浅谈杂技圆盘中的力学原理

根据均质圆盘在水平面上的运动特点,解释了一个杂技项目:滚圆盘,阐述了其中涉及的力学原理.并应用理论力学的摩擦理论和平面运动微分方程,导出了圆盘运动参数的计算公式,得到了圆盘向回滚动的条件.     

摆球的二维摆动

对摆球的二维摆,利用球坐标下的运动积分,求得θ方向和φ方向的振动解,计算振动周期。讨论向一维摆动蜕化的两种典型特例：铅垂平面内的单摆及水平面上的圆锥摆。θ－φ面上的振动曲线有助于分析摆球在球面上的运动轨迹。     

瞬时转动不同於定轴转动的一个实例

非均质轮,质量为m、半径为R,轮心为A,质心为c,该圆轮在粗糙水平面上作无滑滚动。某瞬时,C在A正上方,即CA在同一竖直线上,角速度为ω,求地平面对轮的约束力N。 正确的解法是,轮的瞬时位置及我们所建的坐标系如图,依加速度分布公式,质心C的加速度为     

用轨迹法求圆轮上一点的速度和加速度

有关滚动圆轮的运动学问题,常用的求解方法有“瞬心法”和“基点法”。但这两种方法在实际运用中,由于需要求“瞬心点”或“基点”的速度和加速度,故有时显得并不十分方便。在运动学中,我们也常常先求出被考察点的轨迹方程或运动学方程,然后将它对时间求1阶或2阶导数,就可以得到该点在任意时刻的速度或加速度。对于滚动圆轮的问题,这样做可以避免寻找“瞬心点”或“基点”的速度和加速度,物理意义也很清晰。文献(1)只就轮缘上的点在纯滚动条件下进行了论述。但由于条件特殊,所给方程适用范围很窄。本文拟就对既滚且滑运动的圆轮上任意一点的情况加以讨论。     

皮肤位移对人手运动图像三维检测精度的影响

为研究皮肤位移对人手运动三维图像检测精度的影响 ,对食指 -拇指对捏运动过程进行了测试、分析。并在此基础上 ,利用人手运动三维图像实时检测装置 ,进行了标定实验 ,取得了较为理想的测量效果。分析表明 :1)在进行手指一般运动分析时 ,如果在手指上选择优化的标志点粘贴位置 ,标志点族的面积和长度相对变化量小于 5 % ,皮肤位移产生的影响基本可以忽略不计 ;2 )皮肤位移对各指节测量精度影响有所不同 ,远侧指节误差较小 ,近侧指节产生的误差较大 ;3)当对捏指的屈曲角度增大 ,对捏运动周期百分比达 6 0 %时 ,皮肤位移对检测精度的影响快速增大。     

车轮扁疤伤损对高速列车轮对动力学性能影响

车轮扁疤是铁道车辆车轮踏面的缺陷形式之一,对轮轨动力和运用安全有明显的影响.本文建立了弹性车辆系统动力学模型,且将车轮扁疤伤损考虑为车轮轮径变化.利用数值仿真,研究了车轮扁疤伤损对高速列车轮轨冲击力、轮对振动及轮轨接触性能等的影响,并结合列车运行安全性指标得到了不同速度等级下车轮扁疤长度安全限值.结果表明,弹性车辆系统模型可以准确体现轮对旋转运动特征.车轮扁疤伤损对轮轨系统垂向和横向均产生冲击作用,对轮轨系统垂向冲击作用尤为明显,将显著增大轮对旋转振动频率及其倍频对应的振动能量,且会激起轮对中高频弹性共振.车轮出现40mm扁疤时,随着车轮旋转运动,轮轨接触点向轮背侧出现周期性横移,轮轨接触斑面积最大可达142mm2,轮轨纵向和横向蠕滑率分别增大4%和16%.轮轨力、轮对振动加速度及轮轨磨耗指数均会随车轮扁疤长度的增加而增大.当列车运行速度在300km/h及以下时,车轮扁疤长度需限制在30mm;当列车运行速度达到350km/h时,车轮扁疤长度需限定在25mm.     

关于功和能几个问题的讲解法

一、怎样讲解负功和不作功的问题1、功的定义:作用到物体上的力所作的功等于力在力的作用点的位移方向的分量(Fcosθ)和位移(S)的乘积。设有一力 F 作用在物体上某点 P,我们称这点为力的作用点。设此物体在力 F 的作用下运动时,力的作用点的位移是 S(图1) ,力和位移间的夹角是θ。在计算力所作的功时应把力 F 分解成两个分量,一个是沿位移 S 方向的分量 Fcosθ称为有功分量,另一个是沿与位移垂     

基于边缘点运动估计的交通参数检测

利用运动车辆的边缘点包含了运动的位置及运动方向的特点,本文提出一种基于边缘点运动估计的视频检测方法,通过对前后两帧交通图像的运动边缘点在虚拟线圈内进行匹配,可以确定运动车辆在连续两帧图像中的运动矢量,从而获取车流、车速等交通参数。该方法大大减少了运算量,确保了视频检测的快速性和准确性。     

圆柱外点涡系的低Mach数运动发声

应用镜像法详细研究了点涡系统在圆柱外不可压缩理想流体中的低Ｍａｃｈ数运动发声，发现当点涡数目达到３个或３个以上，且都沿周向均布于一个与圆柱同轴的圆轨道上时，涡系运动激发的外场声辐射将消失。     

匀速转动的水平光滑直管内小球的离心运动研究

本文分别在转动参考系和地面惯性系中,研究绕端点匀速转动的水平光滑直管内小球由相对静止开始的离心运动,得到严格的运动方程、速度方程、轨迹方程,以及它们在直管转过半圈后（即θ>π时）的近似表达式。结果显示,当θ>π时,小球的径向与横向速度趋于相等,其轨迹是与转速无关的对数螺线,且小球受到管壁的横向支持力FN趋于离心力的2倍。利用极坐标系,证明在地面参考系中FN做功的一半转化为横向动能,另一半转化为径向动能,从而小球的横向与径向动能（或速度）在θ>π时趋于相等。小球做极径急剧增加的对数螺线离心运动的原因在于离心力随角度θ呈指数函数增加;在其他初始条件下直管转过半圈后小球的运动状况与本文情况类似。     

刚体平面运动中几个问题的研究

一、刚体无滑滚动时所受静摩擦力的方向的研究。设密度均匀的圆盘，半径为R，质量为m，在不光滑的水平面上，图一为圆盘的横切面，在横切面的水平外力F的作用下，圆盘都是以力的方向移动，但是水平面对它的磨擦力f的方向是否与圆盘质心O移动的方向一致呢？     

双激光器火车侧滚角图像检测方法

针对车辆蛇形运动、横向摆动和侧滚姿态导致的轮轨磨耗严重、脱轨危险系数大等问题,研究双相机双激光器在线检测轮对侧滚角的图像处理方法;将2组激光器和相机分别安装在2条轨道上方的转向架上,对采集的轨面激光点图像进行梯形校正、轨道边缘直线检测和激光点位移测量,采集的位移数据用以判断和计算车辆的实际橫移和侧滚角。模拟转向架设备的检测实验结果表明,双激光器检测车辆橫移的误差小于0.5 mm,相对误差小于8%,检测车辆的侧滚角小于6°,误差小于0.2°,测量精度高,抗干扰性能强。     

穴播轮中种子运动高速摄像分析

为揭示种子在穴播轮圆桶形种子室中的运动规律,应用高速摄像分析技术研究脱绒棉种在不同情况下的运动,提出了种子临界深度概念.当种子深度小于临界深度值时,种子在种子室内圈上整体滑动不上升,大于临界深度值时,种子作环流运动;种子不沿种面下落则种子在种子室内圈上整体滑动,否则种子滑动上升,并作环流运动;种子整体滑动时穴播轮转速对种子的运动无影响;做环流运动的种子形成上、下2个带动层,2个带动层之间有中心区域;安装取种器后种子被带起,穴播轮转速大于105 r.min-1时,整个种子室内的种子在种子室内圈形成一个种子圆环.     

纯滚动轮所受静摩擦力方向的确定

当轮作纯滚动时,静摩擦力不作功,但是,可以分别相对于轮的转动与平动这两种基本运动作功,这两种功一正一负、数值相等,静摩擦力所起的作用是实现转动动能与平动动能之间的能量转换.根据这一规律,得出判断纯滚动轮所受静摩擦力方向的原理.对若干典型的纯滚动轮所受静摩擦力方向确定的问题进行分析.     

滚筒试验台自适应防汽车偏摆系统的设计

为解决前轮驱动汽车在滚筒试验台上高速检测时偏摆问题,研究了转向驱动轮在滚筒试验台上高速运转时的受力情况和不稳定性,重点分析了在挡轮夹紧车轮后由于挡轮轴线与车轮中心的相对位置不同挡轮的轴向受力情况.采用基于SolidWorks平台的虚拟样机技术开发自动适应轮位和轮胎直径的防车偏摆挡轮系统,提出了利用传感器检测车轮作用在挡轮上的轴向分力,自动识别挡轮轴线与车轮中心的相对位置,从而使挡轮跟随车轮自动定位,在夹紧车轮防止车辆偏摆的同时,实现了挡轮与车轮之间无滑移的纯滚动.结果表明:该系统能够有效实现车轮与挡轮之间的纯滚动,减少了摩擦损耗,达到防止车辆偏摆的目的.     

城际动车组车轮Ⅰ类滚动接触疲劳机理研究

针对我国200 km/h城际动车组车轮发生的Ⅰ类滚动接触疲劳,对16列动车组及4个不同半径曲线轨道进行轮轨状态现场观测。基于多体动力学软件SIMPACK和损伤函数模型,建立车轮滚动接触疲劳预测模型,系统分析城际动车组的车轮Ⅰ类疲劳损伤。研究结果表明:早期时动车组不调头运行,Ⅰ类疲劳在运行(6～9)万km即出现,集中在左侧车轮,其疲劳区最初位于名义滚动圆外侧5～15 mm处,之后略有扩大并向踏面外侧移动;曲线通过时的低轨侧轮轨相互作用是导致Ⅰ类疲劳的根本原因,当半径R大于400 m时,预测的疲劳寿命随半径的增加而增加;所运行线路上小半径曲线(R≤450 m)全为左曲线,导致早期不调头Ⅰ类疲劳集中在左轮,定期调头后,两侧车轮交替承受疲劳载荷;现场中轮轨廓形演化和轨底坡误差等是Ⅰ类疲劳区扩大和向外侧移动的直接原因。     

马鞍面件柔性夹钳多点拉形实验与数值模拟

为了扩展柔性夹钳在板材多点拉形中的应用,对马鞍面件进行了柔性夹钳多点拉形实验.实验结果显示,工件被夹持边缘且呈曲线性,验证了柔性夹持技术的可行性.通过标记圆法测量了各标记圆拉形前后的厚度和长度方向的直径;对马鞍面件柔性夹钳多点拉形过程进行数值模拟,通过模拟结果发现离散夹钳实现了柔性夹持,并且成形件的应力、拉伸应变和厚度分布均匀.实验值和模拟值的对比结果表明,各标记圆长度的拉伸率分布趋势一致,最大偏差为0.21％,而且各标记圆厚度减薄率的分布趋势也基本一致,最大减薄量偏差为0.02 mm,从而验证了数值模拟的正确性和柔性夹钳拉形机的实用性.     

转轮曲线上的奇异点

本文讨论平面图形连续刚体运动,当定曲线为直线时,本文用Cesaro方法给出了转轮曲线与原曲线的曲率满足关系式:■并得出以下性质: 动曲线Γ沿直线L滚动时,当点P位于曲线Γ上,或位于中心是(s)+R_1/2■(s)半经是R_1~m的园周上,或位于曲线Γ的渐缩线上时,p点在其关于Γ的转轮曲线上的对应点是奇异点     

曲线占比权重对重载机车车轮磨耗影响

针对重载线路曲线段钢轨侧磨和机车车轮磨耗严重的问题,从线路曲线占比权重角度出发,采用UM建立重载机车动力学模型和车轮Archard磨耗模型,研究不同曲线占比权重对车轮磨耗的影响,进一步分析磨耗后车轮型面的动态接触点和静态等效锥度变化,给出重载线路曲线占比权重设置建议.研究结果表明：曲线占比权重增加到30%,会造成1位轮对轮缘和2位轮对踏面磨耗严重,且磨耗速率分别为0.827、0.582 mm/万km;曲线占比权重20%～25%,1、2位左轮对接触点在圆曲线段移动幅度最大,靠近轮缘根部.3位左轮对在曲线占比权重10%～15%时接触点移动幅度最大,接近名义滚动圆位置;建议重载线路曲线占比权重设置10%～15%时,车轮磨耗量增加幅度最小,轮轨匹配关系最佳.     

复杂运营条件下重载货车车轮磨耗发展的数值预测

建立了复杂运营条件下重载货车车轮磨耗发展的数值预测模型,并编制了计算程序.基于Archard材料磨损理论,在车辆-轨道耦合动力学和轮轨滚动接触分析基础上进行磨耗分布计算;通过多工况仿真并引入权重因子来实现对实际复杂运营条件的模拟;采用自适应步长算法进行车轮型面更新,可有效改善数值模型稳定性和可靠性.基于所建模型对大秦铁路实际运营条件下货车车轮的磨耗发展过程进行预测分析,结果表明:随运行里程增加各车轮磨耗均不断增大,但磨耗发展呈逐渐减缓趋势.各车轮磨耗主要分布在名义滚动圆两侧走行区域,起导向作用的车轮磨耗分布范围更宽.各车轮在靠近轮缘侧的磨耗发展均更快,导向轮对车轮这一特征更为明显.计算结果验证了模型的合理性.