一个电动力学矢量公式的分析应用与推广

电动力学的研究对象是电磁场的基本属性,电磁场的运动规律以及它和带电物质之间的相互作用.本文通过探究一个电动力学中的常见问题:已知极化强度求解束缚电荷的体密度,使学生在情境中产生疑难,在疑难中发现新问题,激发学生的认知冲突.在教学过程中,重视知识和方法的应用及迁移,引起学生积极思维,培养学生科学思维和科学探究的能力.

侧前方腰椎椎体间融合术中不同固定系统对腰椎振动力学特性的影响

目的探讨侧前方腰椎椎体间融合术的不同固定系统(侧方钢板固定系统、单侧椎弓根螺钉固定系统、双侧椎弓根螺钉固定系统和经椎小关节固定系统)对人体腰椎在全身振动条件下的振动特性的影响。方法通过有限元方法建立正常腰椎(L1~S1)有限元模型和具有5种不同固定系统的侧前方腰椎椎体间融合术有限元模型。施加了500 N压缩随动载荷和±40 N的正弦轴向垂直载荷,频率为5 Hz,持续时间为0.6 s。结果本研究通过对比固定系统等效峰值应力等相关生物力学数据,发现在全身振动下双侧椎弓根螺钉固定模型产生了较小的应力,例如对比固定系统等效峰值应力的动态响应的峰值和振幅,发现双侧椎弓根螺钉固定模型具体数值分别为13.669、11.518和2.151 MPa,而侧方钢板固定模型的动态响应最大,其峰值和振幅分别为36.209、29.481和6.743 MPa。结论在全身振动下抵抗融合器下沉和保持椎间盘高度能力最强的是双侧椎弓根螺钉固定模型。侧方钢板固定系统模型中产生了非常大的应力,不利于患者的后期恢复和减少并发症。本研究建议,经常处于振动环境中的司机和相关从业人员在进行侧前方腰椎椎体间融合术时建议选择双侧椎弓根螺钉固定系统进行辅助治疗,侧方钢板不建议被单独使用。

高铁车辆间油压减振器特性及对高铁动力学性能的影响

优化车端悬挂及其核心部件对提高高速列车的运行动力学性能具有重要意义。以某动车组车辆间减振器为研究对象,通过分析其阀片式阀系的流量-压力特性,建立了其阻尼特性的参数化模型,并通过产品台架实验验证了仿真结果和理论模型的正确性。基于SIMPACK软件环境建立了该动车组的多体系统动力学仿真模型,研究了车辆间减振器阻尼系数对动车组动力学包括会车响应的影响,结果表明:车辆间减振器能明显地抑制车辆正常运行期间车端的复杂横向振动,提高乘坐舒适性,还能极大地抑制会车期间车体的大幅复杂横向晃动尤其是车体侧滚,并减小轮轴横向力和脱轨系数,增强高速列车的整体性和安全性。所获得的车辆间减振器参数化数学模型、车辆多体动力学仿真模型以及研究结果为下一步该车辆间减振器阻尼特性的动力学优选以及减振器产品本身的优化设计提供了基础。

固体火箭发动机随动推力作用下细长体亚临界试车及动力学失稳临界推力预示

设计了随动推力作用下细长体模拟件试车试验系统,开展固体火箭发动机试车;理论推导了耦合模态频率差-推力关系的多项式,结合亚临界试车数据外推预示失稳临界推力。研究结果表明:理论分析与地面试验结果吻合,只需开展少数几次安全可控的亚临界试车试验,获取系统的振动响应数据,即可准确预测临界推力;亚临界试验验证了随动推力横向分量引起模态间的刚度耦合,对于弯曲振动明显的细长体飞行器,推力对结构的影响应视为随动载荷。

动载作用下复合岩体力学失稳机制与损伤本构模型研究

为探究不同层理倾角复合岩体的动载响应特性,利用WDW-300E伺服压力试验机和分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验系统对不同层理倾角的复合岩体进行压缩试验和动态冲击试验,基于静载结果对比了动力冲击下复合岩煤(rock coal,R-C)和复合煤岩(coal rock,C-R)的动态强度、能量耗散以及破坏模式。考虑到介质弹性模量和强度的非均质性,通过二次开发得到弹性损伤本构模型,最后建立了考虑复合岩体宏细观损伤的本构模型。试验、模拟和理论分析结果表明:在静载条件下随着层理角度的增加,复合岩体应力峰值表现出明显倒U型变化,其弹性模量逐渐增加而峰值应变在逐渐减小。动载作用下复合岩体R-C和C-R峰值应力、应变和能量耗散值随着角度的增加均表现为先减小后增大,复合岩体R-C的应力、能量耗散值和弹性模量值大于复合岩体C-R,而复合岩体R-C的应变值普遍小于复合岩体C-R。在动载冲击作用下复合岩体在层理倾角为0°和90°时破坏形式主要为劈裂拉伸,吸能率较高破碎块度相对较小,在30°、45°和60°则主要为剪切和拉伸混合破坏,吸能率较低破碎块度相对较大。利用弹性损伤本构模型再现了不同层理倾角下复合岩体内部损伤过程和能量演化。构建了同时考虑复合岩体宏细观损伤的本构模型,其与试验和模拟结果均可以较好地吻合,验证了构建模型的正确性。

降雨入渗与采动卸荷耦合下裂隙岩体力学特性及裂隙演化规律研究

降雨影响下,雨水渗入岩体内部会导致其含水率和孔隙水压增大,使得岩体原有节理面快速演化、扩展和贯通。此外受矿山采动卸荷耦合作用,岩体极易诱发严重边坡灾害。以江西德兴铜矿为背景,运用PFC离散元方法对不同含水状态、孔隙水压力下的含裂隙岩样进行数值模拟,结果表明:①随着含水率的增加,岩石抗压强度逐渐降低,饱和岩石降幅为56.33%,横向扩容变形显著,增幅为69.06%,岩石张裂特性明显,破坏模式由拉伸破坏转为剪切破坏。②随着孔隙水压力的增大,岩石抗压强度降低,含2MPa孔隙水压力降幅为21.74%,岩石颗粒之间黏结力减弱并形成局部应力集中现象,主要表现为岩石原有裂隙的扩展和贯通。研究结果可为边坡开采与围岩支护提供必要的理论支撑,确保矿山边坡安全与稳定。

汽车钢板弹簧多体动力学建模及动特性仿真研究

汽车悬架系统常用的弹性元件钢板弹簧,既是弹性元件,又是传递纵向、侧向地面作用力的传力元件,进行动力学建模时存在一定难度。文章从多体系统动力学的角度出发,建立了钢板弹簧的多体动力学模型,并应用机械系统动力学仿真软件ADAMS对其动特性进行了计算机仿真,仿真分析的结果与试验数据基本吻合。

依诺沙星药代动力学和体外抗菌活性研究

健康志愿者6人口服依诺沙星(ENX)400mg,用反相高效液相法测定给药后12小时内血药浓度以研究其药动学特征,同时测定ENX对797株临床分离致病菌的体外抗菌活性。 色谱条件,流动相为甲醇:0.008mol/L磷酸缓冲液:0.5mol/L四丁基溴化铵(25:75:4,V:V:V,pH2.85)。紫外检测波长275nm,0.04AUFS,流速为0.8ml/min,反应STD。本方法线性范围为0.0625～4μg/ml,r=0.9977。 ENX对所试革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌均有良好抗菌活性,抑菌率均>65％。 口服ENX400mg后,药物在体内的转运过程符合一级动力学一室开放模型。Tmax,Cmax分别为2.12h和2.47μg/ml,T 1/2Ka、T 1/2Ke分别为1.22和2.35h,Vd为3.07L/Kg,CL为0.86L/h.kg,说明口服后药物吸收迅速,可达较高浓度,且广泛分布于全身多数组织和体液中。

真空断路器新型电机操动机构的多体动力学仿真

为提高断路器的可靠性,研究了一种新型的电机机构,该电机机构具有结构简单、体积小、响应快且运动过程可控等优点,研究重点为在电机机构操作下真空断路器的分/合闸机械特性。结合40.5 kV配电机机构的真空断路器,采用多体动力学仿真软件(automatic dynamic analysis ofmechanical systems,ADAMS)建立真空断路器新型电机机构的虚拟样机模型,对断路器的分/合闸过程进行仿真分析。由动态仿真得到电机转角与动触头行程的对应关系、断路器动触头的行程及速度特性曲线等,同时对断路器进行分/合闸操作实验,通过安装在转轴上的扭矩传感器及绝缘拉杆处位移传感器测得相应的运动特性,并将仿真结果与实验结果进行对比分析,仿真模型的输出特性与实验结果吻合较好,表明虚拟样机模型是有效的。

刚-柔体动力学方程的保辛摄动迭代法

针对刚-柔体动力学方程,提出保辛摄动迭代算法.该方法把刚-柔体动力学方程的低频运动和高频振动分开处理,用保辛摄动的思想来处理低、高频耦合作用,从而可以采用较大时间步长进行数值积分,即可给出满意的数值结果,很好地解决了刚性积分问题.数值算例表明该方法是可行的.

右美托咪定预充对心脏手术患者体外循环期间血流动力学的影响

目的:评价右美托咪定预充对心脏手术患者体外循环(CPB)期间血流动力学的影响。方法:将择期行二尖瓣和主动脉瓣置换术的风湿性心脏病患者80例,按随机数字表法分为对照组(C组)和右美托咪定组(D组),各40例。全麻下D组患者预充液中加入右美托咪定1μg/kg,C组患者预充液中加入等量氯化钠溶液。观察两组患者CPB前并行阶段的平均动脉压(MAP)和心率(HR);观察两组患者CPB期间升压药(间羟胺)和降压药(酚妥拉明)的使用量、降压药使用前后的MAP变化和两次用药间隔时间;记录两组患者CPB期间的麻醉药物使用量;于麻醉诱导前5 min(t_1)、CPB前5 min(t_2)、CPB 30 min(t_3)、CPB 60 min(t_4)、CPB结束(t_5)、术后2 h(t_6)、术后12 h(t_7)和术后24 h(t_8)测定两组患者的血清白细胞介素-6(IL-6)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)水平;观察两组患者心脏复跳时间、复跳例数及心律失常(室颤)发生情况,前/后并行循环时间和主动脉阻断时间,心脏复跳后各时段的多巴胺使用量及心动过缓的发生情况。结果:与C组比较,D组患者CPB前并行阶段的MAP明显升高、HR明显降低,间羟胺和酚妥拉明的使用量明显减少,两次用药间隔时间明显延长,CPB期间的咪达唑仑和丙泊酚用量明显减少,差异均有统计学意义(P<0.05)。CPB转流后两组患者血清IL-6和TNF-α水平随时间逐渐升高,至CPB结束时(t5)达到最高;与t_1比较,两组患者在t_3~t_8时点的血清IL-6和t_2~t_8时点的血清TNF-α水平均明显升高;与C组比较,D组患者在t_4~t_7时点的血清IL-6和t_3~t_7时点的血清TNF-α水平均明显降低,差异均有统计学意义(P<0.05)。两组患者心脏复跳时间、复跳例数、复跳后室颤例数、前/后并行循环时间和主动脉阻断时间比较,差异均无统计学意义(P>0.05)。两组患者心脏复跳后多巴胺的使用量随时间逐渐减少,但各时段组间比较差异均无统计学意义(P>0.05)。复跳后两组患者均未见心动过缓现象发生。结论:右美托咪定1μg/kg加入到预充液中可有效预防心脏手术患者CPB开始时的一过性低血压,同时可减轻其CPB期间血压的升高现象。

基于多体动力学的弹簧操动机构的动态特性研究

利用多刚体系统动力学理论建立弹簧操动机构的动力学模型,研究弹簧操动机构在合闸过程中的动态特性,提示其运动学和动力学规律,然后基于ADAMS建立了该弹簧操动机构的虚拟样机,实现对该机构动态仿真分析,并对其动态特性进行分析研究。通过对弹簧操动机构的数值计算和动态仿真分析研究及两种方法分析结果的相互验证,为弹簧操动机构的动态优化设计和可靠性设计提供了理论基础。

用多体动力学方法分析五连杆非独立后悬架的随动转向特性

对五连杆非独立后悬架随动转向特性的机理给出了直观的力学解释,并对后悬架的横向力进行分析;采用多体动力学ADAMS软件分别建立了后悬架的运动学和整车的动力学仿真模型,并进行了相应的仿真。结果表明:横向推力杆相对后轴的前、后位置基本确定了该类后悬架的随动过度转向特性和不足转向特性;两个斜置上拉杆的布置和衬套弯曲刚度对后悬架的随动转向特性有一定影响。实车试验验证了模型的正确性。

有相对运动多体动力学系统流动计算方法若干问题讨论

对应用非结构动网格技术数值模拟有相对运动多体动力学系统的流动现象时发现的若干问题进行了讨论。应用动网格技术求解均匀流场,验证了几何守恒律方程离散形式对流场计算精度的重要性,还发现格式时间精度越高、网格运动速度越接近声速,几何守恒律的作用越明显;采用类似于可控轨迹实验的准定常计算方法和非结构动网格技术,分别对超声速气流中物体运动的动力学过程进行了数值模拟,通过流场和运动特性比较和理论分析,指出准定常计算方法本质上无法反映非定常流动特征,即使时间步长趋向零也不会趋向于真解;还讨论了数值模拟非定常流动的双时间法,分析时间推进步长对解的影响,随着时间步长减小解的误差降低,但是这一方法与动网格技术结合解决多体分离问题有难度。

肿瘤患者个体差异对卡培他滨药物代谢动力学影响

目的:研究个体差异(性别、年龄、体表面积及体质量)对肿瘤患者体内卡培他滨的药代动力学的影响,为临床合理使用卡培他滨提供依据。方法:选取76例不同类型肿瘤患者为研究对象,餐后口服卡培他滨片0.6 g(0.15 g,4片)后进行多点采集血样,HPLC-MS/MS检测受试者给药后血浆中的卡培他滨及其活性代谢物5-氟尿嘧啶(5-FU)的血药浓度,Phoenix WinNonlin7.0软件计算卡培他滨和5-FU的药动学参数AUC 0-∞和C max,研究性别、年龄、体表面积及体质量与卡培他滨及5-FU药动学的相关性。结果:男性卡培他滨C max比女性高49%,卡培他滨AUC 0-∞及5-FU的C max和AUC 0-∞值在性别之间没有区别。受试者年龄(26~65岁)与卡培他滨C max负相关(P<0.05),而与卡培他滨AUC 0-∞及5-FU的AUC 0-∞和C max无相关性;不同体表面积(1.28~2.01 m 2)患者卡培他滨的AUC 0-∞和C max值无明显差异,而5-FU的AUC 0-∞和C max随着体表面积的增加而减少。不同体质量(45.0~83.0 kg)患者体内卡培他滨的AUC 0-∞和C max的值无明显差异,但5-FU的AUC 0-∞和C max差异具有统计学意义(P<0.05)。结论:现有研究对象结果显示不同的个体差异因素对于卡培他滨的药动学影响不同。其中,性别和年龄主要影响卡培他滨吸收,而体表面积和体质量是卡培他滨的代谢过程主要影响因素。

盘式制动器振动的多体动力学分析

为准确计算盘式制动器的振动频率 ,采用多柔体动力学分析方法 ,研究制动器摩擦引起的非线性振动。首先应用有限元软件ANSYS ,生成制动器柔性体零件 ,然后在多体动力学软件MSC ADAMS中 ,通过施加约束、力以及摩擦片和制动盘之间的滑动接触 ,建立盘式制动器柔性体模型。模型研究结果表明 ,增加摩擦片阻尼抑止了制动盘的振动。

考虑弹簧阻尼作动器解析雅可比矩阵的多刚体动力学分析

弹簧-阻尼-作动器(spring-damper-actuator,SDA)是多体系统中常见的力元,在工程领域中有着广泛的应用.采用绝对坐标方法建立的多体系统动力学控制方程通常是复杂的非线性微分-代数方程组.为了保证数值解的精度和稳定性,通常需要采用隐式算法求解动力学方程,而雅可比矩阵的计算在隐式数值求解过程中至关重要.对于含有SDA的多体系统,SDA造成的附加雅可比矩阵是与广义坐标和广义速度相关的高度非线性函数.目前的很多研究工作专注于广义力向量的计算,然而对附加雅克比矩阵的计算则少有关注.针对含SDA的多刚体系统进行动力学分析,首先基于Newmark算法研究其在动力学方程求解中的雅可比矩阵的构成形式;然后推导SDA的广义力向量对应的附加雅可比矩阵,其中包括广义力向量对广义坐标和对广义速度的偏导数矩阵.最后通过两个数值算例研究附加雅可比矩阵对动力学分析收敛性的影响;数值分析表明:当SDA的刚度、阻尼和作动力数值较大时,SDA导致的附加雅可比矩阵对数值解的收敛性有重要影响;当考虑SDA对应的附加雅可比矩阵时,动力学分析可以以较少的迭代步实现收敛,从而减少分析时间.

利用动力学去耦合脉冲增大和调节量子相干性和三体纠缠

本文研究了动力学去耦合脉冲对腔量子电动力学系统中量子相干性,量子失谐和量子纠缠的影响,发现动力学去耦合脉冲不仅能够增大系统中两原子之间的量子相干性,同时也能增大它们之间非经典关联(量子失谐和量子纠缠).另外,凭借迹距离的方法,探讨了动力学去耦合脉冲增大两原子之间量子相干性的原因,通过探究可以看出动力学去耦合脉冲能够控制和加速量子信息从其他子系统回流到两个原子中去,并减少两原子子系统和其他子系统之间的量子信息流动,从而增加两原子间的量子相干性和非经典关联.最后,利用保真度的方法研究了系统中三体纠缠出现的情况,结果显示在不同的时间,系统中会出现三体纠缠,特别值得指出的是,可以通过动力学去耦合脉冲来调节和增加系统中三体纠缠出现的时间.

火箭海上动平台绳缆起竖动力学研究

针对火箭在海上动平台起竖过程中受摇荡运动影响较大的特点,提出卷扬机驱动绳缆的方式对火箭进行起竖。研究基于多体系统动力学方法和船舶耐波性理论,搭建火箭海上动平台绳缆起竖系统模型,采用两根绳缆对称安装的方式进行布置,起竖过程考虑海况对动平台摇荡运动的影响,对不同海况条件下的动力学响应进行研究,分析绳缆的受力情况和起落架运动情况,并与油缸起竖动力学响应进行对比。结果表明:使用绳缆对火箭进行起竖,其受力振荡幅值随海况等级加剧而增大,钢丝绳最大应力值约为460 MPa,可以满足使用要求;绳缆起竖相较于油缸起竖受力平稳,且单位质量有效载荷所需最大动力仅为油缸起竖所需动力的39.4%,起竖效率更高。研究结果可为海上动平台起竖方式的多样性选择和平台抗风浪设计提供参考。