一道动力学问题的再思考

以地面为参考系,对《大学物理学》中的一道动力学非惯性系问题给出解答,同时对本刊的《一道动力学问题的求解》一文给出的答案进行验证,并对高中和大学物理教师提出几点思考与启示.

建构物理模型 提升核心素养——以电磁感应的动力学问题为例

模型建构是“科学思维”核心素养的要素之一。建构物理模型对于学生学习物理知识和发展物理思维尤其重要。文章对电磁感应的动力学问题中的模型进行归纳总结,并从解决问题的基本思路去分析如何通过合理建构物理模型提升学生的核心素养。

深度学习——妙用动能定理求解力学问题

本文通过具体的实例,分析动能定理在解决多过程问题、流体模型中的功率问题、小车以恒定功率运动时的位移问题等不同类型力学问题中的有效性和优越性,强调其在简化问题求解过程、提高解题效率方面的重要作用,期望对学生的学习有所帮助.

巧用“相对运动”解决动力学问题

随着高考风格的逐年变化,对动力学问题的情境分析,以及运算能力的要求也逐年提高.如何在有限的时间,提高做题的速度和准确率,是学生在物理复习时的重点和难点.在某些动力学问题中如果采用“相对运动”的解题方法,往往能够得到事半功倍的效果.

(磁)流体波动力学问题的近似求解─参数微分法

针对非线性物理如等离子体物理、流体力学、大气科学等领域中信受人们关注的两类摄动问题（Ⅰ）、（Ⅱ），引进"参数微分法"得到其近似解，其结果可用于研讨摄动对原物理问题解的影响。类似的问题在许多动力学问题物理解的数值定性分析及其应用WKB方法处理时也会经常遇到。这里的方法仅对两个特例给出，无疑可用于其它类似问题的处理。

硬岩金属矿山深部开采中的动力学问题

从深部开采环境阐述了金属矿硬岩在高地应力作用下的储能特征,并从深部开采工艺方面分析了随着金属矿山开采深度的不断增加,连续采矿方法已经成为未来深部开采的必然趋势。通过分析,认为处于高应力下的硬岩矿体在承受连续采矿法带来的动力扰动时,可以认为是岩石动静组合的受力问题。在此基础上,利用岩石动静组合加载理论分析了硬岩矿山在深部开采中的几个关键动力学问题,主要包括:硬岩矿山深部开采中的系统扰动和岩爆、深部开采中爆破引发的矿震及巷道失稳现象、深部硬岩开采中的能量释放与有序调控。理论分析和工程实践证明,硬岩金属矿山深部开采中存在的很多动力学问题可以利用岩石动静组合加载理论进行科学论证和分析,这对深部采矿的工程实践有较好的指导意义。

CO_2地质封存力学问题的数值模拟方法综述

随着社会的发展,人类对化石能源的依赖导致大量的CO_2排入大气层,从而引起全球变暖、海平面上升等一系列全球性气候问题。CO_2地质封存是当前CO_2减排最有前景的技术,但大量的CO_2注入地层易诱发相应的力学问题:地表隆起变形、盖层完整性受损、断层活化等。因此,为了降低CO_2地质封存带来的安全风险,理论分析、数值模拟和响应面方法等手段被应用于此类力学问题的分析中。由于数值模拟方法能够解决大尺度范围内复杂几何模型的多场耦合问题,数值模拟成为当前在CO_2地质封存力学领域中应用最广泛的方法。因此,对CO_2地质封存若干力学问题的数值模拟方法进行了全面的综述。首先,简要介绍了多孔介质的温度-渗流-力学-化学(THMC)多场耦合原理,并对数值模拟解决多场耦合问题的方法进行了归类。然后,详细总结了数值模拟在解决CO_2地质封存力学问题方面的国内研究进展。最后,讨论了数值模拟方法在此类力学问题方面的应用缺陷,并提出了若干建议。

极地船舶与浮体结构物力学问题研究综述

北极航道的开发和极地资源的勘采为船舶与海洋工程装备设计制造提供了良好的发展契机,但极地极端载荷环境所引起的复杂力学问题也相应地提出了巨大的挑战。为此,本文首先梳理极地航行船舶与浮体结构物涉及的基础力学问题,回顾并讨论国内外在相关力学问题方面的研究进展和技术难点,对于极区波浪传播的理论模型,分析了质量荷载模型,弹性薄板模型,粘性层模型和粘-弹性模型的优缺点和适用性;对于海冰力学行为的数值方法,阐述了有限元法(FEM)和离散元法(DEM)的数值模拟进展;对比了冰区船舶的自由航行和约束船模实验等。本文为航行船舶与浮体结构物的研发提供了一定的参考。

考虑摩擦的机械手逆动力学问题的研究

机械手关节通常包括径向转动关节﹑止推转动关节﹑径向止推转动关节和滑移关节这四种类型。本文针对机械手各类关节的结构特征,分别建立了与之相应的关节库仑摩擦和粘性摩擦的数学模型,并将这些模型应用于机械手逆动力学问题的研究中,给出了既考虑关节库仑摩擦又考虑粘性摩擦的机械手逆动力学问题的算法。最后,以STANFORD机械手为算例,分别计算了计入摩擦和不计入摩擦两种情形下的关节驱动力矩(或驱动力)的时间历程。计算结果表明两种情形下得到的关节驱动力矩(或驱动力)之间存在着明显的差异。

小湾水电站泄洪洞水力学问题试验和数值模拟研究

岸边泄洪洞为小湾水电站3套泄洪设施之一,上游水位和泄洪洞出口挑流鼻坎落差超过200 m,最大泄量达到3 881 m3/s,具有典型的高水头大流量特点,泄洪水力学问题十分突出。采用三维数值模拟和1∶35局部模型试验相结合的方法,对小湾泄洪洞新方案进行研究和优化,结果表明:泄洪洞长有压段进口体型布置基本合理;该设计方案明流段反弧末端掺气坎和明流直线段第一道掺气坎由于坎高和水流Fr数较小的原因,难于形成稳定的掺气空腔。通过降低泄洪洞反弧末端高程,提高水流Fr数以及在掺气坎下增设二级坡的方法,解决了难于形成掺气空腔的问题。

理论力学中动力学问题的演变与创新思维训练

从理论力学课程自身的特点出发,通过实例讨论了理论力学中动力学问题的演变规律以及如何在理论力学课程教学中激发学生的创新意识、训练学生的创新思维和培养学生的创新能力.

船-桥碰撞力学问题研究现状及非线性有限元仿真

归纳研究了船舶与桥梁碰撞力学的几种典型计算方法 ,并对各自的特点进行了分析。文中借助DYTRAN非线性有限元程序 ,以一艘 4万吨级的油船与长江上某一斜拉索桥发生正向碰撞为例 ,演示了有限元法仿真计算船 桥碰撞问题的一般过程。反映了船 桥碰撞过程中船艏、桥梁承台、桥面和拉索的力与变形的时间历程 。

求解任意分支结构动力学问题的传递矩阵方法

介绍了一种求解任意分支结构动力学问题的传递矩阵方法。对于包含任意分支结构的系统首先选择一条主传递路径,然后根据各子分支的影响确定主传递路径上分支点前后状态向量间的传递矩阵,再由主传递路径上其余单元的传递矩阵,按照链式系统传递矩阵方法求解结构动力学问题。与以往的传递矩阵方法求解过程相比,新方法具有变量自由度数少、求解过程简单和推导结果适用范围广等特点,可以求解多种含分支结构的弹性系统的动力学问题。最后用部分算例验证了方法的正确性。

南水北调中线输水工程若干冰力学问题试验研究

通过在低温冰工程实验室进行的冰力学模型试验,研究了南水北调中线工程冰期输水中的若干冰力学问题,主要包括:冰的膨胀力、冰盖稳定性和浮冰对闸墩的撞击力。试验结果给出了冰的膨胀力变化典型时程曲线、不同厚度冰盖的膨胀力极值变化;不同厚度的冰盖随水位下降的最大塌落值;以及冰排对闸墩的撞击力的冰力时程曲线、冰力极值随冰速的变化曲线。这些试验成果可为南水北调中线工程冰期输水安全运行提供参考。

梁动力学问题重心有理插值配点法

提出数值求解梁动力学问题的高精度重心有理插值配点法。采用重心有理插值张量积形式近似梁在任意时刻及位置挠度,运用配点法获得梁动力学问题控制方程与初边值条件的离散代数方程组。利用微分矩阵与矩阵张量积运算记号,将离散后代数方程组写成简洁矩阵形式。通过置换法施加边界条件及初始条件求解代数方程组,获得梁动力学问题在计算节点处位移值。数值算例表明,重心有理插值配点法具有算式简单、计算节点适应性好、程序实施方便、计算精度高等优点。

弹性力学问题复变函数解法的应用与发展

对利用复变函数法求解弹性力学问题在过去100年中的发展进行了简要综述,介绍了自1909年Kolosov提出复应力函数法以来的弹性力学复变函数解法相关的几本具有影响的经典专著或教科书、复变函数方法在弹性问题壳体和空间问题的拓展,以及近些年来在解决更多力学问题上的新发展和新应用等.

可变形孔隙介质中热、水耦合力学问题的代数多格子分析方法

研究了孔隙介质中包括热和质量传递的全耦合多相流问题的代数多格子分析方法· 数学模型包括质量、线性矩、能量平衡方程和本构方程 ,以位移、毛细压力、汽压和温度为基本变量 ,模型中采用了考虑毛细压力关系的修正有效应力概念 ,并考虑相变、热传导、对流和潜热交换 (汽化_冷凝 ) ,气相是由易混合的干空气和水蒸气组成 。

钢结构格构柱设计理论的力学问题

借助钢结构格构柱设计理论的换算长细比、横向最大剪力以及分肢承载力三个重要力学问题的解决思路和求解技巧的演绎教学,培养学生发现工程中的力学问题、寻找解决力学问题的途径、服务工程设计的能力,引导学生深刻认识力学理论在解决工程问题中的重要作用,进而激发学生学习力学理论的兴趣,实现学生探究、解决工程问题的创新思维、创新能力的培养目标.

骨关节康复中的力学问题

从生物力学角度出发 ,采用力学研究方法 ,对组织的力学性质进行研究 ,可为康复治疗的机理探讨和治疗手段的改进提供理论依据。本文简要介绍在制动综合征、软组织损伤、颈椎牵引、关节挛缩等一些骨科康复领域中所涉及的力学问题 ,以期更好地指导临床治疗。