壁虎的运动行为与动力学研究: 竖直面内运动方向的影响

壁虎在竖直面内不同方向运动时运动行为的观察和运动作用力的测定不仅能揭示出壁虎运动的力学规律, 也可以进一步获得仿生机器人控制设计的灵感. 用三维力传感器阵列测定大壁虎在竖直面内运动的三维作用力, 并结合高速摄像讨论在自下向上, 自上向下和自右向左3 个不同方向运动时大壁虎的运动行为及其脚掌的功能. 结果表明大壁虎的运动速度随步频的提高而增加, 但与脚掌的黏附时间与脱附时间无明显相关性. 大壁虎各脚掌产生相应的作用力以平衡重力和翻转矩, 并为运动提供必要的推力; 位于身体质心上方的脚掌在支撑身体、运动驱动、运动平稳等方面都起到关键作用; 竖直面内大壁虎在不同方向运动时运动行为和脚掌功能所发生的相应改变, 使得大壁虎能够在竖直面上安全高效的自由运动. 这一研究对仿壁虎机器人的结构设计、步态规划和控制的选择有所启发和帮助.     

动物机器人:研究基础、关键技术及发展预测

动物机器人利用动物固有的感知、运动、能量供应和神经系统,通过神经信息干预,实现对生物运动行为的控制.这类特殊的机器人在运动稳定性、灵活性、环境适应性和自身运动能量供应等方面保持了天然的优势,具有重要的应用价值;同时,该研究涉及动物运动神经网络及外部调控信息与固有运动神经信息的交互作用机制等重大理论问题,是神经科学和机器人交互领域的重要研究方向.该研究高度融合了动物智能和机器智能,涉及动物行为学、神经科学、微机电技术、力学和通信技术等,是多学科交叉融合的前沿领域.本文回顾动物运动神经系统与运动行为调控之间的关系,系统梳理不同动物机器人的运动调控方法及系统构成,总结活动在水、陆、空不同空间中典型动物运动行为调控的研究进展,归纳分析动物机器人研究在运动调控方法、微电极植入、微刺激系统、通信导航和能量供应等研究中面临的关键问题,并预测未来的发展趋势.     

电场作用下电流变液滴的变形及力学行为

外加电场作用下的液滴变形及力学行为是电流体动力学研究的重要内容.基于volume-of-fluid(VOF)方法,将电场力作为源项添加到流体运动的Navier-Stokes方程中,提出了电流体流场与电场双向耦合的数值方法,分别研究了外加均匀电场与非均匀电场作用下,中性漏电液滴和带电液滴的变形/运动及其力学行为.小变形条件下,数值模拟得到的外加均匀电场中性漏电液滴的变形系数接近于理论值,验证了本文方法的正确性.研究结果表明,电场作用下液滴与周围介质物理属性的差异导致液滴表面不同的自由电荷再分配形式及其变形状态;相对于电场方向,中性漏电液滴可能会发生"扁长型"或"扁平型"变形.均匀电场下,中性漏电液滴内部形成稳定的回转运动,液滴不会发生宏观运动;对于存在净电荷的液滴,由于库仑力的作用,液滴不仅会发生变形,同时也会沿电场线方向运动.非均匀电场下,中性漏电液滴与带电液滴都会沿电场线运动,并发生不同的变形.本文所提出电流体流场与电场双向耦合的数值方法为静电喷雾、电泳等复杂的工程电流体动力学研究提供了理论基础.     

流场中复杂液滴的变形运动与吸附

液滴动力学是多相流热物理学的重要基础研究方向.随着科学研究的逐步深入和工业技术的不断发展,人们发现液滴的界面可由多种物质分子组成且可出现复杂的结构,如石油工程中表面活性剂、固体颗粒等物质吸附于油水液滴界面,细胞等生物液滴由具有复杂分子组成和结构的膜包裹等.研究发现复杂的分子组成和结构使液滴界面具有剪切弹性、面积扩张弹性、抗弯特性等显著不同于普通液滴表面张力的力学性质,而复杂的界面力与流场黏性力、壁面物理化学吸附力等相互耦合导致液滴在流场中展现复杂的变形、运动、吸附等动力学行为.本文介绍了复杂液滴界面的力学性质及其模型描述,综述了近年来关于流场中复杂界面液滴的变形、运动、吸附行为的研究进展,并给出了后续研究的建议.     

功能生物界面的“微纳尺度构建-功能-力学耦合”机制

功能生物界面由于其呈现出的独特功能引起研究者的极大兴趣,而微纳尺度结构是其关键结构基元,它们是界面特定功能的内在本质.然而直到目前描述刻画特定功能的整个形成过程依旧困难.越来越多的证据开始支持功能生物界面上的"微纳尺度构建-功能-力学耦合"的论点.本文重点介绍不同微纳尺度复合功能生物界面上的"形貌和力学耦合行为",以获得对微米纳米复合结构更好的理解.还介绍了自然界中生物体表气/液/固三相生物界面的"形貌-力学耦合行为",生物体内微纳尺度的"形貌-力学耦合行为",微纳尺度人工界面上活细胞的"形貌-力学耦合行为"和微纳尺度形貌、界面曲率与力学微环境的最新研究进展,并提出了一些新的概念,如"基于空间曲率的形貌-力学耦合行为"、"医学功能生物界面"和"生物力药理学"等.     

太阳能高倍聚光加热条件下单个固体颗粒下落过程传热特性

下落式固体颗粒吸热器是指固体颗粒在吸热器中下落,同时被太阳光辐射加热,以得到高温固体颗粒.本文建立了单个固体颗粒下落的模型,模拟不同直径的固体颗粒在相同条件下自由下落过程,发现固体颗粒直径较大时,对流损失和辐射损失更小,下落高度能够达到的最大温度更高,所需受热的距离更长.空气流速对固体颗粒的最终温度没有影响,但会缩短固体颗粒在达到最终温度时的下落距离.改变热流密度的大小,发现固体颗粒所能达到的最终温度升高,达到最终温度所需的下落距离缩短.这些结果对下落式固体颗粒吸热器的实验和实际运行具有指导作用.     

页岩气开发中的几个关键现代力学问题

伴随着现代信息技术的发展,现代力学的研究进入了一个新的阶段.本文将钱学森先生介绍的现代力学概念赋予了新的内涵,概括了现代力学的研究主体、研究方法和主要研究方向.从拉格朗日方程出发,按照表征元的物理变量和积分区域的几何表述,对计算力学的基本方法进行了分类,提出了通过实验和数值模拟共同获得介质的力学参数、研究介质力学特性和行为的思路和方法,在此基础上建立了表征元(计算单元)的积分——微分方程,体现了现代力学基本理论框架的特点.表征元的材料特性、力学行为以及由表征元构成的宏观介质全场运动规律均是现代力学的重要研究内容.现有材料实验目的是获得抽象为连续介质的材料应力应变关系和材料强度,而现代力学可以突破这个限制,通过多变量测量并结合数值模拟获得材料的特征和演化规律.在现代力学中全场解可以由数值计算获得,并由监测结果校核.通过与丰富的监测结果比较,数值模拟不可信的问题会逐步化解.页岩气开发的关键问题是研究地下页岩在各种条件下的破裂演化规律.页岩气开发新方案的技术路线应该是现代力学先行,以避免盲目在工程尺度上进行方案论证;借助现代力学可以打破水力压裂技术的局限性,探索新的技术方案.主要理论研究包括以下几个方面:(1)在认识表征元破裂度、渗透性演化的基础上,寻求关联性的理论表述方法;(2)研究体破裂度的渗流场、破裂场以及颗粒的相互作用规律;(3)时空全尺度模拟需要从理论上研究新的力学模型,其中包括借用岩体表征元破裂度和灾变破裂度的概念,实现破裂场与材料渗透性关联;(4)由流量、井口压力曲线计算出的岩体破裂参量可以被页岩气的产量校核,从而为提出新的工程方案、指导工程施工提供可参考的技术指标.     

力学信息学简介

数据在力学的发展中始终属于最基础和最重要的角色。在古典力学时代,通过对海量数据的总结归纳,科学大师们得出了以牛顿运动三大定律为代表的自然世界运行的客观规律。在当今时代,快速发展的力学实验自动化技术和高通量技术,使力学数据呈爆炸式增长,如何基于迅猛增长的数据来快速发现、发展和革新力学理论,成为一个迫切需要解决的问题。力学工作者可以借助当下快速发展的人工智能算法,直接智能地优化实验和生产工艺,或者利用诸如符号回归、稀疏回归和流形学习等机器学习方法对数据进行挖掘处理,发现并给出数据所遵循的公式形式,将数据上升为知识。这一人工智能和力学相结合的交叉学科便是“力学信息学”。基于力学信息学方法,古老的力学学科也必将迎来新的春天。     

电磁学中带电粒子在电磁场中的运动问题

带电粒子在电磁场中的运动问题属于场的性质和力学规律及能量观点的综合应用,解决此类问题是以力学思路为主线,突出场的性质及场、力和能的结合。     

比发丝还细的微型链条

美国科学家最近研制出一种比发丝还细的硅链环组成的自行车链条 ,它能像常规尺寸的链条一样运转。这种微型链条有朝一日可用于驱动微型装置。这条由 50个硅链环组成的微型链条是由美国国立桑迪亚实验室的一位专家设计的 ,并申请了专利。每两个微型链环的中心只相距 50微米 ,每个链环都可以与邻近链环呈 52度角并朝任意方向旋转 ,支撑结构不会受到破坏。科学家们指出 ,这种灵活性使得链条驱动的多个齿轮无需排成一条直线。可以想象 ,这种齿轮和链条系统完全可以取代目前需要使用微机电系统电动机驱动的多个传动轮。然而 ,这种链条可以使许多…     

预应力锚索在山体危岩加固中的应用

在山体自然坡度较大的山区修建高速公路、铁路及水库大坝时,为了减少对山体的扰动,经常采用预应力锚索对新建工程范围内的山体危岩进行加固,这种处理方法具有投入少、便于环保、可操作性强等优点。但施工时必须充分理解设计意图,详细勘察好待加固的山体危岩,根据具体情况调整好施工参数,确保锚索体系受力合理。     

垂直激励下的二段复合颗粒链研究

实验研究了二段复合颗粒链在垂直振动激励下的动力学特性. 通过对颗粒链整体的运动状态以及与之相关的相位差、膨胀尺度、质心位移以及能量的分析发现, 不同颗粒排布组合在实验中表现出的特性有很大差别. 我们认为产生这一现象的原因在于不同颗粒段交界处界面效应的存在. 界面效应在不同的颗粒排布下造成不同的能量分布, 从而导致颗粒链出现不同的运动状态.     

太原东山地区湿陷性黄土处理方法的探讨

随着社会经济的迅速发展,高层建筑也越来越多,湿陷性黄土地区的地基湿陷处理已经引起了各方的高度关注,文章就湿陷性黄土处理方法进行了详细的探讨。     

再论隋代前后的太阳视运动理论

张子信的太阳视运动理论（约５６０年）至迟在５７６年已被刘孝孙的武平历用于日食推算。但因北齐灭亡（５７７年），这个学说的进一步发展受到挫折．此后刘焯与张胄玄分别继承了刘孝孙的未竟之业．通过对张胄玄大业历（６０８年）、刘焯皇极历（６００年）与一行太衍历（７２７年）日躔表的分析，可以清楚地看出隋代前后太阳视运动理论逐步完善的发展脉络．刘焯创立的二次内插算法是建立在太阳视行速对称且分段成等差数列变化这两个前提之下，它的出现应属自然。本文认为，张子信之后的太阳视运动理论，是申国古代天文学家独立创建并发展起来的。     

山西民间服饰的旅游价值及开发研究

文章从旅游学的角度,将山西民间服饰的特征与山西现代旅游有机地结合起来,阐明了山西民间服饰所蕴含的旅游价值;在剖析山西民间服饰旅游资源开发现状存在的三大缺陷的基础上,提出了开发山西民间服饰旅游价值的5项策略。     

Nano CT成像进展

Nano CT是以Micro CT为基础进一步发展而来的分辨率更高的新型成像设备, 在生物成像、病理检测以及集成电路检测等多个领域都有广阔的应用前景. 本文着重介绍Nano CT的发展过程、成像的基本原理和关键技术以及在成像过程中可能存在的各种成像问题, 并针对当前制约Nano CT发展的运动成像、多分辨率成像等几个问题, 结合最新的技术发展对未来新型的Nano CT进行了展望.     

浅析高空坠落物侵权责任

重庆郝某烟灰缸砸伤案引起了各界人士对高空坠落物侵权行为的探讨,其概念如何界定,构成要件有哪些,由它导致的损失由谁承担?这一侵权行为所引起的一系列问题在法学界都存在很大争议。笔者将从几个方面对这一问题进行探析,希望能为现实生活中发生的此类难题提供破解方法。     

地极周年运动和自由摆动的主要特征

地极的周年运动和自由摆动(钱德勒运动)是地极周期运动的两个主要成份。按照地极坐标的定义,地球瞬时自转极相对于惯性极的位置可表示为:     

吸引和排斥与生命物质运动：吸引和排斥是遗传和变异的动力

从染色体,分子,原子水平探讨了吸引和排斥与生命物质的关系。遗传和变异是生物界最基本的运动形式,它们的运动与吸引相互作用密切相关。吸引和排斥的相互作用生物大分子存在的基石,是细胞分裂,维持细胞结构和细胞内各种运动所必需的。同时,吸引排斥的作用还有基因调控,ＤＮＡ重组,突变和修复以及遗传工程中得到体现。