用单摆测量液体粘滞系数的实验设计与讨论

基于单摆的阻尼振动设计了一种新颖的方案来测量液体粘滞系数,对实验原理与实验过程进行了详细阐述,以空气、水和菜籽油作为被测对象进行了实验,测出常温下空气、水和菜籽油的粘滞系数分别为8.78×10^(-4) Pa·s、2.30×10^(-2) Pa·s和1.06×10^(-1) Pa·s.该方案既可解决“落球法”测液体粘滞系数实验的不足,也可以生动直观地显示液体的粘滞阻力对小球运动的影响,加深学生对物理概念与规律的理解,培养学生的创新意识与能力.

变曲率摩擦摆隔震LNG储罐的地震响应分析

为了避免长周期地震动作用下隔震液化天然气(liquefied natural gas,以下简称LNG)储罐共振现象的发生,提出一种新型变曲率摩擦摆系统(Variable Curvature Friction Pendulum System,以下简称VCFPS)。以某16×10^(4)m^(3)LNG储罐为背景,建立其简化力学模型,利用拉格朗日方程推导相应的运动控制方程,对长周期地震动作用下LNG储罐的隔震性能进行分析。研究结果表明:无论长周期地震动还是短周期地震动,变曲率摩擦摆隔震LNG储罐可以有效地控制基底剪力,但不能降低液体晃动波高。在0.06~0.08摩擦系数范围内,基底剪力达到最优;在0.06~0.12摩擦系数范围内,液体晃动波高变化不显著。随着平衡位置附近滑动面水平段长度增大,液体晃动波高显著降低。由此可见,合理选取VCFPS的力学性能参数,有利于LNG储罐抗震设计。

非满载罐体液体冲击等效机械模型参数确定

为了获得指定罐体形状和充液比条件下的钟摆模型参数值,采用类比分析方法推导了钟摆摆线长度参数和液体冲击频率的关系;采用假设和类比分析相结合的方法推导了钟摆小球质量参数和液体冲击力的关系.在此基础上,借助不同仿真条件下的液体自由振荡FLUENT软件仿真结果拟合得到钟摆模型参数关于罐体形状和充液比的多项式函数.FLUENT仿真和钟摆模型数值计算获得的液体冲击力绕罐体上某点的力矩表明:本文提出的方法能够获得精确的钟摆模型参数值,模型参数的拟合值与实际值的误差均在±4%范围内.

起竖控制仪的设计

某大型设备要求由水平状态起竖到垂直状态，本文主要介绍系统的方案，起竖架回转轴的自动调平、起竖过程的信号检测及过程控制。

密闭腔内气流的摆特性

本文提出气体摆新概念.论述浮升力与气流的摆特性,气体摆与固体摆的类比。

液体摆检测电路的设计

为解决液体摆检测电路存在的缺点,采用了集成电路代替模拟电路的方法,并结合微机自动检测等技术,设计出了一种具有元器件少、可靠性高、速度快、精度高以及显示直观形象的新型检测电路,实验证明:该电路达到了设计要求。

三维充液航天器的位置和姿态联合控制

考虑充液月球着陆器悬停避障阶段的控制问题,采用三维球摆作为液体晃动部分的等效模型.针对球摆与刚体耦合的三维动力学模型,给出动力学模型的矢量方程及各矢量在本体系的投影坐标,设计位置和姿态联合控制器.所设计的控制器可以稳定航天器刚体的位置和姿态,且只依赖刚体的位置和姿态,不依赖晃动角或者动力学方程,利于工程应用.利用LaSalle不变原理分析闭环系统的稳定性,给出期望姿态为竖直时系统渐近稳定的控制器参数选择依据.最后数值仿真验证控制方法的有效性.

半挂式液罐车防侧翻控制策略开发

针对罐内液体晃动与车辆运动之间的耦合作用导致半挂式液罐车侧倾稳定性低,易发生侧翻等问题,本文中提出了半挂式液罐车的防侧翻控制策略。采用等效单摆模型模拟罐内液体晃动的动态过程,并进行参数辨识,进而建立了半挂式液罐车整车动力学仿真模型。基于半挂式液罐车6自由度线性简化模型设计了LQR防侧翻状态反馈控制器,并通过差动制动产生附加横摆力矩。利用所建立的半挂式液罐车仿真模型进行仿真,对比了有、无控制的转向盘转角阶跃工况状态响应。结果表明,所建控制策略可有效防止半挂式液罐车侧翻。

大型平铺贮箱卫星的液体晃动模型与晃动力矩分析

针对高轨气象卫星的远地点发动机点火过程中贮箱内液体晃动与星体耦合动力学问题,根据流体力学及小幅液体晃动理论,建立可等效的液体晃动力学模型和姿态耦合动力学模型,分析了大型平铺贮箱内液体晃动产生的干扰力矩。研究表明:在远地点发动机点火阶段,液体晃动对卫星将产生较大干扰力矩。

大型机电设备故障诊断装置自检的实现

为了提高大型机电设备故障诊断装置诊断结果的可靠性,给诊断装置增加了较完善的自检功能。本文重点论叙了诊断装置中的IO板部分、A/D板部分、液体摆调平部分及其相关电路自检的软、硬件实现。

借助单摆阻尼振动实验解释台风掀屋顶现象

根据单摆在垂直于风速方向做自由阻尼振动的原理,用房屋模型做模拟实验,测得单摆做阻尼振动的时间,确定了台风经过房屋时开窗和闭窗的两种情况下,屋顶及窗口处风速大小的定性关系;推得其振动周期随风速增大而增大的定性结论;指出屋内压强的变大是台风掀屋顶现象的主要原因。

大坝变形监测自动化中的几个问题

指出了大坝变形监测系统中自动化监测与人工观测方法的差异,对引张线自动监测系统的构建方法进行了论述;通过分析说明了试图采用双向引张线监测垂直位移尚不可取;分析表明,引张线端点外延将明显降低引张线准直系统的精度,长的引张线应避免采用端点外延布置;采用相对测量方法、配合双金属管标的液体静力水准系统是一种灵活、简便的高精度垂直位移自动化监测系统;分析比较测斜仪和垂线的精度表明,试图利用测斜仪来取代垂线的想法是不可行的。

再谈变形监测自动化中的几个问题

指出了大坝变形监测的重要性,阐明了不仅应重视新建工程的变形监测,更应加强老坝的改造及其自动化;通过分析说明了坝顶水平位移"常规"布置的缺陷,及其对资料分析带来的不利影响;分析现有各类变形监测仪器表明,它们均有各自的应用范围和使用条件,应根据工程的实际需求来合理选用;采用间接测量方法的测斜仪和类似仪器,在设计布置时应预计其可能达到的测量精度和测量对象的变化幅度,以期满足资料分析的精度要求;自动化监测系统,特别是变形自动化监测系统的精心管理和维护,是保持测值可靠、系统稳定运行的关键。

基于液体摆的双轴电容式倾角传感器

为了克服现有倾角测量传感器制作工艺复杂、价格昂贵和操作困难的缺点,根据液体在电极间流动时电容的变化,设计了一种液体摆双轴电容式倾角传感器,推导了传感器的偏转角度与电容值之间的关系模型,并对传感器在单轴和全方位偏转角度下的响应进行分析。测试结果表明,此传感器在内轴和外轴上的灵敏度分别为0.021 5 pF/°和0.034 7 pF/°,测量精度达到了0.3°和0.4°,双轴测量范围为±70°,响应时间小于0.5 s。其在室温下性能稳定、受振动干扰较小,能够精确检测机械臂的偏转状态。由于采用聚合物材料一体成型,该传感器成本低、制作方便,具有广阔的应用前景。

基于流固耦合的罐式半挂列车液体模型构建研究

为研究罐式半挂车行驶过程中由于液体晃动而导致的车体受力情况,本文基于流固耦合理论,建立等效力学模型近似模拟液体晃动,可以在保证模型准确描述罐内液体受力变化的前提下,简化计算过程。本文首先根据能量守恒定律和牛顿第二定律建立起流固耦合方程,为提高求解效率,将其转化为矩阵求解方式;其次通过对不同充液高度的非满载罐中液体的晃动和液体质心运动轨迹进行研究,建立椭圆摆的运动方程,得到罐内液体质心运动的等效机械运动模型的动态轨迹;最后采用MATLAB的ODE算法进行求解,得到振荡频率和振幅的关系,为罐式半挂车侧翻特性及预防控制研究奠定了基础。

燃料消耗下充液航天器等效动力学建模与分析

在轨航天器贮腔内的液体可能表现出多种不同的运动模式,主要包括液体相对于贮腔的整体性刚体运动、自由液面横向晃动、液体起旋后逐步发生明显的旋转晃动及液体自旋运动;复合三自由度刚体摆晃动模型能够较为全面地描述这些液体运动模式,同时为研究起旋阶段的液体晃动动力学问题提供了有效手段.本文对非线性液体晃动刚体摆复合模型作进一步发展,考虑模型等效参数随贮腔充液比的变化,提出了变参数的刚体摆复合模型,该模型适用于研究燃料消耗下非线性晃动类充液航天器大范围运动耦合动力学问题.采用刚体摆复合模型对球形贮腔内的液体晃动进行等效后,基于混合坐标意义下的拉格朗日方程推导了一类充液航天器轨道-姿态-晃动全耦合的动力学方程组,并展开了充液航天器大角度三轴稳定姿态机动和零冲量轨道机动仿真以及航天器耦合动力学响应特性分析.研究表明:液体相对于贮腔的运动会造成航天器主刚体位置发生偏移,当航天器在执行零冲量机动时,燃料消耗会造成航天器的轨道平动速度无法收敛到零;贮腔偏心布放时,航天器在执行轨道机动过程中贮腔内液体易发生剧烈而且形式复杂的晃动行为,进而可能造成航天器刚体运动的不稳定.

基于加速退化试验的航天液体摆可靠性研究

随着国防装备的快速发展,对型号的可靠性和寿命提出了更高的要求。为满足型号的高可靠、长寿命要求,可靠性试验成为目前研究的重点。以火箭发射平台所用的液体摆水平传感器为研究对象,分析液体摆在环境温度应力作用下的失效原因;选择适用的加速退化模型,建立一种基于加速性能退化的可靠性模型,并通过试验评估进行论证。

基于液体摆的柱面电容式倾角传感器

为实现平地机水平自动调整,设计并制作一种柱面型差动电容倾角传感器。该倾角传感器以两个半圆柱面为固定电极、水银为移动电极,分别构成两个电容即为差动电容传感器。当电容传感器倾角改变时,两个电容的值发生相反的变化。采用AD7150电容数字转换芯片,将两个电容的模拟电容值转换成数字值,由单片机进行处理获得电容差值与倾角的关系。理论和实验表明,倾角传感器有良好的线性度和宽的测量范围,且该方法可以获得较高的精确度,误差为:±0.30°,相关系数R2=1。在20℃~30℃温度范围内,温度对传感器倾角检测影响很小,可以不计。

大型储液罐摩擦摆基底隔震控制分析

针对弹性钢制圆柱储液罐,基于Haroun-Housner模型,将连续流体质量等效为3种集中质量,分别为:对流质量、脉冲质量和刚性质量,与这些集中质量连接的相应刚度取值依赖于储罐壁和流体质量。在水平地震激励下,在储罐底部加摩擦单摆支座,给出了简化的液体-储罐-隔震支座的力学分析模型,建立了摩擦摆支座基底隔震体系的振动控制方程,并利用Newmark逐步积分法对控制方程进行了数值求解,研究了摩擦摆支座基底隔震的储液罐地震反应,验证了FPB隔震的有效性。

Housner模型在隔震储罐计算中的适用性研究

隔震储罐的抗震性能分析中,底部剪力和隔振层位移是两个重要指标。Housner模型是储罐抗震设计中常用的液体简化模型,其在计算储罐底部剪力时有良好的准确性,并被广泛验证,但是对于隔振层变形的计算效果鲜有研究。运用实时子结构试验方法,对四条地震激励下的不同摩擦系数的摩擦摆隔震储罐进行了试验研究,并通过Housner模型代替试验储罐对各个工况进行了仿真。分析结果表明:地震荷载作用下,Housner模型用于储罐底部剪力计算时准确性较高,与实验结果相比平均误差仅为11%。但是在隔振层滑移位移的计算中与实验结果差距较大,平均误差为22%,最大误差超过30%。