六维力压电天平研制与静态性能测试研究

风洞天平是空气动力学试验的重要测力装置,针对压电天平动态响应速度快、跟随特性好、结构简单、量程范围大的特点,研制了一种可应用于风洞试验中动态气动荷载测量的压电天平.对压电天平的静态校准方法进行了研究,推导出其校准公式.在风洞天平校准台上,完成了压电天平的静态单分量校准与复合加载试验,得到压电天平的标定矩阵,压电天平的非线性误差和重复性误差分别为0.06%、0.19%,最大向间干扰1.94%.对试验结果进行误差分析,给出了压电天平测试系统的不确定度.试验结果表明:压电天平主要性能指标良好,满足测试精度要求.     

一种改进的阻力天平仪校准方法

介绍了流体壁面摩擦力的直接测量方法－－阻力平衡测量法、针对滑轮摩擦力是和天平仪校准误差的主要来源,提出挤消校准法,该校准方法利用计算机编程控制,先通过缓慢加载使滑轮摩擦力引入正误差,然后又通过缓慢卸载使滑轮摩擦力引入负误差,最后水和平均,消除了该摩擦力的影响,此方法显著提高了校准精度,易于操作,且不受量程限制。     

漂浮植被的阻流特性研究

为了定量研究漂浮植被的阻流特性,采用电子应力计对漂浮植被的拖曳力进行测量,基于边界层理论对其受到的拖曳力进行计算分析,并将实测的植被-水体交界面处切应力与基于边界层理论计算得到的拖曳力值进行了对比分析.研究结果表明:在充分发展的湍流边界层中,将边界层理论用于分析漂浮植被拖曳力是可行的;漂浮植被摩擦阻力的大小与速度的平方成正比,而压强阻力的大小与流速的平方成反比;植被拖曳力系数由植被区长度雷诺数和植被区高度雷诺数共同决定.     

加槽石英微天平粘度密度传感器的分析与优化

提出一种用有限元方法计算石英微天平谐振频率变化的有效方法．运用此方法分析了用加槽石英微天平分别测量液体粘度及密度的原理,解释了前人的实验结果．对影响传感器灵敏度的微槽深度、宽度、周期、微槽侧壁倾角及石英微天平的振动频率进行了分析、优化．     

天平的灵敏度问题探讨

对天平的灵敏度进行了探讨，定量分析了影响天平灵敏度的因素，并且得出了调节天平灵敏度的方法和测量天平灵敏度的方法。     

水平旋转圆筒表面温度和浓度边界层的测量

用自制的微热偶式测温和测湿装置分别对大直径水平旋转圆筒表面温度边界层和浓度边界层进行了测量．实验表明,旋转对顺向侧和逆向侧的影响情况有所不同顺向侧边界层的温度梯度和浓度梯度随旋转雷诺数的增加一直增大,而逆向侧的温度梯度和浓度梯度随旋转雷诺数的增加先减小后增加用微热偶式测温装置测量边界层温度分布时,由辐射引起的温度测量误差不超过3%,用微热偶式测湿装置测量边界层浓度分布时,由辐射引起的湿球温度测量误差在3％～8％,且离圆筒越近测量误差越大。     

磁天平测量饱和磁化强度和居里温度方法的研究

本文利用磁天平测量饱和磁化强度(Ms)和居里温度(Tc)的原理，对磁天平测量饱和磁化强度和居里温度的装置进行了研究，并给出了具体的测量步骤．     

天平振动的研究

测量物体质量的常用仪器之一是天平。实际的天平横梁上三个刀口不可能在同一平面上,中间刀口到两侧刀口所在平面有一微小的距离,由此产生了一个附加的力矩。天平在振动时,形成一个复摆,根据力矩平衡关系,讨论了天平的振动规律。通过测量天平的感度和振动周期,考查了天平的转动惯量、重心位置等参数;计算得出了中间刀口到两侧刀口所在平面的距离;分析了天平感度的变化规律。通过研究天平的机械摆动,探索了复摆的运动规律,加深了对天平的认识。     

脉冲型天平高精度全自动校准系统

中国科学院力学研究所于2012年建成JF-12复现飞行条件激波风洞并投入使用.为满足该大型风洞气动力试验中风洞脉冲型天平的高精确度校准需求,根据应用于激波风洞的脉冲型天平的载荷量程特点,研制了一套大载荷脉冲型天平高精度全自动校准系统(AiBCS).本文详细阐述了该天平校准系统的研制方案、设计思路与构想,以及所涉及的关键技术.建成后的天平校准系统,可满足最大法向力±15 kN量程范围的脉冲型天平的高精确度"一键式"全自动校准.本文对同一台天平在不同校准设备的静态校测数据结果也进行了对比分析, AiBCS的校准指标优异.校准后的脉冲型天平可应用在短试验时间激波风洞中开展高精度气动力测量试验,由此AiBCS的研制完成可为脉冲型风洞高焓流动条件下气动力测量技术的发展提供坚实设备基础和技术支撑.     

测量不确定度在机械天平计量检定中的应用研究

作为评定测量水平的重要指标,测量不确定度具有重要的意义,测量不确定度是判断测量结果质量的标准之一。该文分析评定了机械天平测量不确定度,并且对测量不确定度在机械天平计量检定中的具体应用进行了探讨。     

加热平板表面温度分层产生的湍流逆转捩现象

针对加热平板表面密度分层结构中的逆转捩现象,在二元风洞中进行了系统的实验研究。对局部加热的水平平板下表面边界层内的时均速度的演化规律进行了详细的测量,同时对速度脉动信号以及速度能谱进行了分析,并对边界层内的波动特性进行了研究。这些参数体现了边界层逆转捩过程中流动特性的变化规律,揭示了密度分层结构中逆转捩现象发生的机制。在实验中对比了局部加热平板表面的边界层与无温度梯度情况下自然形成的湍流边界层的特性。发现在加热的情况下,边界层的形状因子由1.5上升至2.6;时均速度廓线中的平衡湍流层消失;以及速度能谱中惯性子区消失等变化。在实验中还发现加热平板表面速度信号中出现了间歇现象。实验结果表明板面附近的流动已由湍流流动转变为层流流动,同时平板表面的摩擦系数较没有温度梯度时有大幅度下降,不仅证明了边界层逆转捩现象的存在,也说明了这种条件起到了减阻的效果。     

Similarity solutions to a laminar boundary layer problem in power law fluids

A suitable similarity transformation is introduced to reduce the laminar boundary layer equations of power law fluids to a class of singular nonlinear two-point boundary value problems. The kin friction and shear stress distributions for boundary layer flow over amoving flat plate are investigated by utilizing the shooting technique. Results indicate that for each fixed value of the power law exponent n or the velocity ratio parameter xi, the skin frictionand shear stress decrease with the increasing of n or ξ respectively.     

一类层流边界层方程的近似解

对连续运动平板边界层问题进行了研究,其中平板以线性速度运动．通过引入适当的相似变换和Crocco变量变换技巧,将原边界层方程转化为一类奇异非线性两点边界值问题．利用Adomian拆分法给出了方程的近似解和壁摩擦力的近似值,并给出了壁摩擦力的数值解,近似解的可靠性被数值解所证明,也说明了我们所用方法的可靠性和有效性．     

螺纹桩负摩阻力计算方法

螺纹桩特殊结构形式,使得其更容易产生较大的负摩阻力。对螺纹桩负摩阻力的研究具有重要的理论和工程实际意义。首先讨论了螺纹桩负摩阻力的产生机理及其主要影响因素。并利用佐藤悟双折线模型,通过荷载传递法建立出螺纹桩负摩阻力的基本微分方程。利用连续和边界条件解出桩土相对位移解析式,进而推导出桩身轴力、中性点位置及负摩阻力计算公式,为螺纹桩的进一步研究应用提供一定的理论支持。     

填土地基中桩侧负摩阻力计算方法

就桩侧负摩阻力的计算方法进行探讨，介绍了桩侧负摩阻力的确定方法、中性点位置的确定及桩基承载力的验算，提出了相应的计算方法。同时通过工程实例对桩侧负摩阻力进行验算，说明了考虑桩侧负摩阻力在建筑工程中的重要性。     

基于附面层的摩擦阻力数值算法研究

利用附面层的速度型求解壁面的空气剪切应力,进而求得摩擦阻力,由此计算了一维层流平板边界层和二维层流NACA0012翼型的摩擦阻力.平板边界层计算结果同布拉修斯理论解相比较,吻合性良好.翼型计算结果同实验数据比较发现,小攻角气流不产生分离的情况下,摩擦阻力值与实验数据接近,随着迎角增大,分离区的扩展,压差阻力的比重增加,计算误差明显增加.     

Analysis of melting driven by friction and temperature difference under sliding plate

The contact melting processes of phase change material (PCM) under a sliding plate, which is driven by the friction and temperature difference AT, are studied. By using film theory, the fundamental equations for the melting process are derived. The thickness of boundary layer, the pressure distribution inside boundary layer and the mass melting rate of PCM are also obtained with the numerical method. It is found that (1) the larger the temperature difference is, the larger the thickness of boundary layer and the mass melting rate are, and the more asymmetric the pressure distribution is; (2) the quicker the sliding velocity is, the larger the mass melting rate is, the flatter the thickness of boundary layer is, and the more symmetric the pressure distribution is; (3) the results of the contact melting driven together by the friction and temperature difference cannot be obtained by the addition of those driven respectively by the friction and temperature difference.     

Analysis of melting driven by friction and temperature difference under sliding plate

The contact melting processes of phase change material (PCM) under a sliding plate, which is driven by the friction and temperature difference ΔT, are studied. By using film theory, the fundamental equations for the melting process are derived. The thickness of boundary layer, the pressure distribution inside boundary layer and the mass melting rate of PCM are also obtained with the numerical method. It is found that (1) the larger the temperature difference is, the larger the thickness of boundary layer and the mass melting rate are, and the more asymmetric the pressure distribution is; (2) the quicker the sliding velocity is, the larger the mass melting rate is, the flatter the thickness of boundary layer is, and the more symmetric the pressure distribution is; (3) the results of the contact melting driven together by the friction and temperature difference cannot be obtained by the addition of those driven respectively by the friction and temperature difference.     

基于桩-土软化模型的单桩荷载传递规律研究

桩身侧摩阻力是桩基设计非常重要的参数指标,而桩侧摩阻力的软化行为会引起桩承载能力的降低。基于桩-土软化模型推导出了单桩荷载传递规律的解析解。通过单桩静载荷试验,对比分析了解析解和桩荷载试验结果之间关系,结果表明桩的轴向力和桩-土界面应力应变吻合良好,验证了所提解析解的合理性。传统的解析解是通过经验法将桩端承载力当作已知边界条件使用,而本文提出的解析解可以通过不同的外加荷载和侧摩阻力来计算桩端承载力。由于考虑了桩侧土体的软化特性,在桩基加载过程中,从桩身归一化的侧摩阻力分布图中可以观察到桩身摩阻力的软化行为,桩基承载力有所下降。     

内燃机缸内近壁气流速度及温度分布特性的数值分析

为解决内燃机缸内近壁处的气体流动和传热问题，研究了内燃机缸内近壁处的气流温度和速度分布特性．以二维可压缩平面边界层流动方程为基础，根据准稳态能量定律的假设，以F因子作为修正系数，建立了曲面边界层的二维模型，并计算了温度和速度边界层在曲面上的分布．结果表明：热边界层和速度边界层的厚度数量级均为10^-3m；壁面温度高处热边界层厚，反之较薄；气流速度梯度较大处速度边界层薄，反之较厚．计算结果得到了激光实验测量结果的验证．