扰动信号强度对VCSEL光子神经Spiking动力学特性的影响

理论研究了外部光注入下1 300nm-VCSEL光子神经的spiking动力学特性.VCSEL在足够强的连续光注入下工作在稳定的注入锁定态;在注入光中引入扰动信号后,当扰动信号强度较小时,VCSEL不能激发spike信号;一旦扰动信号强度达到一定水平,VCSEL将激发出稳定的、可重复的spike信号,且spike信号的幅值和形状几乎不随扰动信号强度的变化而变化,但其响应速率却随扰动信号强度的增加而增大.VCSEL光子神经的这种阈值响应特性与生物神经的全或无响应特性类似,但其响应速率却比生物神经快约8个量级.

晃动条件下大型液氢舱罐的动力学及热力学特性

大型液氢舱罐在不同海况下会呈现出复杂的动力学响应及热力学响应,并在很大程度上影响舱罐的安全,因此,建立一个数值模型来研究晃动条件下船用大型低温舱罐中液氢的动力学特性及热动力学特性。应用流体体积(VOF)方法捕获晃动过程中自由表面的波动,使用Lee相变模型来描述晃动过程中的蒸发冷凝现象并与已有试验进行对比验证。研究不同充注水平和晃动条件下液氢的自由表面形状和面积变化,舱壁压力变化,舱罐内气液温度变化以及相变引发的降压现象。结果表明:固有频率附近的晃动伴随着射流和破碎液面的产生,会对舱壁产生抨击压力;液面破碎程度越剧烈,液位越高,舱内压力下降速率越快;舱罐内气液温度演化经历了热分层、晃动混合和总体温升等3个阶段。研究结果对进一步理解非等温低温舱罐中流体的晃动动力学及热力学特性具有重要意义。

钛合金/钢钻杆复合钻柱动力学特性分析与优化设计

钻井深度的持续增加使钻柱面临的载荷工况越来越严苛。钛合金具有密度小、屈服强度高和弹性模量低等特点,基于井口钻杆抗拉余量设计要求,设计3种钛合金/钢钻杆复合钻柱,即复合钻柱1(Φ101.6 mm钻杆段全段使用钛合金钻杆)、复合钻柱2(Φ101.6 mm钻杆上半段使用钛合金钻杆)和复合钻柱3(Φ101.6 mm钻杆下半段使用钛合金钻杆)。为了探究钛合金/钢钻杆复合钻柱(简称为复合钻柱)的动力学特性,基于Hamiton原理建立复合钻柱的动力学模型,并采用节点迭代法和Newmark-β法对模型进行求解,分析3种复合钻柱的涡动特征、动态应力和振动特性,并与常规钢钻柱进行比较。结果表明:钛合金钻杆的使用可有效减缓钻柱涡动速度、动态应力,其中复合钻柱3的涡动速度、动态应力最小;基于振动特征强度对钻井作业参数进行优化,形成复合钻柱3的钻井作业参数推荐图版并给出合理的施工参数范围。

阻尼模型的力学机制及对钻柱动力学特性的影响

钻柱动力学特性模拟中普遍采用Rayleigh阻尼模型来反映阻尼(包括钻井液阻尼)的作用,但很少关注选用该模型的合理依据,且其阻尼系数主要依赖经验确定.首先,在考虑非线性和钻井液阻尼作用的基础上建立了钻柱动力学有限元模型,实现钻柱动力学特性的模拟,然后,研究较为典型的Rayleigh阻尼模型、Caughey阻尼模型、Clough阻尼模型的力学机制及其内在联系,并基于实际算例研究3种阻尼模型对钻柱动力学特性的影响,比较不同阻尼模型下钻柱的横向位移、横向加速度、以及涡动轨迹和涡动速度.结果表明,l取−2∼1时的Caughey阻尼模型的阻尼值偏小,未能起到阻尼的黏滞作用,而l取其他数值时阻尼值又过大,可见取4项的Caughey阻尼模型并不适用于钻柱动力学模拟计算.Rayleigh阻尼模型和Clough阻尼模型可以有效反映钻井液的阻尼效应,所得钻柱动态特性比较贴合实际振动情况,但前者形式简洁,便于计算,更适用于目前钻井工程中的钻柱动力学模拟.

分岔结构处双乳液滴的动力学特性研究

复合液滴在化工、医药和生物检测等领域有着广泛的应用,尺寸以及壳层厚度是复合液滴应用过程中的关键特征参数,研究复合液滴的动力学特性对建立相应的操控方法具有重要意义,有助于进一步实现复合液滴的按需制备.采用微流控技术制备了Y形和T形两种分岔结构,研究了双重乳化液滴(双乳液滴)在分岔结构处的流动行为.根据内、外液滴的分裂次数,将流动模式划分为二次分裂、一次分裂和不分裂3种.分析了流动模式的转变规律以及液滴长度对流动模式转变的影响,通过内、外液滴延伸长度、颈部宽度和缝隙宽度等特征参数的演化过程,将液滴运动过程划分为3个阶段,不分裂模式下为挤压、过渡和恢复,一次分裂以及二次分裂模式下为挤压、过渡和断裂,并讨论了相应的动力学机制.发现液滴长度的增加能有效降低液滴与通道之间的间隙宽度,导致双乳液滴所受的挤压力与剪切力增加,有利于液滴的分裂.基于比较成熟的单乳液滴理论,分别建立了内、外液滴的临界分裂条件,T形分岔结构的分裂临界线高于Y形,并进一步构建了内、外液滴毛细数和初始长度决定的流动模式分布图,可以很好地划分不同模式的分布区域,对于调控双乳液滴特性参数具有重要参考价值.

基于特性的牵引车-半挂车刚柔组合车架动力学模型研究

商用车较大的车架柔性会影响到整车的操纵稳定性和乘坐舒适性,尤其是在共振时车架柔性会放大对车辆运动品质的影响。为实时模拟牵引车-半挂车的车架运动,采用基于总成特性的建模技术路线,根据运动响应频域将车架运动解耦为低频刚体运动和高频柔体运动,并将车架模型模块化划分为基于多体动力学的刚体车架模块、基于模态综合法的柔体车架模块,然后将两模块求解结果叠加形成刚柔组合车架模型。最后,将车架模型嵌入牵引车89DOF-半挂车73DOF整车模型中,针对某款商用车进行仿真,通过对比实车场地试验结果,验证了模型的有效性。

预压缩气垫包装系统静力及动力学特性研究

目的以柱形气垫包装系统为研究对象,建立静力及动力学模型,对静态压缩、自由振动和基础激励受迫振动特性进行研究。方法建立气柱压缩力数学模型,并通过试验、仿真验证模型,通过建立预压缩柱形气垫包装系统力学模型,研究静力及动力学特性。结果预压缩量和充气压力越大,包装系统固有频率越高。在包装对象宽度定值约束下,选取多个小直径气柱,固有频率更高,且薄膜应力更小。在基础激励下,包装系统固有频率处存在共振峰值,对高频域气垫表现出了较好的减振特性。结论所建立的静力压缩模型与试验、仿真结果较吻合,所建立的动力学模型合理,结果准确。

修井船运动激励下修井隔水管-修井工具系统动力学特性

考虑修井工具的影响,开展修井船运动激励下修井隔水管系统动力学特性研究。基于梁理论建立了修井隔水管与修井工具的力学模型,施加了修井船运动、张紧系统及土壤等边界约束;使用间隙单元法建立了修井隔水管与修井工具的接触模型;基于有限元法与Newmark-β法建立了数值模型,对修井船不同运动下的修井隔水管系统动态响应进行了分析。结果表明:当修井船升沉运动时,修井隔水管轴向位移与修井工具轴向位移差异显著;当修井船纵荡时,修井隔水管与修井工具易发生规律性接触;当修井船纵摇运动时,修井隔水管与修井工具运动几乎一致。

混沌光纤激光器偏振分量的动力学特性

实验利用光纤的非线性克尔效应在掺铒光纤激光器中实现混沌激光的输出,详细研究了泵浦电流和偏振态等因素对系统输出的影响,分别对混沌光纤激光器偏振分量的输出功率,动态演变、互相关特性及光谱等动力学特性进行了详细分析。结果表明,混沌光纤激光器及其偏振分量的输出功率随泵浦电流的变化呈线性关系。随着泵浦电流的增加,混沌激光偏振分量历经周期、混沌和自脉冲的输出状态,与混沌激光器输出的动态演变步调一致。不同偏振态下,混沌激光偏振分量同样可实现从周期到混沌脉冲串的动态演变过程,偏振分量之间的相关性与系统的输出状态密切相关。实验对不同泵浦电流的光谱进行了分析,光谱的形状不随激光器输出的不同状态而改变,其中心波长基本保持不变。实验结果对研究新型偏振可控光纤激光器及多路光纤传感等应用提供了一种新思路,该工作对于探索混沌光纤激光器偏振分量的非线性动力学特性具有重要意义。

轨底坡耦合轮径差对地铁车辆动力学性能及轮轨接触特性的影响

为了研究轨底坡耦合轮径差对于地铁车辆动力学性能及轮轨接触特性的影响规律,设置了3种轨底坡工况(1/20、1/30和1/40)和5种轮径差工况,通过建立地铁车辆动力学仿真模型和轮轨接触三维弹性有限元模型,分析轨底坡耦合轮径差对地铁车辆直线平稳性和曲线通过性能的影响。结果表明:直线路段车辆平稳性指标受到轮径差变化的影响大于轨底坡变化的影响,轮轨等效应力和接触应力会随着轮径差的增加而增大;曲线路段的各个动力学指标会随着轮径差的增加而增大;综合考虑动力学指标和轮轨接触特性,直线路段下尽量减少使用1/20轨底坡;曲线路段下,可以选择1/30轨底坡,减少轮径差对车辆的影响。

大别山板栗片热泵干燥特性及动力学模型分析

为了研究大别山板栗片热泵干燥过程和特性,建立其干燥动力学模型,并优化干燥工艺以提高干燥后的品质,以大别山板栗为研究对象进行热泵干燥动力学研究,通过对7种常用干燥模型线性化处理,筛选适合用来描述板栗片热泵干燥特性的数学模型,并利用试验数据与模型进行回归拟合,确定并建立最适合的数学模型。结果表明:Page模型的预测值曲线和实测值曲线高度吻合,Page模型可用来描述板栗片热泵干燥过程中水分的变化规律。研究结果可为板栗片实际生产中的热泵干燥加工提供一定参考。

基于定切深和状态依赖时滞的共振冲击钻井系统动力学特性

为了研究共振冲击钻井系统的动力学特性,综合考虑钻柱的轴向动-静载复合冲击以及轴向冲击-周向扭转耦合运动,分别建立基于定切深方法和状态依赖时滞方法的钻进系统动力学模型。通过杜哈梅积分、四阶龙格-库塔方法对动力学模型求解,分析轴向简谐动载的频率和幅值对共振钻井系统动力学特性的影响;最后,基于数值求解结果和箱线图方法,对比分析两种钻进系统动力学模型特性差异。结果表明:在给定的初始条件下,当简谐动载频率从25 Hz提高到100 Hz时,钻进系统轴向方向的跳钻现象和扭转方向的黏滑效应明显减弱;当简谐动载幅值从30 kN提高到60 kN时,钻进系统轴向方向钻头跳钻现象频发,扭转方向黏滑效应加剧;在相同初始条件和简谐动载激励下,两种模型得到的动力学特性响应曲线无论是形状还是频率均存在差异,采用状态依赖时滞模型计算得到的数据点更加集中,更接近实际钻井工况;高频低幅的简谐动载能改善共振冲击钻井系统动力学特性,从而提高钻进效率。

含点蚀的行星齿轮系统动力学特性及损伤评估研究

齿面点蚀是一种典型的行星齿轮系统故障。为识别点蚀状态,本文开展动力学特性研究并提出了一种新型的评估指标。首先,虑及过渡曲线和齿间结构耦合效应,利用改进Weber法建立了精确的含点蚀故障齿轮副啮合刚度模型,并研究了故障程度对啮合刚度的影响规律。然后,综合考虑时变啮合刚度、静态传动误差、齿侧间隙和时变振动传递路径等多种因素构建了行星齿轮系统平移-扭转动力学模型,揭示了点蚀程度对系统动态特性的影响规律,并基于振动信号频谱特点提出了边带能量因子(Sideband Energy Factor,SEF)用于损伤评估。最后,利用实验验证了仿真模型的正确性及所提指标的有效性。

典型服役热环境下舵面结构动力学特性试验技术

高超声速飞行器高速飞行过程会遭受严重的气动力叠加热载荷的复杂载荷联合作用,尤其是舵面结构,其在复杂载荷下的结构动力学特性是影响装备服役安全及可靠飞行的关键因素,通过试验进行验证和评估是一种有效的研究手段。舵面结构典型服役工况下表面温度高,迎风面与背风面气动热温差往往达到数百摄氏度,需要在试验中进行精确模拟。以C/SiC舵面结构为研究对象,设计并搭建了瞬态热环境下结构动力学特性试验系统,构建了一种加载温度高、迎风面与背风面温差大的典型服役热载荷环境,开展了舵面结构在该环境下的动力学特性试验研究,获取了结构的动力学特性变化规律。研究成果为典型服役热环境对现代高超声速飞行器舵面结构的动力学特性影响研究提供了重要验证手段。

五轴联动机床主运动构件重复碰撞瞬态动力学特性分析

为了提高五轴联动机床的整体性能,提出五轴联动机床主运动构件重复碰撞瞬态动力学特性分析方法,对其主运动构件的动力学特性进行分析。建立五轴联动机床的运动学模型,对其运动学特性展开分析;根据机床的运动学特性,建立柔性杆重复碰撞系统以及碰撞过程的动力学方程;最后在St.VENANT杆波动理论的基础上分析柔性杆在多次碰撞和分离过程中的瞬态动力学特性。实验结果表明:与其他方法对比,所提方法能够准确获得柔性杆的变形、位移和撞击力变化情况,且具有较高的分析精度。

中药渣水解炭燃料特性及热解燃烧动力学分析

中药渣因含水率高而处理困难,将中药渣经水热处理后有较好的应用前景。以中药渣为研究对象,采用水热处理获取中药渣水解炭,通过工业分析及元素分析、热重分析及动力学分析研究了水热处理对中药渣水解炭特性的影响。结果表明:随着水热处理温度升高,中药渣水解炭的固定碳及元素C含量、燃料比(水解炭的空气干燥无灰基固定碳与挥发分的质量比)及高位发热量增加,挥发分、元素H及元素O含量明显降低,n_(O)/n_(C)及n_(H)/n_(C)逐渐降低,水解炭性质接近一般动力煤性质。热重分析发现热解过程中,280℃下形成的水解炭在160℃~300℃和300℃~500℃出现较明显的双峰失重峰,其余水热处理温度下形成的水解炭仅在275℃~400℃出现一个极明显失重峰。随着水热处理温度的升高,水解炭热解活化能由69.56 kJ/mol降至40.55 kJ/mol。水解炭燃烧过程主要经历四个阶段,180℃~295℃主要是小分子挥发分热解阶段,其活化能为63.65 kJ/mol~105.02 kJ/mol;295℃~390℃主要是小分子挥发分主要燃烧阶段,其活化能为10.78 kJ/mol~35.76 kJ/mol;390℃~410℃主要是大分子挥发分析出与燃烧阶段,其活化能为117.08 kJ/mol~201.61 kJ/mol;410℃~520℃主要是固定碳与焦炭的燃烧以及少量矿物与无机化合物的热分解阶段,其活化能为22.18 kJ/mol~92.10 kJ/mol。随着水热处理温度升高,水解炭燃烧同一阶段的指前因子与活化能变化趋势一致。水解炭的可燃性指数、着火指数以及综合燃烧指数随着水热处理温度升高、水热时间增加以及固液比的增大而减小,固液比为1 g:15 mL且在220℃下水热1 h获得水解炭的燃烧性能较好,综合燃烧指数为3.55×10^(-10)/(min^(2)·℃^(3)),可为高湿固废水热燃料化的应用提供参考。

极端风况下兆瓦级风力机动力学特性研究

鉴于强湍流和风向突变等极端风况导致风电机组事故频发的现状,该文提出一种适用于各种复杂风况的大型兆瓦级风力机动力学响应计算方法。将叶素动量理论、混合梁理论、有限单元法、修正的Newmark-β法及Lanczos解耦技术相结合,考虑柔性风轮的非定常入流效应、剪切变形和离心刚化效应、气动-结构阻尼影响、柔性部件结构耦合及非线性大变形等特性,探究极端连续阵风和极端湍流风况下风力机的动力学特性。研究发现,风向角会引起冲击载荷效应致使叶片和塔筒位移在趋于稳定前出现较大突变现象;叶片挥舞变形受极端湍流脉动特性影响较大,纵向湍流分量导致塔筒前后方向振动剧烈。结果可为极端风况下风力机气弹稳定性能判定、风电机组整机刚柔耦合动力学仿真技术实现提供一定参考。

西藏三种木材生物质的燃烧特性及动力学分析

为了探讨西藏地区丰富的藏川杨、高山松和川滇高山栎3种木材生物质在燃烧过程中的反应机理,采用热重分析了三种木材的燃烧特性,通过Coats-Redfern积分法研究了其动力学特性。结果表明:3种木材生物质燃烧过程总体趋势一致,可分为失水干燥、生物质燃烧、焦炭燃烧和生物质燃尽共4个阶段,其中挥发分燃烧阶段失重占比最大。根据综合燃烧特性指数,川滇高山栎的燃烧特性最好,其次是藏川杨、高山松;随着升温速率增大,木材生物质的综合燃烧特性指数增大,燃烧速率增大,DTG曲线峰值增大,峰形变宽;藏川杨、高山松和川滇高山栎的最佳反应级数分别为1、2、2,相关系数均大于0.95。燃烧反应活化能从低到高分别为:藏川杨46.10 kJ/mol、高山松70.05 kJ/mol、川滇高山栎85.59 kJ/mol;频率因子从低到高依次为:藏川杨2.25×10^(4)min^(-1)、高山松3.99×10^(6)min^(-1)、川滇高山栎2.14×10^(7)min^(-1),该研究为优化燃烧过程和提高能源利用效率提供了理论依据。

典型生物可降解塑料热处理特性及动力学

为了探究生物可降解塑料在热处理过程中的特性,采用热重分析仪分别在不同升温速率下(10,20和30℃/min)对由聚乳酸(PLA)和聚对苯二甲酸-己二酸丁二酯(PBAT)组成的生物可降解塑料(BP1)的失重特性进行分析,BP1在氮气和空气气氛下的反应过程都非一步完成,主要反应阶段都存在明显的两步失重过程,在氮气和空气气氛下两个主要反应阶段的质量损失率分别达到87.99%~89.64%,84.99%~86.88%,且两反应阶段温度区间存在明显重叠.利用Flynn–Wall–Qzawa(FWO)、Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)、Starink三种等转化率法计算动力学参数,得到BP1在氮气气氛下阶段一、阶段二的平均活化能E分别是88.95,90.92kJ/mol,空气气氛下阶段一、阶段二的平均活化能E分别是67.23,91.27kJ/mol;采用积分主图分析法(Master-plots法)基于10℃/min确定其动力学反应机理,表明BP1主要反应阶段均符合随机成核和核生长模型(An),但反应级数有所区别,说明氮气和空气不同气氛,并不会影响其反应机理,只是在活性点位的产生和失活速率快慢方面有所区别.

汽车漆渣挥发性有机物释放特性及动力学研究

汽车油漆废渣(PS)是汽车制造喷漆环节产生的危险废物,由于存在挥发性有机物(VOCs)、重金属含量高和燃点低等危险特性,PS具有很高的环境污染风险.然而,PS在储存过程中释放的VOCs的环境风险尚未被探究.本文通过环境试验箱,考察了4种典型PS中VOCs的释放特性,并研究PS中VOCs的释放动力学.结果表明:PS的内扩散阶段在整个释放期间占主导地位,释放的VOCs中含氧化合物比芳香烃化合物更容易从PS中扩散到空气中,油基湿式油漆废渣(OBWPS)具有较高的总挥发性有机物(TVOC)和较长的释放时间.PS中个体以及TVOC的累积释放通量符合一级动力学方程,并且相关系数R^(2)>99%.