Python可视化技术在电动力学教学中的应用

电动力学是研究电磁场基本规律的理论课程,不仅是理解电磁现象的基础,而且为电子技术和通信工程等应用领域提供了理论支持;但电动力学理论中的抽象概念难以直观理解,数学计算尤其是矢量计算较为复杂。本文探究Python编程语言的可视化技术在电动力学教学中的应用,通过编程计算模拟可视化抽象的电动力学概念和结论,如偶极子辐射、运动点电荷的场等,让学生能直观观察电磁场的变化规律,提升学生对电磁场概念的理解与应用能力,激发学生对电动力学学习的兴趣。

导电矩形薄板的磁弹性超谐-内联合共振

研究横向磁场中矩形薄板在外激励作用下的超谐波共振和1∶3内共振的联合共振问题。针对一边固定三边简支的矩形薄板,利用Galerkin积分法得到两自由度非线性振动微分方程组。采用多尺度法求解,得到前两阶模态的幅频响应方程组。通过算例,得到系统发生超谐-内联合共振时前两阶响应幅值与各参数关系的曲线图,讨论了外激励幅值、磁场强度等参数对系统振动的影响。结果表明,考虑内共振时高阶模态被间接激发,系统存在着能量的交换,调节磁场强度可控制系统的共振。

静电场能量之两种表述及等价性探讨

为给出静电场能量电荷体密度积分形式成立的条件和澄清把体密度积分形式直接改写为面密度积分形式的不恰当,从静电场能量的定义式出发,采用麦克斯韦方程和静电势公式推导出静电场能量的另一表达式,并对该静电场能量表达式作一般性推广,用于处理电荷分布不连续的任意无限空间或有限空间区域内的静电场能量问题,具有普适性。举例说明2种能量表述形式的等价性。澄清面电荷积分形式1/2∬σϕdS来自于积分-1/2∳ϕD∙dS,而非来自积分1/2∭ϕρdV。

一种基于扼流结构的基站天线碗状振子异频去耦方法

针对双频嵌入式布局的基站天线中存在高频振子辐射性能受低频振子严重干扰的问题,提出一种基于扼流结构的基站天线碗状振子异频去耦方法。设计了含去耦结构的基站天线,在低频振子臂上加载微带形式的扼流结构,通过分析扼流结构的等效电路、在高频天线工作频段的感应电流及单站雷达散射截面(Radar Cross-Section,RCS),调整扼流结构的性能参数,有效降低低频振子对高频振子的影响。通过设计具有去耦功能的双频双极化基站天线阵列,验证所提方法的可行性。结果表明,低频振子具有良好的阻抗匹配特性,所提方法能有效减弱高频振子受低频振子影响导致的交叉极化恶化问题,且能够稳定方向图波束宽度。

电动力学技术强化原位生物修复研究进展

介绍了利用电动力学技术强化土壤及地下水原位生物修复的原理和最新进展。电动力学强化的基本原理是利用电渗析、电迁移和电泳等电动力学效应加速污染环境中有机污染物和微生物运动 ,注入营养物、电子受体或活性微生物 ,或者利用电极反应和电流热效应为地下生物降解创造有利条件。研究表明 ,电动力学技术能有效地强化原位生物修复 ,而且该技术不破环生态环境 ,安装和操作简单 ,成本低廉 。

导体板上单极天线对电磁脉冲响应特性的矩量法分析

针对应用广泛的单极天线,基于矩量法分析了天线对高空电磁脉冲和高功率微波、超宽带非核电磁脉冲的响应,计算了三类电磁脉冲通过天线耦合产生感应电流频谱响应和时域瞬态响应,窄带脉冲的响应曲线与入射脉冲有较大相似性,电流响应峰值依次为100,60和10.3 A,对现有大功率限幅器的功率容限提出了更高的要求。

透水型沥青路面材料的降噪性能

以透水型路面为研究主体,利用驻波法测试材料的吸声系数,研究空隙率、粒径和厚度等因素对材料吸声系数的影响规律,探讨多孔路面结构的吸声降噪机理,并结合试验路段的噪声测试结果,评价路面现场降噪性能。研究结果表明:透水型路面中大量的连通孔隙能够有效地吸收路面噪声,随着厚度的增加,其吸声系数峰值向低频移动,小粒径透水型沥青路面材料具有更佳的吸声性能;当采用20%空隙率、40 mm厚的OGFC-13混合料时,吸声系数均值达到0.402,吸声系数峰值达到0.669;透水型沥青路面与普通AC-13C路面相比,路面现场噪声降低了4.7 dB(A);透水型沥青路面材料是一种降噪功能优异的路面材料。

SHPB实验技术研究

霍普金森压杆(SHPB)实验技术作为材料动态力学性能测试的有效手段,广泛地应用于材料的动态力学性能研究.本文系统地综述了SHPB实验技术的研究进展,指出当前存在的主要问题,并在此基础上提出解决问题的基本思路与方法.具体包括实验技术的基本原理、实验装置及数据处理方法的改进;提出了直接法和数据解耦的方法处理应力不均匀问题、使用软介质的方法处理大直径杆的弥散效应问题、用数学计算的方法处理试件端面摩擦效应的问题.

加纵肋平底圆柱壳振动和声辐射的FEM/BEM研究

建立了两端带平底板的加纵肋圆柱壳水中声辐射计算的FEM/BEM三维模型,探究了加肋的高度、宽度、数目对平底圆柱壳表面平均速度、辐射功率、辐射效率、声场指向性的影响规律。计算方法是在有限元软件ANSYS中做加肋平底圆柱壳建模、模态分析基础上,将有关数据(网格、模态)导入边界元软件SYSNOISE中计算流体-结构耦合状态下的辐射声场特性。结果表明:(1)纵肋的高度、宽度以及数目增大都可以引起平底圆柱壳的表面平均速度、辐射功率、辐射效率随频率变化曲线峰的移动,同时使声辐射效率增大,但使表面平均速度、辐射功率变化不明显。(2)纵肋的高度、宽度增大都使低频声辐射中两端平底板的贡献量增大,而使研究频域内的高频声辐射在激励力的反方向上增强。当径向激励力作用在纵肋上时适当调整均布纵肋的数目可以改变平底圆柱壳辐射声场的指向性。这对于水下结构辐射噪声预报以及噪声抑制具有重要意义。

运用BLT方程研究高功率微波的电磁干扰

目前高功率微波(HPM)对电子系统的干扰和破坏问题受到了广泛的关注,可运用BLT方程解决一些HPM产生的干扰问题。通过研究一个简单的HPM干扰模型,结合BLT方程的基本形式,对传统的BLT方程进行了扩展;接着对这个干扰模型的一个数值实例进行计算,并对干扰响应进行分析。分析结果表明,扩展后的BLT方程不仅可以计算传输线上的负载响应,也能够计算空间场的响应。

基于Matlab/Simulink的环向磁场脉冲电源建模与仿真

介绍了HL 2A装置上由80MVA双Y相差30o的电动飞轮交流脉冲发电机与多组桥式硅整流器组成的环向磁场线圈脉冲供电系统,给出了基于Matlab/Simulink和一些等效方法建立起来的80MVA六相交流飞轮发电机及其励磁系统与其它部件的仿真模型,得到了初步的仿真结果,并与实际放电波形进行了比较,两者的波形基本符合。

噪声作用下的化学突触耦合神经元系统的同步

研究了Hindmarsh-Rose神经元的化学突触耦合同步问题,以及高斯白噪声对耦合神经元系统同步的影响。研究发现:耦合强度可以影响耦合神经元系统的放电活动以及耦合神经元系统之间的同步状态。通过调整耦合神经元系统之间的耦合强度,可以使得两个神经元系统从非同步的神经元系统变为同步的神经元系统。同时也发现,适当的噪声可以促使非同步的Hindmarsh-Rose神经元电突触耦合发生同步行为,诱发化学突触耦合神经元系统同步的发生。

周期性管阵列的声传播特性实验研究

研究周期性管排阵列的声传播特性对于检测发生在炉内换热器管阵列中的泄漏故障具有重要意义。该文阐述了周期性管排阵列声传播物理机制。实验研究了周期性管排阵列的声传播特性。得出管阵列的纵向节距、横向节距和管径大小等几何参数对泄漏声辐射透射声谱的影响规律,揭示管阵列纵向节距影响透射声谱的"阻带"位置,横向节距影响透射声谱主极大的位置,以及管径大小影响透射声谱总能量的基本关系。指出充水管阵列与管内为空气的管阵列声透射特性的相同与差异,以及"通带"的位置。为炉内管阵列中的管道泄漏检测技术提供了实验依据。

峰值电流型PFC Boost变换器斜坡补偿的时变模型和全局动态优化试验

建立连续峰值电流型PFC Boost变换器的时变模型,动态分析快时标不稳定现象的产生,并结合电路试验,分析常规固定斜坡补偿的不足.以斜坡补偿时变模型为基础,以工频输入电流正弦化为目标,提出一种全局优化的动态时变补偿设计理论和方法.基本原理电路试验结果表明全局优化动态补偿既消除了快时标不稳定现象,又获得了单位功率因数,达到了全局补偿优化的目的.

左手材料设计及透明现象研究进展

左手材料具有负的介电常数,磁导率和折射率,它与电磁波相互作用的规律与传统材料有本质的区别.首先讨论了金属线点阵结构实现负介电常数和开口谐振环点阵结构实现负磁导率的内在机理,综述了目前实现左手材料的设计与制备方法,讨论了左手材料研究中能量如何定义以满足守恒律,左手材料的宏观等效参数的确定,以及影响左手材料负折射相对频带带宽的因素。最后对左手材料在光子隧道效应和电磁波透明方面的应用进行了介绍,重点讨论了利用力学中的"中性夹杂"概念对电磁波透明的设计.论文还探讨了声波左手材料的概念和物理意义,介绍了用声波左手材料实现声波透明的方法.

HL-2A等离子体边界识别的研究

利用电流丝模型编写的电流丝编码和采集到的18个磁探针测量数据、等离子体电流和极向场线圈电流的数据做了重建HL 2A等离子体边界的研究。计算结果表明,电流丝编码能够正确地识别等离子体的边界、偏滤器位形和X点的位置。计算获得的偏滤器内外靶板上打击点出现和消失的时间与布置在偏滤器靶板上静电探针测量到的信号很好地符合。在Pentium4的PC个人计算机上(CPU为2.4GHz,800MHz总线)计算每一个时刻的等离子体边界时间小于1ms。

对“电动力学”课程改革的探索

电动力学作为理论物理课的重要组成部分,要适应21世纪培养高素质人才目标的需求,必须不断进行课程改革.我们在调查了国内外部分电动力学教材和国内部分高校的电动力学教学情况的前提下,结合我们对电动力学课程改革的思考和实践,提出了改革的思路和策略.

固体电枢电磁导轨炮非稳态电磁效应

根据麦克斯韦方程和热传导方程,建立了电磁导轨炮导轨、电枢二维非稳态电磁场和温度场的计算模型,运用有限差分P-R算法进行了耦合计算。数值结果显示了导轨及固体电枢内部磁感强度、电流密度和温度分布;同时由于电枢运动,电流趋向导体表面流动并在电枢尾部与轨道接触面上趋于集中,使电枢尾部焦耳热剧增导致出现高温烧蚀。研究工作为改进电枢设计,避免电枢在快速滑动中发生转捩并抑制烧蚀提供了理论依据。

用非均匀网格FDTD法计算部分介质填充脊波导的截止频率

文章提出用非均匀网格FDTD法分析部分介质填充脊波导,给出了非均匀网格剖分的参数条件。实例计算了部分介质填充的双脊波导、三脊波导的截止频率,其结果与文献报道值吻合较好;计算了部分介质填充非对称脊波导的截止频率,并获得归一化截止频率谱图。在相同网格数下,本算法既具有良好的精度,又仅占用很少的内存和较短的运行时间,在短时间内能获得较满意的结果。

弹性长轨枕在首都机场线的设计与应用

为满足首都机场线部分地段中等减振的需要,首次研制开发的弹性长轨枕,对弹性长轨枕的构造方案、荷载体系、配筋结构型式以及T3站实铺现场的落轴冲击减振对比试验结果等进行较全面的总结和分析。结果表明,与传统弹性短轨枕相比,弹性长轨枕轨道具有稳定性好、弹性垫层易于检查和更换等技术优势,推广价值较高。