An Exact Solution for Two-Dimensional Frictionless Motion in the Atmosphere

A solution of the nonlinear problem for determining the wind velocity in frictionless atmosphere (the gradient wind) under given geopotential (pressure) field is proposed. The approach is analytical and is based on quadratic polynomial approximation of the geopotential field and linear approximation of the wind velocity field with respect to x and y, the coefficients of the expansions being functions of the time t. The derived system of ordinary nonlinear differential equations is analyzed as a dynamical system. Exact analytical solutions are found for some particular cases. Some of their properties bear a resemblance to those or really existing atmospheric vortices (cyclones and anticyclones).

Paidia的消逝:从电子游戏商品透视当代消费-劳动的诱惑修辞

凯洛瓦将游戏置于Paidia-Ludus这一连续光谱中,并强调其中Paidia蕴含的自由与愉悦玩耍本能。而在电子游戏商品日趋普遍的现实里,凯洛瓦意义上的Paidia向度日趋消逝直至蜕化为诸如游戏化的修辞,并同时成为消费-劳动过程中的驱动话语:其一,电子游戏作为数字资本主义的理想商品,虽然声称以玩家的愉悦玩耍体验为目的,但是其消费设计却并非意在形成一个玩耍本能的释放空间,而是构成一个与玩耍本能有些许交错但本质在于使欲望增殖并将其变现的控制场域;其二,电子游戏商品因其具备双重“确定的可能性”,即其作为商品在被购买前所具备的确定的可能性与其作为电子游戏本身所具备的确定的可能性,成为无摩擦资本主义视域下的消费润滑剂,Paidia蕴含的自由与愉悦玩耍内涵在此蜕化为鲍德里亚意义上泛化的“娱乐道德”;其三,游戏化概念基于电子游戏商品普遍化的现实被抽象出来,并流行于营销、教育、培训等领域,不仅反过来重塑了一般消费品的营销逻辑,更为一种精巧的管理与组织技术作了掩护,无批判地接受这种游戏化修辞,反而削弱了Paidia向度下自由与愉悦的游戏所蕴含的创造性力量。

气浮活塞优化设计及其径向承载力试验研究

对于气缸的高精度伺服控制而言,从根本上消除摩擦力具有重要的意义。气浮活塞是气浮无摩擦气缸的重要构成部件。在气缸的运行过程中,气浮活塞的径向承载力不足会引发活塞与缸筒内壁接触,致使气体润滑失效。为了提高无摩擦气缸中气浮活塞的径向承载性能,期望在实现更大承载力的前提下尽量减少耗气量,采用有限元仿真与试验相结合的方法,开展了气浮活塞径向承载力的研究工作。首先,采用Fluent软件仿真分析了供气压力、偏心率和节流孔直径等参数对气浮活塞径向承载力和耗气量的影响;然后,在综合考量后,优选出了气浮活塞的节流孔径,并以此加工出了气浮活塞样机;最后,为了测试实际情况下不同供气压力和偏心状态下的气浮活塞的径向承载能力,设计并搭建了一套以气浮无摩擦气缸作为加载装置的高精度径向承载力检测装置。研究结果表明:从定性的角度上看,仿真和试验结果趋势一致;从定量的角度上看,试验结果与仿真结果的吻合度在90%以上。该研究可为采用Fluent软件仿真研究气浮活塞径向承载力的准确性提供依据,为后续仿真模型的修正提供一定的指导。

基于ANSYS Workbench的球头螺栓简化仿真分析方法

随着计算机辅助开发技术的发展和日渐成熟,选用有限元技术在产品设计开发前期,可以对机械产品进行多种实际工况的模拟。ANSYS Workbench作为一款专用的仿真应用软件,越来越多地应用于实际工程设计中,极大地提高了产品开发效率,缩短了开发周期。对于回转件等对称构件,仿真过程中可以通过采用剖分的方法来简化仿真模型,降低网格划分数量,从而缩短仿真计算的时间。针对常见的汽车用球头螺栓进行仿真分析,通过实验室现场试验来验证整体仿真参数设置和约束加载的合理性,进一步地采用剖分面无约束、剖分面固定约束和剖分面无摩擦约束3种方案来对比分析整体仿真的结果,最终确定剖分面无摩擦约束能够很好地映射整体仿真的结果。运用ANSYS Workbench软件对球头螺栓进行模拟仿真分析计算可以缩短试验设计流程,实现零件优化设计的快速反馈,减少物理样机的试验和设计成本,同时为类似产品设计开发提供借鉴和参考意义。

气悬浮无摩擦气缸的结构多目标优化设计

为了优化模态测试悬挂系统中气悬浮无摩擦气缸的结构参数,建立了活塞和缸壁间隙内的气体压力分布、气体泄漏流量和活塞径向承载能力的数学模型,提出一种基于非支配排序遗传算法(NSGA-II)的气缸-活塞优化设计方法。以气缸结构参数作为优化变量,以降低泄漏流量和提高径向承载能力为设计目标,等价转化目标函数,并将气体流动的复杂非线性方程组转化为约束条件进行处理。该方法能够获得目标空间内分布均匀的Pareto最优参数集,全面掌握活塞结构参数的最优取值。试验结果表明,优化后的气缸能有效地降低摩擦力,减小气体泄漏流量,从而验证了该方法在工程应用中的有效性。

基于Fluent的无摩擦气缸活塞结构设计仿真

针对现有气缸-活塞结构径向承载力低、耗气量大以及工作失稳等问题,结合空气轴承的设计思路,提出了一种新颖的无摩擦气缸活塞的设计方法。利用流体仿真软件Fluent,建立了无摩擦气缸活塞的流体模型,并得到了气膜沿活塞轴向的压力分布情况;同时,采用传统理论计算与Fluent仿真计算进行了对比研究,得到了活塞偏心率与径向承载力的关系。研究结果表明,传统理论计算与Fluent仿真计算结果基本吻合,后者在偏心率处于（0.1~0.3）范围内时,承载力计算误差低于3.2%;并且偏心率越小,仿真计算误差越小,说明利用Fluent对气缸活塞结构设计具有正确性以及可靠性。

零重力模拟气动悬挂系统的开发及关键技术

为了模拟低频空间结构动力学测试时的零重力环境,研制出一种高精度的气动悬挂系统,解决了系统设计中的气动关键技术问题.从系统设计角度分析了试验装置的工作原理和系统参数对垂直悬挂频率的影响,以指导系统的低频设计.基于空气静压润滑的原理,设计了内部供压节流孔支撑的无摩擦气缸以消除系统的摩擦力,建立了活塞和缸筒间隙内气体泄漏流动和径向承载能力的数学模型,并分析了结构参数对其性能的影响,指出影响气缸性能的关键因素是活塞间隙和节流孔尺寸.利用比例阀构建了压力控制系统以实现高精度的重力补偿.试验结果表明,该气动悬挂系统可以满足低频、高精度和无摩擦的设计要求,验证了方案的可行性和有效性.

自然对流边界层中湍流的发生

自然对流边界层中从层流到湍流的转捩经历了浮力振型、无摩擦振型和黏性振型的三重流动不稳定性相继产生的前转捩过程,以及近壁迅速出现强湍流源,随之平缓地向自模拟的湍流边界层过渡的热转捩过程.浮力振型在修正Grashof数G>40时开始失稳并成为主要振型,在振幅分布中3种振型的临界层位置处出现3个峰值;在G>100时浮力振型消失,无摩擦振型失稳并成为主要振型,振幅分布中在近壁区还出现黏性振型的峰值;在G>170时无摩擦振型经非线性演化在外层形成较弱的湍流,但内层黏性应力仍远高于湍流应力,振幅分布中仅有与黏性振型相应的峰值,在频谱中黏性振型的基频、第一、第二、第三阶亚谐频随G的增加相继出现,此时黏性不稳定波的高频成分已转化为湍流,但低频成分仍按线性规律增长,直至湍流惯性子区开始形成;至G>800时黏性振型消失,并在G=850附近时近壁区出现强湍流源,湍流应力、湍能产生项和近壁湍流热流率剧增.在热转捩后期,湍流应力和湍能产生项明显下降,流动在内外层趋于平衡.

金属密封无摩擦阻尼器介绍及工程应用

无摩擦金属密封阻尼器(FRICTIONLESS HERMETIC DAMPER)区别其它普通抗震阻尼器的特性,表现在阻尼器相对运动过程中几乎没有摩擦力产生。由于金属波纹管密封件的采用,金属密封阻尼器可以提供更大的功率,产生的热量随时平衡消散,可以承受更高的内部温度而不破坏,阻尼器的耐久性、稳定性大幅提高。这类阻尼器可以用于振动幅度很大、频率较高的外界环境下。在土木工程领域已有部分项目采用这类阻尼器,如伦敦千禧桥、芝加哥凯越酒店TMD系统等。在这类阻尼器应用过程中,对于普通阻尼器有些情况并不适用,而应采用可以提供更高功率的金属阻尼器。

间隙和刚度对数控机床伺服进给系统精度影响

为了探究传动链间隙和传动刚度与数控机床伺服进给系统精度的关系,针对某数控机床进给系统,通过数学建模方法,建立了等效的二自由度力学模型.考虑传动链中间隙、轴的扭转刚度、丝杠螺母副的接触刚度、丝杆的轴向刚度等因素,通过MATLAB/Simulink仿真,分析了传动链中间隙及其刚度变化对工作台输出的影响.得到传动链的刚度对机床工作台反应灵敏性及稳定性的影响规律.结果表明,传动链的刚度取合适值,才能保证工作台具有较快的响应速度和较好的稳定性;传动链中间隙的存在会严重影响工作台定位精度.

新型双作用气浮气缸优化设计及其工况分析

由于普通气缸摩擦力存在时变性和不确定性,故其摩擦力无法准确获取,难以实现气缸高精度的力伺服控制。基于静压气体润滑原理并结合空气轴承结构,构建了一种带有环形卸压槽的新型双作用气浮无摩擦气缸,实现了气缸活塞与缸筒内壁间的非接触无摩擦。该气缸的气浮活塞具有独立供气的特点,解决了传统气浮气缸往复运动过程中两腔气压变化时气浮活塞承载力不够而引起的活塞与缸筒接触产生摩擦的问题。采用Fluent软件仿真分析了偏心量、节流孔径、气膜厚度等因素对气浮活塞径向承载力和耗气量的影响,得出了多种气膜厚度下最优的气浮活塞节流孔径;研究了偏心量、供气压力对此最优节流孔径的影响,发现了其随偏心量增大而减小、随供气压力增大而增大的规律;开展了不同工况下活塞-活塞杆组件在缸筒中非接触无摩擦运动时的受力情况分析,得出了气缸空载工况时最低供气压力以及加载工况时最大外负载力与供气压力的关系式。研究结果可为该气浮活塞外径和节流孔径参数的选取、供气压力的确定提供参考,进而达到不同工况时满足径向承载力要求后的耗气量尽可能少的目的。

不同锚固角加锚无摩擦节理面剪切试验研究

为进一步阐明锚固角对锚固节理抗剪作用的影响,开展了无摩擦锚固节理双面剪切试验。对比不同锚固角情况下锚固节理的抗剪强度,分析锚固角对锚固节理抗剪性能的影响。试验采用应变片测量节理岩体中锚杆在节理面位置处的轴力,研究锚固节理在剪切荷载作用下锚杆的轴力变化规律以及变形特性。试验结果表明,锚固角增大,锚固节理极限荷载、屈服荷载以及抗剪刚度先逐渐增大后逐渐减小,在锚固角为60°时达到最大值;不同锚固角锚杆最终破坏模式不同,锚固角较小时,锚杆发生拉剪破坏;锚固角较大时,锚杆发生拉弯破坏;试验也发现,剪切位移较小时,锚杆的抗剪作用就已经充分发挥。

一维正方准晶的无摩擦接触问题

利用复变函数方法研究了一维正方准晶的无摩擦接触问题,得到了刚性平底压头作用下接触面上应力函数、接触应力及接触位移的显示表达式。结果表明:1接触应力在压头边缘具有-1/2阶的奇异性;2压头下方接触位移与声子场作用力成比例关系。数值算例分析并验证了结论的正确性。在一定条件下,结果可退化为一维四方和六方准晶无摩擦接触问题的解。所得结论为研究准晶材料的接触变形提供了重要的力学量。

裂纹面无摩擦接触的弹塑性界面裂尖应力场

本文通过对弹塑性幂硬化双材料界面裂纹尖端应力场的高阶渐近分析，获得了裂纹面无摩擦接触的裂尖一阶和二阶应力场解答，位移场在界面处呈现交叉匹配是本文解答的一个重要特点．最后结果表明，当界面上下材料的硬化指数之差大于１时，（即ｎ１－ｎ２＞１时），二阶应力场角分布为一常数解，而当０＜ｎ１－ｎ２≤１时，二阶应力场角分布函数则随θ变化而变化。

界面裂纹无摩擦接触裂尖应力场

基于哈密顿原理,通过分离变量及共轭辛本征函数展开法,解析地求解界面裂纹无摩擦接触裂尖的扇形域方程。从另一条途径研究了界面裂尖应力场的特征。

带裂纹十次对称二维准晶平面弹性的无摩擦接触问题

借助经典平面弹性复变函数方法,研究了单个刚性凸基底压头作用下,带任意形状裂纹十次对称二维准晶半平面弹性的无摩擦接触问题.利用十次对称二维准晶位移、应力的复变函数表达式,带任意形状裂纹的准晶半平面弹性无摩擦接触问题被转换为可解的解析函数复合边值问题,进而简化成一类可解的Riemann边值问题.通过求解Riemann边值问题,得到了应力函数的封闭解,并给出了裂纹端点处应力强度因子和压头下方准晶体表面任意点处接触应力的显式表达式.从压头下方接触应力的表达式可以看出,接触应力在压头边缘和裂纹端点处具有奇异性.当忽略相位子场影响时,该文所得结论与弹性材料对应结果一致.数值算例分别给出了单个平底刚性压头无摩擦压入带单个垂直裂纹和水平裂纹的十次对称二维准晶下半平面的结果.该文所得结论为准晶材料的应用提供了理论参考.

核电厂阻尼器的应用及创新

在建筑、桥梁与核电站中应用阻尼器可以很好地在地震来临时保护结构物和构筑物的安全,阻尼器可以视为一种结构保护装置。阻尼器是核电站中管道与机械设备的重要安全保护装置。本文从制造、使用和测试3个方面分别介绍了目前结构保护系统中阻尼器的相关内容,并对比了核电领域与土木工程领域中对抗震阻尼器的不同理解和认知,文中也对核电领域阻尼器的应用的创新和发展提出了建议。

带裂纹三维二十面体准晶平面弹性的无摩擦接触问题

利用平面弹性复变方法,通过求解边值问题,研究了单个刚性压头作用在带任意形状裂纹的三维二十面体准晶下的无摩擦接触问题,求得了应力函数封闭解的表达式,同时得到了裂纹左右端点处应力强度因子和压头下方任意点处声子场接触应力的显式表达式。理论结果表明,声子场接触应力在压头边缘具有-1/2阶奇异性。如果忽略相位子场作用,本文得到的结果可退化为已有文献中弹性材料相应结论。数值结果用于分析带水平直裂纹三维二十面体准晶下半平面与单个平底刚性压头无摩擦接触时量纲为一的应力强度因子和量纲为一的接触应力的分布规律;量纲为一的应力强度因子在裂纹距边界垂直距离和压头半宽度之比约为0.3和1.5处取得最大值;量纲为一的接触应力呈对称分布,在压头中心处最小,在压头边缘处达到峰值且具有奇异性;相位子场弹性常数、耦合系数与Lamé常数的比值对量纲为一的声子场接触应力的大小和分布规律几乎无影响。

旧金山弗里蒙特街181号建筑用带泄压阀的双功能阻尼器的应用

如今工程技术水平不断发展,人们对各种建筑结构的需求也随之更新与改变,已经不仅仅局限于结构在地震中的安全性,同时也对其在大风中保持舒适性等指标的要求提出了更为严苛的标准。本文以美国加利福尼亚州旧金山的某核心筒+巨型框架体系超高层建筑工程为例,讲述了其所采用一种带泄压阀的双功能阻尼器来进行抗震与抗风设计的独特方法,最后介绍了本工程所采用的能够同时抗风和抗震的双功能阻尼器的工作原理,并给出了对该项目所用阻尼器进行的各项测试及其测试报告。

考虑曲面间2阶接触约束的抓取和夹持的完全约束性分析

通过对点-面有向距离函数的推广,定义了面-面有向距离函数,分析了面-面有向距离函数的微分性质,推导出面-面有向距离函数的2阶泰勒展开式.在此基础上,定义了刚体B相对于多手指或夹具元A1,A2,…,Ak的2阶自由运动,指出2阶自由运动具有坐标变换不变性,以不存在2阶自由运动为条件定义了2阶完全约束条件,并提出了相应的代数判别准则.以4指完全约束四面体的仿真算例验证了该分析方法的有效性.