力与圆柱直径之间存在显著的非线性关系。

考虑制造误差和油膜作用力的齿轮敲击动力学分析

为准确评估变速器空套齿轮受角加速度激励的敲击表现,采用集中参数法建立了模拟变速器敲击台架试验的10自由度扭转动力学模型;在包含时变啮合刚度、间隙非线性和拖曳力矩的基础上,进一步考虑齿轮制造误差和润滑油膜作用力。敲击台架试验结果表明包含楔入和挤压效应的润滑油膜作用力模型能正确反映变速器的敲击响应;数值分析结果表明润滑油膜可以减少制造误差位移激励和时变啮合刚度参数激励产生的齿面敲击,敲击强度随制造误差幅值的增加呈凹函数变化,当制造误差的幅值增加到某一数值时,齿轮副在无角加速度激励时亦产生敲击现象。润滑油温度对敲击的影响与角加速度激励有关:无角加速度激励时,低温时较低幅值的齿轮低频圆周误差通过改变油膜作用力方向产生敲击;油膜作用力产生的敲击响应频率比齿面接触的敲击响应频率更低;当存在角加速度激励时,敲击强度随温度的升高呈凸函数增加。

艺术体操Attitude旋转难度动作的地面反作用力特征分析

目的Attitude是艺术体操项目中最基本的旋转难度动作之一。追求高旋转难度分值是获得优异运动成绩的有效途径。明确Attitude旋转难度动作的生物力学特征是保障其高质量成功完成的理论基础。研究通过对高、低分值Attitude动作的地面反作用力特征进行探讨,试图了解Attitude动作的技术特征,发现不同动作阶段的地面反作用力的一般规律。方法应用8镜头Qualisys-MCU500红外光点高速运动捕捉系统、两台Kistler三维测力台。依据动作入选标准,将转体周数≥3周/<1周的Attitude动作分为高分值组(10人次)和低分值组(11人次)。利用独立样本t检验分析确定高/低分值组之间在地面反作用力等指标中的差异。结果当自由腿地面反作用力水平分量Fx达到峰值时,合旋转力矩与围绕Y轴的地面反作用力矩也同时达到其峰值。在双支撑阶段,支撑脚产生比自由脚更大的Fz。此时,COP的位置将更靠近于支撑脚。高分值组具有较大的合旋转力矩和自由腿旋转力矩。在合旋转力矩峰值时刻,高分值组的峰值Fx大于低分值组(P<0.05)。在起动阶段,高分值组分配于支撑腿的体重比例为60.06%±4.03%。结论在Attitude起动阶段,运动员的身体重心更靠近于支撑腿。但为了保证自由腿产生更大的地面反作用力水平分力,应保证自由腿要至少承担39%的体重分配。在双支撑向单支撑过渡期间,高分值组具有更优的重心转移技术。

输电线路基础作用力取值探讨

通过搜集历年来相关规程规范、文献的规定,梳理了基础作用力的历史沿革,结合风洞试验结果,针对输电线路基础作用力取值开展了研究。结果表明,行业中设计人员习惯描述的“杆塔作用力”与“基础作用力”两者并没有区别。因此建议不再提“基础作用力”的概念,统一为“杆塔作用力”,并对基础安全系数进行调整,调整前后维持基础的安全度水平基本不变。

黄河流域生态保护政策促进“双碳”目标实现的影响机制与政策作用力仿真——基于DEMATEL-AISM和机器学习模型

生态保护政策在促进黄河流域“双碳”目标实现方面发挥着重要作用,探究其影响机制,可为“双碳”目标下黄河流域的生态保护政策制定与执行提供参考和指导。采用DEMATEL-ASIM方法构建影响机制模型,并引入机器学习算法,完成生态保护政策对“双碳”目标实现的作用力仿真。研究发现:①黄河流域生态保护政策促进“双碳”目标实现的影响机制是涵盖了触发因素、中介因素、驱动因素和结果因素的多层级复杂系统,其中生态保护政策制定强度和执行强度是影响机制中的关键影响因素,而碳排放规模和生态碳汇能力间的影响因素因果联结构成了影响机制的“传导径流”;②在政策作用力仿真中,生态保护政策制定与执行强度对“双碳”目标实现的影响具有异质性、非线性正面响应效应、“触底-反弹”现象和“天花板”效应,黄河流域上中下游地区应该选择差异化的政策制定和执行强度组合方案。

南海内孤立波的演变特性及对结构物的作用力

针对内孤立波引发的高强度流场易影响海洋平台正常工作的问题,本文基于南海北部陆架区获得的高质量的海流和温盐数据,对观测海区内孤立波的演变特征进行了研究。研究结果显示:观测海区内孤立波活动频繁,且具有明显的第一模态下凹型内孤立波特征。内孤立波经过时,在50~100 m以上的上层诱发了较强的西向流速,其大小接近0.44 m/s,在深度超过100 m则为东向补偿流为主,东向补偿流的量值与西向流相比较小。在垂向上,波前的水体向下流动,波后的水体则向上流动,最大垂向流速可达0.2 m/s。内孤立波引起的向下的等温线的起伏达到50 m。此外,基于计算流体力学软件Fluent对观测海区内孤立波进行模拟,并计算内孤立波对桩柱的作用力。结果表明:数值模拟得到的内孤立波与实测内孤立波吻合较好,内孤立波对桩柱的水平作用力和垂向作用力主要受到压差力的影响,且以水平作用力占主导,上层桩柱受力为-60 kN,下层桩柱受力为20 kN。本文研究结果不仅对陆架区内孤立波的特征有进一步的认识,同时对南海内孤立波的预报及对海洋结构物设计等具有一定的指导价值。

高坝大库滑坡涌浪对水工建筑物作用力研究综述

库坝区滑坡体入水激起的涌浪灾害链对水工建筑物构成安全威胁.本文对高坝大库滑坡涌浪对水工建筑物作用力相关研究成果和发展趋势进行综述,概述了国内外典型滑坡涌浪实例及其危害,基于规范推荐公式、物理模型试验和数值模拟方法对库区滑坡涌浪对大坝坝体冲击压力相关研究成果进行总结归纳,提出应关注涌浪二次冲击阶段对水工结构的影响、开展坝前涌浪回落对坝面构筑物结构产生拖曳力的相关研究.总结了涌浪对通航建筑物作用力的相关研究,分析表明,现有关于涌浪对通航建筑物作用力的研究并不完全适用于库区滑坡涌浪对高坝水工结构作用,需开展专题研究.在现状分析的基础上,对高坝大库滑坡涌·浪对水工建筑结构作用的进一步研究提出了建议与展望.

活性浴中惰性粒子形状对有效作用力的影响

活性物质是典型的非平衡态系统,其组成单元能够利用自身存储的能量或者周围环境的能量实现自驱动.在活性系统中,物体间的受力情况直接影响其结构和动力学行为,因此深入了解物体间的有效作用力是理解活性物质一切复杂现象的基础.本文通过光镊显微镜实验分别研究了活性大肠杆菌溶液中惰性球形聚苯乙烯胶体粒子间和板状粒子间的有效作用力,发现球形粒子间有效作用力的性质一直是短程排斥力,而板状粒子间的有效作用力则为长程吸引力,这说明惰性粒子间的有效作用力受粒子形状的影响.惰性粒子间的有效作用力主要来源于两部分的贡献,即细菌-惰性粒子间的直接碰撞,以及细菌运动产生的流场.在实验上通过对比粒子之间、粒子外侧细菌的浓度和取向有序性发现,球形粒子间的有效排斥力主要来源于细菌-粒子的直接碰撞,而板状粒子间的长程吸引力则主要源于细菌流场的贡献.本文通过光镊显微镜实验证明了惰性粒子间的有效作用力与惰性粒子的几何构型有关,为调控活性物质中的动态自组装提供了实验支撑.

不同速度跑步着地缓冲时下肢关节角度与地面反作用力的关系

目的本研究旨在探讨跑步着地缓冲阶段下肢关节角度变化与垂直地面反作用力(v GRF)之间的关系,比较不同跑速下人体肌肉骨骼负荷和冲击强度。方法招募1名受试者在慢速(2.23±0.2 m/s)、中速(3.34±0.2 m/s)、快速(4.45±0.2 m/s)3种状态下跑步,采集后的数据经Visual 3D软件计算,得到矢状面上下肢三关节角度、关节力矩、v GRF和胫骨加速度,以评估肌肉骨骼负荷和冲击强度。采用SPSS 27.0软件进行单因素方差分析对比3种跑速下各变量的差异,再通过一元线性回归分析分别建立下肢三关节角度与地面反作用力之间的关系。结果在慢速跑下,v GRF(F)与髋关节角度(θ1)、膝关节角度(θ2)、踝关节角度(θ3)之间的回归方程分别为F=13.739+17.812·θ1、F=-2143.512+62.724·θ2、F=-1836.541+33.285·θ3;在中速跑下分别为F=-70.806+19.887·θ1、F=-1649.415+50.316·θ2、F=-737.243+21.812·θ3;在快速跑下分别为F=179.662+17.878·θ1、F=-2448.669+58.746·θ2、F=-1485.809+32.185·θ3。结论了解不同速度下跑步着地缓冲时v GRF与髋、膝、踝关节屈曲角度之间的关系,可以为应对跑步冲击力对人体运动损伤提供策略。

论个体政治行为层面上政治文化的三大作用力

政治文化在各类政治行为层面上都普遍发生作用 ,在个体行为层面上的主要作用力有三类 ,即内驱作用力、维持作用力和调适作用力。它们的作用是 :内化个体的政治行为表现 ,将个人行为反映到个人的心理深层 ,并对此不断地加以反馈和修整 ;维持个体参加政治活动的方向、强度和平衡性 ,使个人在社会政治生活中表现为一个协调的对象 ;控制和调节个人在政治生活中可能遇到的问题 ,克服因此而引起的各种挫折 ,保持社会政治生活的集体协调。

应用人体不同部位坐标对神经网络估算侧切动作地面反作用力的影响

目的对比神经网络分别以全身和下肢关节点三维坐标为输入变量估算足球运动员侧切变向动作中地面反作用力效果,探究上肢关节点对估算效果的影响,为简化神经网络模型输入提供依据。方法受试者为71名男性大学生足球运动员,使用动作捕捉系统(200 Hz)以及测力台(1000 Hz)同步采集其12次侧切变向动作中的运动学和动力学数据。数据集划分为训练集61人,验证集6人,测试集4人。建立神经网络,以支撑阶段18个全身关节点坐标和11个下肢关节点三维坐标作为输入,估算侧切变向动作支撑阶段的三维地面反作用力。采用除以实测值变化范围的标准化均方根误差(n RMSE)评价神经网络模型估算效果。结果(1)两种输入变量神经网络估算地面反作用力n RMSE在前后方向(全身点:11.19±2.84%,下肢点:11.21±2.66%,P=0.877),左右方向(全身点:13.49±5.20%,下肢点:13.95±5.96%,P=0.242),垂直方向(全身点:11.52±3.46%,下肢点:11.47±4.32%,P=0.869)均无显著差异;(2)两种神经网络估算和测力台实测所得地面反作用力峰值三者之间在前后方向(F=3.190,P=0.053),左右方向(F=2.782,P=0.072)以及垂直方向(F=1.461,P=0.243)均无显著差异。结论移除上肢关节点不会影响神经网络基于关节点坐标估算足球运动员侧切变向地面反作用力的效果。

基于统计参数映射分析不同注意焦点对立定跳远蹬地时地面反作用力的影响

目的检验不同注意焦点对大学生立定跳远结果指标距离的影响,并从动力学角度分析下肢发力情况,探讨注意焦点在立定跳远动作技能教学中的作用和机制。方法随机招募24名受试者(男女各12名),采集不同注意焦点条件下立定跳远动作下肢生物力学数据,采用单因素重复测量方差分析检验所采集数据,采用统计参数映射分析地反力时间序列数据,显著性水平α设为0.05。结果不同注意焦点条件下,前后方向地反力在9%~15%(P=0.001)、20%~32%(P=0.007)、75%~85%阶段(P<0.001)具有显著性差异,进行事后比较结果显示,无焦点和内部焦点在0%~8%和90%~93%阶段具有显著性差异,无焦点和外部焦点在0%~4%、12%~16%、81%~85%和87%~90%阶段具有显著性差异,内部焦点和外部焦点在12%~15%、22%~30%和82%~85%阶段具有显著性差异。外部焦点使地反力增大,前后、垂直方向负载率增大。然而,不同注意焦点条件下,垂直方向地反力没有显著性差异,但对立定跳远距离具有显著性差异(P<0.001),且外部焦点使立定跳远的距离增加。结论相较于内部焦点,外部焦点使距离增加,并提高了下肢爆发力。在教学中,教师可以通过使用外部焦点指令来提高整体的运动表现,从而提高运动成绩和优化技术动作。

基于高速摄像技术的流体作用力试验

针对颗粒在动水中的流体作用力问题,采用高速摄像技术对颗粒的运动过程进行观测,通过求解圆球及天然泥沙跃移运动过程中的力学方程,得到拖曳力系数及上举力系数。试验结果表明:①动水中颗粒非匀速运动时的拖曳力系数、静水中颗粒非匀速运动时的拖曳力系数与匀速运动时的拖曳力系数均随着雷诺数的增加而减小,颗粒与水流之间的相对运动速度越接近于颗粒沉速,三者间的差异越小;当颗粒与水流之间的相对运动速度等于颗粒沉速时,三者近似相等。②形状对上举力系数的影响较对拖曳力系数的影响更明显,天然泥沙的拖曳力系数大于圆球的拖曳力系数,天然泥沙的上举力系数小于圆球的上举力系数。最后,构建了圆球及天然泥沙的拖曳力系数及上举力系数公式,公式计算值与实测值符合较好。

下凹和上凸型海洋内孤立波对遥控潜航器的作用力研究

遥控潜航器在海洋环境勘测、钻井支持和水下救援等领域得到了广泛应用。遥控潜航器在陆架和陆坡处工作时很容易遭遇海洋内孤立波(Internal Solitary Waves, ISWs)。海洋内孤立波在传播过程中会诱发水平向和垂向流,从而对正在下放、回收和作业状态的遥控潜航器施加作用力。本文分别利用连续分层e KdV和KdV方程估算2个振幅相近的下凹和上凸型海洋内孤立的流速场,进而利用莫里森公式(Morison’s equation)估算这2个海洋内孤立波对1个遥控潜航器的作用力,比较遥控潜航器在不同类型海洋内孤立波流场中的受力差别。研究表明:下凹和上凸型海洋内孤立波均会对遥控潜航器施加较强的水平向力,且不同类型海洋内孤立波在相同深度上对遥控潜航器施加的水平向力的方向不同;对下凹型海洋内孤立波,遥控潜航器在上、下层所受水平向力的大小相差不大;对上凸型海洋内孤立波,遥控潜航器在下层所受水平向力是上层所受的水平向力的2倍;2种类型海洋内孤立波对潜航器施加的垂向力都较弱。

具射流反作用力喷砂除锈并联机构自抗扰控制

针对由喷砂除锈并联机构末端喷枪射流反作用力造成的非匹配干扰问题,提出一种喷砂除锈并联机构非线性自抗扰控制方法。采用解析法对并联机构进行运动学分析,采用拉格朗日法建立考虑非匹配干扰的并联机构动力学模型;通过应用等效输入干扰技术将系统的非匹配干扰转换为位于控制输入通道的匹配干扰,并与建模误差、关节摩擦力及外部干扰等集总为系统总干扰;设计非线性扩张状态观测器对系统集总干扰进行实时精确估计和补偿,进一步设计基于扩张状态观测器的自抗扰控制,以增强系统对集总干扰的鲁棒性,同时提高其轨迹跟踪控制性能。最后证明闭环系统的稳定性,并基于MATLAB软件和具射流反作用力喷砂除锈并联机构样机,对所提出控制方法进行仿真和样机实验,实验结果验证了所提出方法的有效性。

“摩擦力是相互作用力”的简捷演示方案

设计了两种简捷演示静摩擦力是一对作用力和反作用力的实验方案．

采煤机截割过程中滚筒作用力及转矩变化分析

采煤机是进行煤矿自动化开采的重要设备,对于提高煤矿的开采效率具有重要的作用.针对采煤机滚筒的受力作用,采用数值分析的形式建立滚筒的仿真模型,并对其作用力及转矩的变化进行分析,从而为采煤机的设计使用提供参考,减少滚筒的维修维护时间,保证煤矿的开采效率.

桩基尺寸对砂土中水平受荷桩-土作用力的影响

p-y曲线法在水平受荷桩的设计中得到了广泛应用,然而近年来在海上风机超大直径单桩基础设计中受到了学术界和工程界的质疑,当前研究表明,桩基尺寸是产生这一问题的主要原因。本文通过三维数值仿真技术,研究了砂土地基中水平受荷桩-土作用特征的演变规律,探讨了当前超大直径单桩设计方法存在的主要问题及产生的原因。计算结果显示:超大直径单桩基础因其桩径大、长径比(入土长度与直径的比)小的尺寸特征,在水平荷载作用下桩土作用具有明显的三维空间效应,即除受水平向土反力外,还受到桩端水平向的摩擦力、沿桩身不均匀摩阻力产生的抵抗力矩及桩底不均匀土反力提供的抵抗力矩;进一步研究表明,后三类抗力对桩基水平承载力的贡献占比与桩基尺寸有关,即桩基直径越大、长径比越小,这些抗力的贡献越大。因此,在水平受荷超大直径单桩承载特性计算与分析的过程中,除当前水平向p-y弹簧提供的抗力外,还应考虑桩底的水平剪力、桩身摩擦力和桩底反力不平衡产生的抵抗力矩。

核心素养视域下“7E”教学模式的应用实践——以“磁场对通电导线的作用力”教学为例

“7E”教学模式由激发、参与、探究、解释、精细、评价和延伸7个环节构成。文章以“磁场对通电导线的作用力”的教学为例,探索核心素养视域下“7E”教学模式在高中物理教学中的应用实践。