轴向流中平行简支弹性薄板的大挠度流固耦合的数值模拟

分析研究了轴向流中简支弹性薄板大挠度流固耦合系统的振动响应和流场特性.板结构动力学方程采用基于位移的有限元法离散;流场采用二维不可压缩粘性流体N-S方程,并用有限体积法离散;在此基础上结合动网格控制技术,建立模拟双向流固耦合作用下轴向流中简支弹性薄板的二维数值模型.利用该数值模型得到了单块简支板随流速变化流致振动特性,研究了结构大挠度的振动稳定性,分别得到了Pitchfork分岔曲线和非线性系统结构的Hopf分叉曲线.通过轴向流恒定流速下不同间距的平行两块简支弹性薄板流固耦合的数值模拟得到了的流致振动特性.     

二维含铁磁耦合费米气体磁学性质的研究?

在平均场理论的框架下,推导出外磁场中具有铁磁耦和作用的二维费米气体的自洽方程,在此基础上,运用量子统计力学研究系统的磁学性质.结果表明总磁化强度密度随磁场强度的增大会出现极大值点,且随铁磁耦合强度增大,极大值点向磁场减弱的方向移动.总磁化强度密度也随Lande因子的增大,发生由抗磁性向顺磁性的转变.     

矩形腔体中Rayleigh-Benard对流结构的分析

通过对二维流体力学基本方程的数值摸拟，讨论了在二维矩形腔体中，不同条件与Rayleigh-Benard（RB）对流耦合作用的结构图案和特性。在分析了RB对流结构的基础上，分别对比分析了水平流及脉冲流与RB对流耦合作用的结构，并得出了其规律。RB对流系统为定常流动，对流轨道具有空间周期性。当RB对流与水平来流耦合作用时，系统为非定常流动，对流结构既表现空间周期性，同时也表现时间周期性。当外加来流的大小呈周期性变化时，此时系统流动的形式与外加来流的周期密切相关。     

Oseen子边界元法及其适用雷诺数的提高

流固耦合运动中存在许多流体诱发有害振动的问题，船舶附体结构物的颤振和涡激振动就是其中之一.本文提出了一种处理二维粘性流场与扁薄弹性体相互作用的粘性流边界元理论和方法—Oseen子边界元法.类似于势流理论中的边界元方法，在弹性体湿表面分布Oseen方程的基本解，即Oseen子，并由物面边界条件确定其强度.探讨提高Oseen方程适用雷诺数范围的问题.湍流模式的引入和以非齐次线性Oseen方程迭代逼近非线性Navier-Stokes方程.最后给出二维翼剖面绕流的一个算例.边界型数值方法解决流固耦合问题，在物面边界条件的处理上有其优越性，提高Oseen子边界元法适用雷诺数范围后可处理工程中一些实际问题.     

轴向流中两平行弹性薄板大挠度流固耦合系统的数值模拟

研究了轴向流中两平行弹性薄板大挠度流固耦合系统的振动响应和流场特性.板的结构动力学方程采用基于位移的有限元法离散,流场采用完全的二维不可压缩粘性流体N-S方程,用有限体积法离散,结合动网格控制技术,建立了模拟轴向流中两平行悬臂弹性薄板双向流固耦合作用的二维数值模型,实现了弹性薄板—流体—弹性薄板之间的交互作用.利用该数值模型得到了单块板的流致振动特性;发现了随着两板间距大小的不同,两板表现出三种不同的的极限环振动:同相位、异相位以及不确定相位,并得到了同相位与异相位两种振动状态下的板边界层脱落及尾流变化规律;另外,分析还发现在同相位和异相位过渡阶段,两板均表现出拍现象.     

二维耦合细胞体系尺度大小对系统响应能力的调控作用

利用Berridge提出的细胞内钙离子振荡最小化模型, 通过数值模拟方法考察二维(N*N)耦合细胞体系对外界刺激的集体响应行为. 发现在一定的耦合强度下, 当耦合单元数目取适当值时(如C_µ = 0.07, N = 4), 体系输出信号的信噪比有极大值, 表明在二维耦合体系中也产生了动力学体系尺度共振现象. 同时还发现随着耦合强度的变化, 该体系对外界刺激的响应所对应的体系尺度发生了迁移, 而且随着耦合强度的增大其响应的体系尺度范围也有所扩大. 这些现象表明耦合单元数目、耦合强度都对生物细胞体系感受外界刺激的能力有重要的调控作用, 生物体系有可能利用这些现象来提高其自身对外界刺激的响应能力.     

流-固耦合问题的精细积分求解法

为了解决流-固耦合动力学求解效率和精度低等问题,提出了增维精细积分法.根据有限元理论推导流-固耦合方程,将流-固耦合方程改写成状态空间形式,在矩阵仅增加1维的情况下将积分运算转化为代数运算,扩大了精细积分法的应用范围,从而得到增维矩阵的流-固耦合精细积分求解.同时,将增维精细积分法与Newmark法的计算结果进行对比,以验证其有效性.结果表明,由于不用求解矩阵H的逆矩阵,增维精细积分法避免了矩阵奇异带来的计算解的不稳定性.增维精细积分法与Newmark法的计算结果较吻合,且其在较大计算时间步长条件下的计算精度较高.     

轴向流中固支弹性薄板的大挠度流固耦合系统的数值模拟

就轴向流中两端固支大挠度弹性薄板的流固耦合振动特性,固支薄板的结构动力学方程用有限元法离散,流场采用不可压缩的二维粘性流体(N-S方程)用有限体积法离散,结合ADINA中的流体单元划分技术,建立了双向流固耦合作用下轴向流中两端固支薄板的二维仿真模型.通过模拟仿真分析研究了给定不同流速下固支板的流固耦合振动特征和大挠度系统的振动稳定性.分别得出了不同流速下固支板中点的挠度—流速曲线、挠度时程曲线及挠曲线图.结果表明:当流速小于固支板的临界流速时,板将处于稳定的直线平衡状态;当流速大于固支板的临界流速时,板将在新的位置达到弯曲平衡状态,以及在弯曲平衡位置附近发生极限环振动.     

在非绝热记忆棘轮中信号与噪声耦合控制流

建立了一个研究布朗马达输运的非绝热和记忆棘轮模型,即用一个外部非偏压周期力去驱动一个处于记忆阻尼环境和内部简谐噪声作用下的布朗粒子,在非对称周期势中产生定向流.结果表明:随着内噪声频率的变化,粒子流发生反转且负向极大流所对应的外部信号频率也随之不同,则粒子流的方向和大小是由外部信号和内部噪声相互耦合控制的,这是一种动力学共振.     

面向视频处理的高效二维流存储系统

为了解决高度并行的视频处理中存储系统的瓶颈问题,设计了一种高效的基于流的二维存储系统.该系统完成了二维逻辑空间到物理上多路并行存储器模块的映射.在二维逻辑空间中的每一个数据阵列都可以根据给出的基地址、二维偏移量、长度、数据粒度来进行灵活的流访问.数据在物理存储器上进行了交织存放以支持行阵列和列阵列的同时访问.该交织算法在之前的交织算法基础上做了面向流访问的改进.实验结果表明,在实时视频处理中,所述的二维流存储系统可以减少平均约32.0%的存储器访问率,以及25.4%的实时处理所需要的时钟周期数.     

用Monte Carlo方法计算非Gauss噪声的重整流和效率

为提高分子马达的流与效率,用Monte Carlo方法研究了非Gauss噪声驱动的布朗粒子在闪烁棘轮势场中的流和效率。在无势情况下,粒子向两边对称地自由扩散,其分布密度函数偏离Gauss分布,存在一个长拖尾或大随机力分布被截断;当势恢复后,不对称的棘轮势将无规扩散整流成定向输运流。结果表明:棘轮势整流非Gauss噪声驱动的布朗马达,能获得比Gauss噪声情况大很多的流和效率;而且随着噪声参数的变化,流能发生反向现象。     

不对称梯形齿棘轮的一次加工成型

不对称梯形齿的棘轮多用于防逆转装置中 ,此类棘轮的加工一般分为两步 ,即先加工直槽 ,再加齿形 ,工序多 ,生产效率低。本文介绍了一钟不对称梯形齿棘轮一次加工成型的原理和方法 ,该方法是通过计算棘轮中心到齿面的距离 ,用 6 0°成形铣刀一次加工成型     

由双不动点映射生成的乘性类Langevin噪声驱动的过阻尼分数阶棘齿

本文研究双不动点映射生成的乘性类Langevin噪声驱动的过阻尼分数阶波动势模型的定向输运,其中的确定性类Langevin噪声是混沌噪声的自然推广,由仅具有两个不动点的逐段单调映射迭代产生.数值模拟结果显示:当模型同时空、时对称破缺时定向流出现,且噪声参数的变化可以引起定向流的振荡、衰减与逆转.值得注意的是该定向输运行并不依赖于热扩散,即棘齿是非热的.     

Fitness of RNA virus decreased by Muller's ratchet

Why sex exists remains an unsolved problem in biology. If mutations are on the average deleterious, a high mutation rate can account for the evolution of sex. One form of this mutational hypothesis is Muller's ratchet. If the mutation rate is high, mutation-free individuals become rare and they can be lost by genetic drift in small populations. In asexual populations, as Muller noted, the loss is irreversible and the load of deleterious mutations increases in a ratchet-like manner with the successive loss of the least-mutated individuals. Sex can be advantageous because it increases the fitness of sexual populations by re-creating mutation-free individuals from mutated individuals and stops (or slows) Muller's ratchet. Although Muller's ratchet is an appealing hypothesis, it has been investigated and documented experimentally in only one group of organisms--ciliated protozoa. I initiated a study to examine the role of Muller's ratchet on the evolution of sex in RNA viruses and report here a significant decrease in fitness due to Muller's ratchet in 20 lineages of the RNA bacteriophage phi 6. These results show that deleterious mutations are generated at a sufficiently high rate to advance Muller's ratchet in an RNA virus and that beneficial, backward and compensatory mutations cannot stop the ratchet in the observed range of fitness decrease.     

Controlled multiple reversals of a ratchet effect

A single particle confined in an asymmetric potential demonstrates an anticipated ratchet effect by drifting along the 'easy' ratchet direction when subjected to non-equilibrium fluctuations. This well-known effect can, however, be dramatically changed if the potential captures several interacting particles. Here we demonstrate that the inter-particle interactions in a chain of repelling particles captured by a ratchet potential can, in a controllable way, lead to multiple drift reversals, with the drift sign alternating from positive to negative as the number of particles per ratchet period changes from odd to even. To demonstrate experimentally the validity of this very general prediction, we performed transport measurements on a.c.-driven vortices trapped in a superconductor by an array of nanometre-scale asymmetric traps. We found that the direction of the vortex drift does undergo multiple reversals as the vortex density is increased, in excellent agreement with the model predictions. This drastic change in the drift behaviour between single- and multi-particle systems can shed some light on the different behaviour of ratchets and biomembranes in two drift regimes: diluted (single particles) and concentrated (interacting particles).     

介质颗粒在尘埃等离子体金属棘轮中的运动

通过实验研究了等离子体环境中金属棘轮对介质尘埃颗粒的整流过程.单分散聚苯乙烯颗粒悬浮在处于等离子体环境中的金属棘轮通道内,通过调节气压和放电功率实现了对颗粒的整流,颗粒在锯齿通道内做可控性定向运动.实验中只观察到颗粒的逆向运动.由于金属棘轮电势低,其表面较厚的鞘层对颗粒形成较强的约束,颗粒受到的非平衡切向离子拖曳合力更大,这将引起颗粒更快的定向运动.实验结果为建立尘埃等离子体棘轮模型奠定基础.     

基于棘轮机构的安全油门踏板装置设计与仿真分析

针对特殊情况下驾驶员容易误踩油门踏板而造成交通事故的现象,分析了驾驶员踩踏油门踏板的方式,利用小球的惯性力作为误踩的评判依据,设计了一种基于棘轮机构的安全油门踏板装置。应用CATIA软件对该装置进行了三维建模,并对核心部件使用ANSYS软件进行有限元仿真分析。棘轮、前棘爪和后棘爪所受应力的最大值分别为152.1 MPa、165.19 MPa和149.82 MPa,均小于45#钢的屈服强度值355 MPa,且核心部件的应变较小。结果表明,该装置满足设计要求,能够防止驾驶员对油门踏板的误操作。     

Brownian ratchets driven by flashing noise strength

The stochastic transport driven by flashing multi-noise sources in a ratchet is studied. The stationary current versus the noise strength and the colored noise correlated time T is obtained . At a fixed flip rate and strength of the colored noises, the novel phenomenon of the current reversal occurs as T reaches a certain value. More than one reversal point exists when a flashing colored noise source and a flashing white noise source are simultaneously taken into account.     

Brownian ratchets driven by flashing noise strengt

The stochastic transport driven by flashing multi-noise sources in a ratchet is studied. The stationary current versus the noise strength and the colored noise correlated time r is obtained. At a fixed flip rate and strength of the colored noises, the novel phenomenon of the current reversal occurs as τ reaches a certain value. More than one reversal point exists when a flashing colored noise source and a flashing bdIite noise source are simultaneously taken into account.