宇宙等离子体中调制相互作用

该文对等离子体天体物理中的强湍动进行了评述并强调地等离子体的基本相互作用。分析了控制湍动现象的Ｚａｋｈａｒｏｖ方程讨论了天体物理中一些有些兴趣的课题，诸如加速、爆发、有动力所引发的磁重联，等离激元所诱发的自生场以及自引力系统的非线性结构。     

激光极化态对激光等离子体中电子所受有质动力的影响

从理论上研究了线极化和圆极化超短超强激光脉冲对激光等离子体中电子所受有质动力的影响，得到了相应的解析表达式；通过单电子模型，比较了两种极化态的激光电场有质动力对电子纵向速度的影响．结果表明，线极化激光电场有质动力由于其振荡分量的存在要比圆极化对电子的加热更有效；电子因受振荡分量的作用而剧烈振荡，形成一个很强的纵向振荡静电场，产生静电场有质动力．     

离轴高斯涡旋光束的轨道角动量研究

由近轴光束理论,推导了离轴高斯涡旋光束在质心坐标中轨道角动量的解析表达式,在此基础上对离轴涡旋光束轨道角动量的分布及其传输进行了研究,数值研究表明,观测平面上离轴涡旋光束的轨道角动量的分布不再具备圆对称的特点,轨道角动量为0的等高线为封闭曲线,其内部区域轨道角动量数值为负,外部为正.随着传输距离的增加,远场区观测平面上轨道角动量的分布逐渐演变为近似左右对称的情形,拓扑荷数越大,演变的速度越快.另一方面,离轴距离也会影响到轨道角动量的分布,在确定的观测平面上,离轴距离越大,观测平面上轨道角动量极小值(负区域)的模值会越接近轨道角动量的极大值(正区域).该结论在研究离轴涡旋光束与微粒作用时能提供指导意见.     

Nonlinear dispersive scale Alfvén waves inmagnetosphere-ionosphere coupling: Physical processes and simulation results

Dispersive Alfvén waves(DAWs)have been demonstrated to play a significant role in auroral generation of the magnetosphereionosphere coupling system.Starting from a two fluid reduced MHD model,we summarize the frequency,temporal and spatial characteristics of magnetospheric DAWs.Then,the nonlinear kinetic and inertial scale Alfveén waves are studied,and we review some theoretical aspects and simulation results of dispersive Alfve′n waves in Earth’s magnetosphere.It is shown that dispersive standing Alfve′n waves can generate the field-aligned currents which transport energy into the auroral ionosphere,where it is dissipated by Joule heating and energy lost due to electron precipitation.The Joule dissipation can heat the ionospheric electron and produce changes in the ionospheric Pedersen conductivity.As a feedback,the conducting ionosphere can also strongly affect the magnetospheric currents. The ponderomotive force can cause the plasma to move along the field line,and generate ionospheric density cavity.The nonlinear structuring can lead to a dispersive scale to accelerate auroral particle,and the Alfvn waves can be trapped within the density cavity. Finally,we show the nonlinear decay of dispersive Alfvén waves related to two anti-propagating electron fluxes observed in the auroral zone.     

全光纤光子轨道角动量模式的产生

通过模分复用技术,将带有不同阶数轨道角动量的光波作为不同的信道,能够从另一维度极大的增加光通信的容量。光子轨道角动量的产生是这类技术的一个核心。我们基于有效介质理论,在光纤端面设计了特殊的螺旋结构,使光纤端面的有效折射率沿着顺时针或逆时针方向线性增加。当传导光波入射到该结构时,会因为方位角上的折射率不同而形成光程的差异,从而引起相应的相位延迟并形成相位波前的螺旋形结构,即产生带有轨道角动量的光波,我们使用FDTD方法模拟了轨道角动量的产生过程。     

空气系统转静腔室轴向力计算与试验研究

燃气轮机转子的轴向推力是燃机总体设计的重要指标之一。燃机转子轴向推力必须保持在一个合适的载荷范围内,即作用在轴承上的轴向推力大小合适且不换向。因此,对空气系统转静腔室轴向力展开计算与试验研究,开展空气密封系统流体网络计算,揭示转-静盘腔气体轴向力产生机理,将转-静盘腔气动推力与转子支承系统解耦,提出一种转-静盘腔气动轴向推力的直接动态测试方法,搭建了转-静盘腔轴向力机理试验台,开展不同压差与不同转速下的转-静盘腔轴向力测试,并利用理论计算与仿真计算对试验结果进行验证,结果表明轴向力直接测试方法准确、可靠。以上研究结果对揭示燃气轮机转-静盘腔轴向力产生机理,明确影响燃机高压转子轴向力大小与方向的关键因素具有重要意义。     

Experimental Investigations of Axial Force Monitoring and Control for Friction Stir Welding Process

Friction stir welding( FSW) is a solid-state welding process that utilizes a rotating tool to induce gross material plastic deformation and join two parts together. A large number of studies have indicated that axial force control can be used to achieve good welding quality. However,in the welding process,due to workpiece's geometry error,improper clamping and other process variations,the axial force can vary significantly and produce welding defects.The control of force in the process of FSW is investigated. At first,the development and evaluation of a closed-loop control system is described,which is equipped with a custom real-time wireless force dynamometer for FSW. Then,an axial force controller is designed based on nonlinear force controllers for FSW. Experimental validations are carried out on an FSW platform. The experimental results demonstrate that the controller maintains the constant axial force and shows desirable dynamic behavior, even when the disturbance is encountered during the welding process.     

无粘性流体内部传播的横波

无粘性流体内部,虽然不存在切向应力,但是,在一定条件下,横波仍可在其中传播。如在重力场作用下,密度分层理想流体内部的重力内破及旋转非惯性系中理想流体内部的惯性和罗斯贝(Rossby)波都是这类横波,其中浮力及牵连惯性力和科里奥利惯性力分别相应地担当了在通常情况下切向应力所扮演的回复力角色。     

基于Comsol多物理场仿真的短路工况下变压器轴向电磁力的计算

过大的短路电磁力会影响变压器的安全运行及电网的稳定性。为了计算研究短路条件下变压器绕组的轴向电磁力,本文建立了110 kV/38.5 kV/10.5 kV的变压器“磁场-电路”耦合模型,使用Comsol Multiphysics软件对三相高压对中压绕组短路工况下的变压器进行了仿真,并得到了铁心磁密和内部辐向漏磁磁密的分布,B相高压中压绕组所受的轴向电磁力,以及在不同电流载荷下绕组所受轴向电磁力的变化规律。结果表明,变压器内部辐向漏磁磁密主要集中在绕组端部,峰值可达0.03 T,绕组中间位置,辐向漏磁磁密为0。绕组所受轴向电磁力的频率主要为50 Hz和100 Hz,且随着短路时间的增加,其二倍频特性愈加明显。随着短路励磁电流增加,绕组受到的轴向电磁力也会增大,且轴向电磁力增幅等于电流增幅的平方。     

微型轴流风扇扭叶片设计及其气动分析

通过推导微型轴流风扇叶片出口轴向速度沿叶高的分布方程,提出了一种考虑轴向速度非均匀性的扭叶片设计方法.通过计算流体动力学(CFD)技术,对利用该方法所设计的各种形式扭叶片的气动性能及其变工况时的气动特点进行了数值研究,并比较了工作于自模区与非自模区风扇的气动性能差异.研究结果表明,与自模区的风扇相比,非自模区的风扇压力曲线没有最高压力点,随流量减少压力几乎呈线性增加,且无失速点;效率曲线则显得更为平坦;按刚性涡设计的扭叶片虽效率低,但风压高;提高叶轮的轮毂比有助于提升风扇压力与效率.     

Hopping planning of the bionic leg mechanism driven by PAMs with biarticular muscle

Bionic robots are generally driven by motors. As robots driven by pneumatic artificial muscles(PAMs) have the advantages of light weight, good bionics and flexibility, more and more researchers have adopted PAMs to drive bionic robots. A kind of bionic leg driven by PAMs for hopping is proposed in this work. A 3-DOF bionic leg driven by 4 PAMs is designed by analyzing the biological structure and movement principles of frog legs, and 3 kinds of leg configuration with different PAMs arrangement is proposed. One biarticular muscle is used to increase the joint rotating range. The bracket pulley and PAMs for driving joint can effectively increase its rotating range. The rotating range of hip and knee joint driven by a biarticular muscle is simulated. The simulation results show that the biarticular muscle can transfer the movement of the hip joint to the knee joint and increase the rotating range of the knee joint. The greater the contraction of PAM, the greater the rotating range of joint. The bionic leg can perform planned step distance and step height of hopping.     

薄壁圆柱壳旋转波动振动分析

应用Donnell's简化壳理论,在考虑阻尼的情况下,用复分析的方法研究了旋转的薄壁悬臂圆柱壳在法向激振力作用下的线性波动振动.研究结果表明,使用复分析方法可以很好地求解圆柱壳的旋转波动振动问题.解的前行波、后行波实部为零可用来确定产生共振的频率及转速,而虚部可确定响应值大小.旋转的薄壁圆柱壳在线性振动时,有两个共振频率.波动共振响应曲线为拍,其幅值大小与波动模态阻尼比有关,一般后行波响应幅值要大于前行波响应幅值.     

Low frequency oscillatory flow in a rotating curved pipe

The low frequency oscillatory flow in a rotating curved pipe was studied by using the method of bi-parameter perturbation. Perturbation solutions up to the second order were obtained and the effects of rotationon the low frequency oscillatory flow were examined in detail, The results indicated that there exists evident difference between the low frequency oscillatory flow in a rotating curved pipe and in a curved pipe without ro-tation. During a period, four secondary vortexes may exist on the circular cross-section and the distribution of axial velocity and wall shear stress are related to the ratio of the Coriolis foree to centrifugal foree and the axial pressure gradient.     

固体润滑滚动轴承动态特性有限元分析

参照卫星驱动机构使用的C36018固体润滑角接触球轴承,建立了三维模型,借助ABAQUS有限元软件,对固体润滑滚动轴承进行显式动力学仿真分析,得到了不同转速和轴向力下轴承各部件的动态接触应力及滚珠和内圈的运动状态,并与无涂层润滑条件下的结果进行了对比分析.结果表明:轴向载荷增加,轴承各个部件的应力幅值都有所增大,滚珠和保持架开始转动所需的时间缩短;转速增加,接触区域应力峰值变化频率增大,但对应力幅值的影响很小;具有固体润滑涂层的滚道接触面,在与滚珠发生接触时,涂层发生弹性变形,接触面积增大,接触应力减小,可以有效地保护轴承.     

波流联合作用下弹性支承梁动力特性分析

为分析铰接塔平台的动力特性,建立了部分水下带有集中质量块的等截面弹性支承梁运动模型。用耦合弹簧刚度矩阵模拟铰接头处桩基础与土层之间的相互作用,考虑波浪和海流对梁的Morison力作用及由集中质量块引起的轴向力作用,建立了弹性支承等截面梁横向强迫振动的运动控制模型。采用Runge-Kutta数值方法分别研究了耦合弹性支承和独立弹性支承条件下梁的动力响应。研究表明,波流联合作用下,弹性支承等截面梁的有阻尼固有频率并未发生变化,系统同样将发生超谐共振;海流对不同弹性支承结构的主共振响应影响是不同的。可为海洋工程中铰接塔平台的动力特性分析提供参考。     

内置偏心螺旋扭带的管内层流流动特性

采用数值模拟方法,对层流状态下内置偏心螺旋扭带的管内流动特性进行了研究。结果表明:螺旋扭带的偏心放置改变了管内流场的对称结构,轴向速度极值出现在扭带与管壁最大环空间隙中间,径向速度和周向速度极值出现在扭带圆周范围内的扭带两侧;轴向和径向速度极值随着扭带偏心率的增大而提高,而周向速度极值随着扭带偏心率的增大而减小;流体在偏心螺旋扭带作用下会形成一个围绕其轴线同向旋转的强制涡,当螺旋扭带靠近管壁时,该强制涡又会带动其外围流体旋转流动,形成一个与强制涡旋向相反的诱导涡;管内压力降随扭带偏心率及扭率的增大而减小,随扭带宽度及雷诺数的增大而增大;螺旋扭带的偏心放置促进了流体的径向流动,降低了流动阻力,有利于边界层内流体的扰动和更新。     

旋转厚圆柱壳振动特性分析

为研究旋转厚圆柱壳的动力特性 ,采用九结点退化壳体单元有限元法 ,对于壳体达到平衡位置以前的状态 ,采用非线性板壳理论求解 ,然后采用线性理论研究圆柱壳的动力特性。模型中考虑了科氏加速度 ,离心力 ,初应力的影响。分析结果显示旋转厚圆柱壳具有复杂的三维模态 ,旋转速度对不同模态的固有频率的影响不同。该研究为高速离心机、航空发动机等旋转机械中的圆柱壳结构的设计和故障诊断提供了理论依据和分析方法     

状态监测振动传感器优化布置理论及应用

提出了一种旋转机械的轴向及径向振动传感器布置方法.利用有限元分析方法对单跨转子系统和引入不同联轴节的多跨系统进行谐响应分析,在同一激振力下,比较靠近轴承及远离轴承处的振动测点水平方向振动响应结果,以及引入不同联轴节的多跨转子系统的两跨间响应的变化.结果表明:当需要在靠近轴承座的地方选择振动测点时,为了提高振动测点的灵敏...     

根部连接刚度对旋转叶片振动特性的影响

以一个扭型、变截面旋转叶片为研究对象,基于ANSYS有限元软件,采用变厚度的壳单元建立了叶片的有限元模型,并与实体单元进行对比;通过二者的固有频率和振型来验证本建模方法的准确性.随后分析了在离心刚化、旋转软化效应和科氏力共同作用下,径向连接刚度对叶片动频特性的影响,以及在离心力和气动力共同作用下径向连接刚度对叶片幅频响应的影响.研究结果表明,较小的径向刚度会产生刚体振型,且响应主要集中在低频段;中等径向刚度会产生一些耦合振型,响应集中在高频段;大的径向刚度接近固支情况,响应幅值较前二者小.     

柯氏力对桨叶旋转面振动固有频率的影响

本文用有限元法分析了柯氏力对桨叶旋转面固有振动频率的影响.文中提出有效的计算方法,与不考虑柯氏力的情况相比,虽然方程阶数提高一倍,但基本不增加对计算机容量的要求.最后给出数值结果.