A Geometrical Theorem about the Static Equilibrium of a Common-point-force System and its Application

A geometrical theorem for the static equilibrium of a common-point-force system has been proven by means of virtual-work principle: The equilibrium point of a common-point force system has a minimal weighted distance summation to every fixed point arbitrarily given on each force line with a weighing factor proportional to corresponding force value. Especially the mechanical simulating technique for its inverse problem has been realized by means of pulley block. The conclusions for the inverse problem derived from mechanic method are in accordance with that given by the pure mathematical method, and the self-consistence of the theorem and its inverse problem has been demonstrated. Some application examples in engineering, economy and mathematics have been discussed, especially the possible application in the research of molecular structure, has also been predicted.

感召和气与致中和——朱子思想中心与气的政治哲学向度

理学家认为“和气”是对现实政治状态的反应,朱子直接讨论感召和气,往往与现实政治密切相关,认为荒政需要感召和气,解决政治问题的根本需要君主正心诚意以立纲纪,最终感召来和气。心术是立纲纪和召和气的关键,君主承担天下,君主之心能影响天下之气,但士大夫则可以通过“格君心之非”来起到感召和气的作用。当然,朱子讲的感召和气并不同于汉儒天人感应的模式,他更强调人的心性修养与自然和气之间的关联。理学工夫是能够感召到和气的入手处。

一种新的协作机器人人机用电容式多维力传感器设计

针对传统的应变式和压阻式多维力传感器存在信号需要放大调理、制作工艺难度大、成本较高等不足,设计出一种新型电容式多维力传感器。该传感器把所有的传感元件制造在单个印刷板上,无需粘贴应变片等元件,而是采用容值的变化来感知外部信息;COMSOL多物理场仿真软件仿真分析结果显示该电容式多维力传感器具有输出信号幅值大无需放大、抗干扰能力强、无需粘贴应变片等元器件易于实现小型化、成本较低、运行稳定等优势。

陡倾层状岩质斜坡极限平衡稳定分析

针对自然界中的层状岩质滑坡绝大部分呈现出明显的三维形态特征,在倾倒破坏极限平衡二维推导分析方法的基础上,考虑层状岩质斜坡的三维受力状态,进行三维力系的简化与等效,提出了考虑三维受力的倾倒分析方法,在考虑真倾角方向的倾倒极限平衡分析中,将层状岩质滑坡近似为悬臂梁处理。并以重庆鸡冠岭滑坡为例进行验证分析。计算结果表明:1自然状态下,鸡冠岭斜坡处于稳定状态;2地下采空状态下,鸡冠岭煤层上覆岩层逐层发生倾倒破坏,并挤压下伏阻滑关键块体,导致关键块体剪出破坏后形成滑坡。该分析结果与实际情况基本一致。

边坡稳定分析三维极限平衡条柱间力的讨论

根据在自重作用下潜在滑体在斜面上运动的规律,提出条柱底滑面上抗滑力方向垂直于底滑面与水平面交线的假定,并引用条间抗剪强度发挥系数的概念,运用各条柱的3个方向力的平衡和边坡整体3个方向的力矩平衡,提出了一种计算边坡稳定性的三维极限平衡方法,通过对算例的计算结果分析发现:当忽略条柱间全部剪力作用时,得到的安全系数与二维Spencer法计算结果相近;考虑部分条柱间剪力作用时,得到的安全系数与文献[5]计算结果相近;当考虑条柱间横向剪力对边坡稳定性的贡献时,即考虑条柱间全部作用力,得到的安全系数最高,这种假定更能反映边坡实际受力情况,因此,所得的结果更接近于实际。

基于传压原理的喷锚支护边坡稳定性分析方法

喷锚支护作为用于边坡加固的一种常用形式,其加固机理较为复杂,因此如何有效地评价喷锚支护后边坡的稳定性对实际工程非常重要。针对喷锚支护边坡的稳定计算问题,通过力等效原理把锚杆的集中力转化为作用于边坡坡面的面力。结合极限平衡原理将简化后的面力用于边坡的稳定性计算,得到锚固力均化后的边坡稳定计算公式。将提出的方法应用于长河坝导流洞出口喷锚支护边坡的稳定计算,并与传统方法的计算结果进行对比分析。计算结果表明:面力等效法计算得到的边坡抗滑稳定安全系数与传统算法结果差异较小,表明提出的方法用于分析喷锚支护边坡稳定是合理可行的。

机床夹具在设计过程中夹紧力的计算

在机床夹具的设计过程中,夹紧力起着非常重要的作用。本文结合应用实例,主要介绍了在实际加工中如何正确计算夹紧力的大小,基本思路是根据静力平衡原理求出理论夹紧力的大小,然后乘以安全因数得到合理的实际夹紧力的大小。

煤矿回采巷道围岩控制理论探讨

分析了巷道围岩变形、强度特征以及支护力作用机理,提出了涵盖巷道围岩-支护相互作用全过程的波动性平衡理论;对锚杆作用力的产生机理及其对岩体作用的力学效应进行了探讨;将锚杆作用的力学本质概括为提高锚固体的内聚力、弹性模量,减小锚固体的泊松比,改善锚固体的应力状态;对锚杆受力演化机理进行了探讨,揭示了锚杆轴向力随锚固体变形而演变的3阶段特征以及第一、第二临界变形概念,以及第二临界变形与锚固长度成正变关系和确定锚固长度时应考虑巷道变形的观点;依据破碎岩体不能承受拉应力但在支护作用下仍具有较强抗压能力的特性以及不同厚宽比条件下板的力学特征,提出了厚锚固板理论。

基于最大最小原理的三维边坡稳定性探讨

最大最小原理在边坡稳定性分析中的应用,不仅可以检验所建模型的准确性,还可以进一步获得改进计算模型的相关条件。本文利用三维简化Sarma法,分析了滑面剪切力方向采用不同的分布形式引起的稳定系数的变化,计算结果表明,不管采用何种分布形式,当它发生变化时,对应的稳定系数总是存在一个极大值,这就证明了边坡稳定性最大原理在三维边坡稳定分析中的适用性;同时,本文还在一种严格的二维临界滑面搜索算法的基础上,建立了三维临界滑面搜索的算法,利用ZhangXing算例详细分析了目标函数中各变量对稳定系数的影响,结果表明,二维上寻找临界滑面是切实可行的,这也证明最小原理在二维边坡稳定分析中是满足的,三维上则由于三维极限平衡法未考虑三维边坡的边界条件,导致基于三维极限平衡法的三维临界滑面理论上不存在,三维边坡稳定分析结果与最小原理的要求有一定的差异。

化工原理教学中的核心概念:传递的平衡态与过程的推动力

热力学平衡、过程推动力是化工原理课程中的两个核心概念,对于理解传递过程非常重要。文章围绕这两个概念,基于单元操作的特性与物理定律,建立相应的平衡线方程,从理论上明确传递的极限(终点);进一步依据传递方程的基本表达式,用图示法对传递过程的推动力进行具体描述,强调推动力在传递动力学中的核心作用,从工程实际角度加深学生对化工传递过程的理解。

一维渗透力与浮力

为简化分析,针对一维渗流问题,研究提出了土力学中渗透力和浮力的两种推导方法,作为传统的宏观尺度孔隙水隔离体法的有益补充.弹性力学平衡微分方程、土力学Terzaghi有效应力方程和流体力学简化Bernoulli方程构成本文分析渗透力和浮力的3个基本方程.在基本方程基础上,容易推导出相应的骨架和孔隙水两种隔离体的平衡微分方程,从而在静力平衡范畴内揭示渗透力和浮力的内涵.单位体积饱和土体的渗透力,源于总水头压力的梯度,而浮力则源于位置水头压力在竖向的梯度,这两者统一于骨架或孔隙水的平衡微分方程.实际工程关注的有效应力计算问题,一般可以直接应用3个基本方程来确定;只有在简化条件下可按渗透力和浮力计算土体中有效应力分布规律.还讨论了若干研究热点问题,重点探讨了当前一种渗透力新定义j=nγ_wi在形式上的合理性以及在实际应用中可能存在的风险,并验证了一维渗透力的一种经典精细化表述结果中考虑渗流速度时间导数的严谨性.在土力学渗透力和浮力问题研究中应重视和正确应用Terzaghi有效应力方程.

空间任意力系4、5、6力矩平衡方程式的最简形式

本文在所有可能的4、5、6力矩式中分别给出了最简形式,结果简洁、规律性强,证法力学意义明显。本文提出了限制条件矩阵,该矩阵可作为判别所选投影轴、矩轴是否独立可用的统一判据,适用于计算机。根据限制条件矩阵最简的原则分别证明了所给4、5、6力矩式确为最简形式。

基于有势力系的振动机械设计节能原理

针对振动机械的节能问题,根据振动机械在起动阶段功率消耗最大和主要受有势力的特征,由质点系动能定理的微分形式证明得出当作用于振动机械上的有势力为平衡力系、平衡状态力系等条件时,维持振动机械正常工作运动所需输入的功率将会降低的基本原理。并且,以振动机械实例验证说明运用该原理确有良好的节能效果,为振动机械设计节能的研究奠定理论基础,对机械设计节能基本原理作以补充。

从力学的角度看热力学规律

对热力学平衡态、强度量、内能和可逆过程等概念 ,与质点、力、势能和质点的运动进行类比后 。

轮辐结构压电式六维力传感器设计

针对机器人对工作环境进行反馈进而实现自动化作业,展开了对压电式六维力传感器的研究。本文选用压电石英作为力敏元件,结合并联分载原理及多点测量原理提出一种8点支撑轮辐式压电六维力传感器结构及其测量原理,它具备强解耦、轻量化、大量程和高固有频率的特点。利用ANSYS软件进行参数化建模,并进行六维力静力学仿真实验,验证了8点支撑轮辐式传感器测量原理。搭建了准静态标定及动态标定平台,对设计的压电式六维力传感器进行标定。实验结果表明,传感器的非线性度<0.5%,维间干扰<4%,固有频率超过6 kHz。轮辐式结构压电六维力传感器可以有效地完成六维力测量并消除维间耦合,满足动态测量需求,为轻量化大量程传感器的设计提供了理论基础和设计依据,对其他类型压电式六维力传感器设计和研制具有重要的参考价值。

关于加速箱内气球运动的演示实验

在透明薄壳箱中设置轻重两个气球,轻者上浮,重者下沉,以固定于上下薄壳箱壁的细丝线系住它们,使两气球的中心的高度大体相等.把此薄壳箱固定于平桌车上,操作者沿着两个气球中心连线的方向加速推动平桌车,两个气球将在等效引力和惯性力的共同作用下作相向或相离加速运动.了解本实验,将使学生对气体热平衡态的概念、对等效原理、对惯性力以及对在非惯性系中处理问题的理解有所帮助.

地下工程平衡稳定理论

地下工程建设的核心,就是围岩与支护共同作用在任何状态或过程都要达到稳定平衡,确保地下工程"基本维持围岩原始状态"。地下工程平衡稳定理论体系是用于实现这一目标的关键。平衡稳定理论,是理论体系的核心;减小对围岩原始结构扰动的地下工程开挖能量最小原理、对具有稳定性缺陷围岩及时支护的强预支护理论、减小连拱隧道与小净距隧道开挖相互影响的隧道受力独立性、确保环境稳定和实现协调平衡的地下工程建设环境稳定与协调平衡理论,是四项关键技术,支撑着整个理论体系。

高放废物地质处置中SHPB的应用

基于SHPB装置可用以衡量地质材料的动力学特性,辨析并研究了该装置在不同测试样品(完整试样与含裂纹试样)之间的测试行为差异性与可行性及采用该装置对含裂纹试样的测试适宜性。深入分析了SHPB试验基本原理,研究了一维应力波假定与应力均匀化假定对SHPB测试装置的必要性。开展了针对含裂纹型材料在SHPB装置下的适用性分析,提出了动态力平衡对于验证这两个基本假定的必要性以及对于数据处理的准确性,获得了SHPB装置同样可以运用于含裂纹型试件的认识。

二维渗流作用下隧道极限支护力的解析研究

基于二维流场理论和极限平衡分析方法,推导了隧道稳定渗流时地层渗流场的解析表达式和维持隧道稳定所需的极限支护力的表达式。重点研究了不同渗流条件下,各种地层参数的变化对孔隙水压力分布及隧道极限支护力的影响规律。研究结果表明,由衬砌渗水和主动排水造成的隧道渗流将导致地层孔隙水压力显著下降,隧道周围地层的有效应力和隧道开挖所需的极限支护力明显增加。当渗水量较小时,地层渗透系数的变化对极限支护力的影响较小,当渗水量较大时,渗透系数的降低会显著减小隧道极限支护力。地层表面和隧道衬砌处水头的差值对支护力的影响明显,支护力随水头差的增大而线性增大。竖向应力分布系数对支护力的影响较小,土体侧压力系数,粘聚力和内摩擦角对极限支护力的影响较大,且影响规律大致相同。水头差保持不变时,支护力随侧压力系数、土体粘聚力和内摩擦角的增大而线性减小。

南水北调东线江苏段用水结构及其时空演变

以南水北调东线江苏段沿线5个城市为研究区,运用信息熵原理和灰色关联理论,分析研究区用水结构演变及其驱动因素。结果表明:2001—2016年研究区5市中扬州市、宿迁市用水均衡度变化最大,用水结构趋向均衡;农作物种植结构、工业增加值比例和第三产业比例是影响研究区用水结构变化的主要驱动力;改善农作物种植结构、优化产业结构是实现农业水资源高效利用与城市用水结构多元化与均衡化的有效调控措施。