時(shí)間：2023-06-19 16:15:59
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇力學(xué)研究方向，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
一、凝聚態(tài)物理的重要性
凝聚態(tài)物理主要從兩個(gè)方面體現(xiàn)其重要性：一方面體現(xiàn)為與相鄰學(xué)科（如粒子物理學(xué)）之間在概念、方法、技術(shù)等方面的滲透，促進(jìn)材料科學(xué)、能源科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等交叉學(xué)科的發(fā)展，并日益顯現(xiàn)出其強(qiáng)大的發(fā)展?jié)摿ΑＡ硪环矫鏋檠邪l(fā)和制備新型材料提供了強(qiáng)有力的理論數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)支持，同時(shí)也為開(kāi)發(fā)和拓展新領(lǐng)域提供了極具實(shí)用性的科學(xué)理論依據(jù)。
二、凝聚態(tài)物理的主要研究方向
隨著交叉學(xué)科的發(fā)展和技術(shù)需求的提高，凝聚物理的研究范圍更加廣闊，技術(shù)要求更加精密。凝聚態(tài)物理的主要研究方向有以下幾種。
1.軟物質(zhì)物理學(xué)
軟物質(zhì)概念于1991年提出，也稱為復(fù)雜液體。軟物質(zhì)一般是由大分子或基團(tuán)組成的，介于固體和液體之間的物相。一些常?的物質(zhì)，如液晶、膠體、膜，生命體系物質(zhì)諸如蛋白質(zhì)、DNA、細(xì)胞等，都屬于軟物質(zhì)。和由內(nèi)能驅(qū)動(dòng)的硬物質(zhì)不同，軟物質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)變化主要由熵驅(qū)動(dòng)，變化過(guò)程中內(nèi)能的變化很微小。
2.宏觀量子態(tài)
宏觀量子態(tài)是指用量子力學(xué)來(lái)描述宏觀體系的狀態(tài)，如超導(dǎo)中的電子庫(kù)珀對(duì)。宏觀量子態(tài)具有典型的量子力學(xué)性質(zhì)，當(dāng)前宏觀量子態(tài)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)為耗散現(xiàn)象和退相干現(xiàn)象。
3.介觀物理與納米結(jié)構(gòu)
介觀是指介于宏觀和微觀之間的體系。介觀物理學(xué)所研究的物質(zhì)大小與納米科技的研究尺度有很大重合，所以這一研究方向也常稱之為“介觀物質(zhì)和納米科技”。
4.固體電子論中的關(guān)聯(lián)區(qū)
凝聚態(tài)物理的前身――固體物理學(xué)研究的核心問(wèn)題，就是固體中的電子行為。固體中的電子行為可根據(jù)電子間相互作用的大小分為三個(gè)區(qū)域，分別是強(qiáng)關(guān)聯(lián)區(qū)、中等關(guān)聯(lián)區(qū)和弱關(guān)聯(lián)區(qū)。現(xiàn)今研究固體電子論的大部分學(xué)者研究方向都是強(qiáng)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)。
三、凝聚態(tài)物理的主要研究現(xiàn)象及其理論依據(jù)
目前凝聚態(tài)物理的主要研究現(xiàn)象有超導(dǎo)、光譜、弱相互作用、磁性研究（微磁學(xué)、鐵磁學(xué)、相圖、磁阻、巨磁阻抗效應(yīng)等）、多向異性、子晶格、態(tài)密度、能隙、強(qiáng)關(guān)聯(lián)、激發(fā)態(tài)、量子通信、冷原子、霍爾效應(yīng)等。
凝聚態(tài)物理所用的理論依據(jù)主要源于相變與臨界現(xiàn)象的理論，成熟完備的量子力學(xué)則是其堅(jiān)定可靠的理論基石，在這兩種理論之下，凝聚態(tài)物理根植于相互作用的多粒子理論。凝聚態(tài)物理的前身――固體物理學(xué)中的一個(gè)重要理論依據(jù)是能帶理論。目前來(lái)說(shuō)一些常用的理論方法有很多，比如蒙特?卡洛方法、波爾茨曼模型、分子動(dòng)力學(xué)模擬、伊辛模型、有效場(chǎng)、平均場(chǎng)，等等。
四、目前凝聚態(tài)物理研究取得的一些成就
關(guān)鍵詞：板料成形 回彈 有限元
板料彎曲成形是指在常溫下靠壓力機(jī)和模具對(duì)板件施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形，從而取得一定形狀和尺寸的零件的加工方法。金屬板料的彎曲過(guò)程中同時(shí)伴隨著回彈現(xiàn)象，即板料在成形后，由于外力的去除使板材彈性變形的區(qū)域發(fā)生彈性恢復(fù)以及在材料塑性變形區(qū)域的彈性部分發(fā)生彈性恢復(fù)，造成成形件形狀和尺寸與成形前相比都發(fā)生變化的現(xiàn)象。研究板料彎曲成形通常有三種方法，即理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬。
1、理論分析
理論分析主要是對(duì)典型的成形件進(jìn)行適當(dāng)?shù)亓W(xué)模型簡(jiǎn)化，采用力學(xué)分析的方法，以研究板料成形過(guò)程中的回彈現(xiàn)象。
1950年前后，英國(guó)著名學(xué)者Hill[1]提出了平面應(yīng)變條件下彈塑性彎曲的基本理論，考慮板料橫向剪切應(yīng)力影響，并認(rèn)為由于橫向剪切應(yīng)力的作用，板料彎曲中性層不總位板的中面，而是會(huì)隨著彎曲變形逐漸向板內(nèi)層移動(dòng)。彎曲中性層曲率半徑如下：。式中和分別為彎曲過(guò)程中最內(nèi)層和最外層彎曲曲率半徑。上個(gè)世紀(jì)60年代以后，各國(guó)學(xué)者基于Hill提出的模型，對(duì)板料彎曲理論進(jìn)行了發(fā)展和補(bǔ)充。1999年，Jenn-Terng Gau[2]等人基于線性隨動(dòng)強(qiáng)化、各向同性強(qiáng)化及Mroz多屈服面移動(dòng)及強(qiáng)化、平面應(yīng)變假設(shè)及實(shí)驗(yàn)，提出了一新的材料強(qiáng)化模型分析板料成形回彈問(wèn)題。
從以前各位學(xué)者的研究結(jié)論來(lái)看，板料成形回彈的理論分析在過(guò)去的幾十年中取得了豐富的理論成果。但理論分析中采用了較多的簡(jiǎn)化和假設(shè)，比較適合于求解二維簡(jiǎn)單沖壓件的成形回彈問(wèn)題，在求解復(fù)雜三維沖壓件的成形回彈問(wèn)題時(shí)，存在一定困難。
2、實(shí)驗(yàn)研究
由于理論分析的存在的缺陷，國(guó)內(nèi)外研究人員采用實(shí)驗(yàn)法對(duì)彎曲回彈進(jìn)行了大量研究，以彌補(bǔ)理論分析的不足。彎曲回彈實(shí)驗(yàn)研究的目的主要有兩方面：一是檢驗(yàn)通過(guò)理論分析和數(shù)值模擬計(jì)算后得到的回彈結(jié)果的準(zhǔn)確性和和精確程度；二是能夠以直接取得的實(shí)際結(jié)構(gòu)在真實(shí)載荷作用和工藝條件下回彈前后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)而整理成為經(jīng)驗(yàn)公式或圖表，以供模具設(shè)和零件生產(chǎn)時(shí)參考。
實(shí)驗(yàn)研究的內(nèi)容重點(diǎn)在于通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)來(lái)分析各種因素，如材料的力學(xué)性質(zhì)、彎曲角、彎曲半徑、模具形狀和間隙、校正力、摩擦力對(duì)回彈的影響。1989年，Jang-Kyo Kim[3]等人通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)研究了三類不同的鋼板U型件的回彈情況，分析了一些工藝參數(shù)對(duì)回彈的影響。2002年，M.V. Inamdar[4]等人采取正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分析了材料性質(zhì)和彎曲見(jiàn)幾何形狀及其相互作用對(duì)回彈的影響。
利用實(shí)驗(yàn)法研究板料回彈，可以測(cè)量出板料回彈的實(shí)際數(shù)值，得出經(jīng)驗(yàn)公式，為模具設(shè)計(jì)提供量化依據(jù)。但是經(jīng)驗(yàn)公式不僅與實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)，而且受實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法、經(jīng)驗(yàn)公式使用條件等方面的影響，只適用于與實(shí)際條件相近的加工過(guò)程。而且用實(shí)驗(yàn)法研究時(shí)間較長(zhǎng)，成本較高，代價(jià)相對(duì)昂貴。
3、數(shù)值模擬
板料成形過(guò)程可以看作是一個(gè)復(fù)雜的非線性問(wèn)題，其中包含著幾何非線性、材料非線性和接觸非線性等，傳統(tǒng)的分析回彈問(wèn)題的解析法、實(shí)驗(yàn)法對(duì)解決一些簡(jiǎn)單的彎曲問(wèn)題有用，但對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的彎曲零件卻難以奏效。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)開(kāi)始逐漸應(yīng)用于工業(yè)技術(shù)中。國(guó)內(nèi)外研究人員在板料成形數(shù)值模擬技術(shù)的各個(gè)方面，如單元類型、材料模型、接觸摩擦處理、求解過(guò)程等方面進(jìn)行了大量研究，取得了一定成果。
1960年，Clough[5]在《 Proceedings American Society of Civil Engineers Conference on Electronic Computation 》雜志中發(fā)表了《The finite element method in plane stress analysis》一文，他首次提出了“有限元”這個(gè)名詞，奠定了有限元法早期的理論基礎(chǔ)。隨著有限元方法的日益成熟和計(jì)算機(jī)技術(shù)快速進(jìn)步，板料成形過(guò)程的數(shù)值模擬迎來(lái)了飛速發(fā)展時(shí)期，國(guó)際上開(kāi)始組織定期召開(kāi)板料成形數(shù)值模擬會(huì)議（International Conference and Workshop On Numerical Simulation of 3-DSheet Forming Processes），簡(jiǎn)稱NUMISHEET。會(huì)議除了發(fā)表與板料成形數(shù)值模擬前沿技術(shù)相關(guān)的論文，還提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)試題，供與會(huì)者進(jìn)行模擬計(jì)算，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，用以驗(yàn)證現(xiàn)有的數(shù)值模擬算法的模擬能力，有力地推動(dòng)了板料成形數(shù)值模擬技術(shù)的研究。
參考文獻(xiàn)
[1] Hil R. The Mathematical Theory of Plasticity [M]. Oxford： Clarendon Press， 1950.
[2] Gau J， Kinzel G L. A new model for springback prediction in which the Bauschinger effect is considered [J]. International Journal of Mechanical Sciences. 2001， 43（8）： 1813-1832.
[3] Kim J， Thomson P F. Springback and side-wall curl of galvanized and galvalume steel sheet [J]. Journal of Mechanical Working Technology. 1989， 19（2）： 223-238.
[4] Inamdar M V， Date P P， Sabnis S V. On the effects of geometric parameters on springback in sheets of five materials subjected to air vee bending [J]. Journal of Materials Processing Technology. 2002， 123（3）： 459-463.
[5] Clough R W. The finite element method in plane stress analysis[J]. 1960.
作者簡(jiǎn)介：
鄭山山，男，1988，漢，籍貫：上西平陸，學(xué)歷：碩士（在讀），主要研究方向：工程力學(xué)
關(guān)鍵詞:輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車; 電機(jī)扭矩分配; 再分配偽逆算法; 層疊廣義逆法; 加權(quán)最小二乘法
中圖分類號(hào):U461.6; U469.72
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
Simulation and evaluation on torque distribution algorithm of
in-wheel motor of in-wheel drive electric vehicle
XIONG Lu, YU Zhuoping
(College of Automotive Eng., Tongji Univ., Shanghai 201804, China)
Abstract: To control the torque of all in-wheel motors for in-wheel motor drive electric vehicle accurately, and to achieve the better control performance of automotive dynamics, numerical simulation are performed on Redistributed Pseudo-Inverse algorithm(RPI), Cascading Generalized Inverse algorithm(CGI) and Weighted Least-Squares algorithm(WLS), and the calculation speed, iteration times and calculation accuracy of the three algorithms are compared and evaluated. The result shows that WLS has the best comprehensive performance.
Key words: in-wheel motor drive electric vehicle; motor torque distribution; redistributed pseudo-inverse algorithm; cascading generalized inverse algorithm; weighted least-square algorithm
な嶄迦掌:2009-05-05 修回日期:2009-09-16
基金項(xiàng)目: 國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(“八六三”計(jì)劃)(2006AA11A10);同濟(jì)大學(xué)青年優(yōu)秀人才培養(yǎng)行動(dòng)計(jì)劃(2007KJ037)
作者簡(jiǎn)介: 熊 璐(1978―),男,江西鉛山人,講師,博士,研究方向?yàn)槠囅到y(tǒng)動(dòng)力學(xué)與控制,(E-mail);
余卓平(1960―),男,江西南昌人,教授,博導(dǎo),博士,研究方向?yàn)槠囅到y(tǒng)動(dòng)力學(xué)與控制,(E-mail)0 引 言
電動(dòng)汽車由于節(jié)能環(huán)保而成為新能源汽車研究的熱點(diǎn).又因?yàn)檩嗇炿姍C(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的各個(gè)輪轂電機(jī)獨(dú)立可控,因此會(huì)產(chǎn)生各個(gè)電機(jī)扭矩的分配問(wèn)題.┆[1-2]
傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車以制動(dòng)器為執(zhí)行元件,利用制動(dòng)力進(jìn)行車輛穩(wěn)定性控制已經(jīng)比較成熟.┆[3]輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)既可以輸出驅(qū)動(dòng)力也可以輸出制動(dòng)力.文獻(xiàn)[4-5]對(duì)電動(dòng)汽車橫擺控制展開(kāi)初步研究,采用簡(jiǎn)單的分配方法,即在一側(cè)增加驅(qū)動(dòng)或制動(dòng)扭矩ΔT,在另一側(cè)減小ΔT,改善車輛側(cè)向動(dòng)力學(xué)性能.該控制方法沒(méi)有考慮各輪的不同狀態(tài)以及車輛的約束條件.借鑒飛行控制中的控制分配算法[6],文獻(xiàn)[7]對(duì)輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的縱向力控制分配進(jìn)行仿真研究,并驗(yàn)證控制分配算法在車輛穩(wěn)定性控制方面的有效性.
控制分配算法主要有直接分配法、鏈?zhǔn)竭f增法、廣義逆法和數(shù)學(xué)規(guī)劃法等.┆[6]
材料工程(專業(yè)代碼085204)：接收專業(yè)型碩士研究生
化學(xué)(專業(yè)代碼：070300)：物理化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)方向接收學(xué)術(shù)型碩士研究生
二、研究方向
1、能源環(huán)保功能晶態(tài)材料
本方向以面向能源環(huán)保領(lǐng)域的晶態(tài)材料為研究對(duì)象，以宏觀性質(zhì)(光、電、能源氣體存儲(chǔ)、太陽(yáng)燃料(產(chǎn)氫、溫室氣體轉(zhuǎn)化)光催化材料、光電轉(zhuǎn)化和污染物去除)與微觀結(jié)構(gòu)、形貌之間的內(nèi)在關(guān)系為主線，開(kāi)展研究工作，為晶態(tài)材料功能導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、可控制備和性能調(diào)控提供新理論、新方法與新材料體系，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)其在新能源利用、環(huán)境治理、能源存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域的應(yīng)用。
目前主要研究方向有：
1、孔性晶態(tài)材料：儲(chǔ)氫、捕獲溫室氣體、污染物去除、氣敏、綠色催化;
發(fā)光晶態(tài)材料：熒光、化學(xué)傳感器、光電轉(zhuǎn)化;
新型高效催化材料：太陽(yáng)燃料(分解水、CO2轉(zhuǎn)化)光催化、電催化等。
聯(lián)系人：趙君
聯(lián)系方式：13507206810，[email protected]
2、動(dòng)力與儲(chǔ)能電池材料
本方向長(zhǎng)期致力于鋰離子電池等儲(chǔ)能電池新型電極材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、合成和電化學(xué)性能研究。以宜昌地區(qū)豐富的磷礦、石墨礦及鐵礦等礦產(chǎn)資源為原料，積極開(kāi)展高附加值鋰離子電池正/負(fù)極材料和超級(jí)電容器用復(fù)合材料方面的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。現(xiàn)有博士生導(dǎo)師2人，碩士生導(dǎo)師4人，在讀研究生13人，已畢業(yè)研究生均在國(guó)內(nèi)著名能源材料企業(yè)或研究機(jī)構(gòu)(如上海杉杉科技、東莞新能源、深圳貝特瑞、億緯鋰能等)從事研發(fā)工作。本方向在研國(guó)家自然科學(xué)基金5項(xiàng)，其它省部級(jí)及企業(yè)橫向課題6項(xiàng)。研究成果在國(guó)際權(quán)威刊物上發(fā)表SCI論文90余篇，獲得授權(quán)發(fā)明專利6項(xiàng)，并被評(píng)為湖北高校十大科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目提名獎(jiǎng)。
聯(lián)系人：楊學(xué)林
聯(lián)系方式：13972604202，[email protected]
網(wǎng)頁(yè)：newenergy.ctgu.edu.cn
3、能量轉(zhuǎn)換材料與器件
本方向長(zhǎng)期致力于能量轉(zhuǎn)換材料與器件的研究，結(jié)合國(guó)家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃以及宜昌市無(wú)機(jī)功能材料聚集中心的發(fā)展目標(biāo)，以揭示材料設(shè)計(jì)、合成、制備及器件組裝與性能的依存關(guān)系為主線，探索提升材料及器件性能的新工藝和新途徑。本方向主要圍繞Si基及C/Si基薄膜太陽(yáng)能電池、染料敏化太陽(yáng)能電池、鈣鈦礦太陽(yáng)能電池和超級(jí)電容器材料的設(shè)計(jì)、可控合成、器件表面界面調(diào)控及性能優(yōu)化開(kāi)展系統(tǒng)研究工作。
聯(lián)系人：孫盼盼
聯(lián)系方式：13618682465
4、光伏材料與器件
光伏材料與器件團(tuán)隊(duì)所在的太陽(yáng)能研究所實(shí)驗(yàn)室主要致力于各類太陽(yáng)能電池的研發(fā)、超級(jí)電容器的制備及光伏發(fā)電電力系統(tǒng)相關(guān)問(wèn)題的研究。現(xiàn)有博士生導(dǎo)師1人，碩士生導(dǎo)師4人，在讀研究生14人。本方向主持有國(guó)家自然科學(xué)基金、湖北省自然科學(xué)基金、湖北省教育廳青年基金、湖北省科技廳中小型企業(yè)創(chuàng)新基金以及與企業(yè)合作橫向項(xiàng)目十余項(xiàng)。實(shí)驗(yàn)室擁有從材料制備、電池組裝到性能分析的整套設(shè)備，有研究光伏發(fā)電及電力變換想問(wèn)題的分布式發(fā)電系統(tǒng)及基于新能源微電網(wǎng)研究的2011省級(jí)協(xié)同創(chuàng)新科研平臺(tái)。相關(guān)研究成果曾獲湖北省自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)各1項(xiàng)，獲國(guó)家發(fā)明專利12項(xiàng)。
聯(lián)系人：譚新玉，肖婷
聯(lián)系方式：15872592999，18986817550，[email protected]
5、金屬陶瓷材料
金屬基/陶瓷基復(fù)合材料是我校較早開(kāi)展的研究領(lǐng)域之一，主要研究方向：金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、金屬材料。基礎(chǔ)研究以材料熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)為理論基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)代材料制備技術(shù)，研究材料成分、組織、性能之間關(guān)系;工程應(yīng)用面向切削刀具、模具耐磨材料、汽車超高強(qiáng)度用鋼、高溫合金和新型建筑材料。實(shí)驗(yàn)室擁有較為完善的材料制備、測(cè)試和表征設(shè)備。近年來(lái)形成了以博士為主體的研究隊(duì)伍，現(xiàn)有導(dǎo)師7名，其中教授4人，在讀研究生21名。研究工作先后得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、省部級(jí)部門(mén)和企業(yè)的資助，承擔(dān)縱、橫向項(xiàng)目30余項(xiàng)，三大檢索論文150余篇，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利9項(xiàng)，部分科研成果已轉(zhuǎn)化為工業(yè)應(yīng)用。研究成果獲得湖北省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)3項(xiàng)，市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)2項(xiàng)。
聯(lián)系人：豐平，戴雷
聯(lián)系方式：13997700627，13197326390
關(guān)鍵詞：激光雷達(dá)；探測(cè)距離；尾流消散；應(yīng)用趨勢(shì)
引言
飛機(jī)尾流是飛機(jī)在飛行過(guò)程中產(chǎn)生的必然現(xiàn)象，與大氣不同，飛機(jī)尾流擁有特殊的空氣動(dòng)力學(xué)特性與雷達(dá)特性。從空氣動(dòng)力學(xué)的角度來(lái)分析，飛機(jī)在飛行過(guò)程中，尾部產(chǎn)生的氣流更加強(qiáng)烈，而且為不規(guī)則變化，因此飛機(jī)尾流成為了航空安全的重要影響因素。
1 民航飛機(jī)尾流的產(chǎn)生與消散
1.1 尾流的產(chǎn)生
尾流，即翼尖渦流，指的是飛機(jī)三維機(jī)翼在出現(xiàn)升力情況下，隨著出現(xiàn)誘導(dǎo)阻力的誘因。在飛機(jī)三維機(jī)翼出現(xiàn)升力情況下，飛機(jī)上翼面的壓強(qiáng)將不足機(jī)翼面，于兩個(gè)飛機(jī)翼尖位置氣流便會(huì)自下翼面經(jīng)翼尖流往飛機(jī)上翼面，如圖1所示。此外，結(jié)合懦可夫斯基升力公式，尾渦強(qiáng)度與尾渦相互有著下述關(guān)聯(lián)性：
？祝0=Y/pVLv=NyG/pLv
該公式中，Lv=πl(wèi)/4，Lv表示飛機(jī)有效翼展，l表示飛機(jī)翼展。
圖1 飛機(jī)尾流的產(chǎn)生示意圖
1.2 尾流的消散
尾流的消散機(jī)制十分繁雜，飛機(jī)尾流的消散步驟、方式受局部大氣環(huán)境很大程度影響，包括大氣分層效應(yīng)、風(fēng)的速度場(chǎng)、溫度梯度以及大氣絮流度等等[1]。現(xiàn)階段，針對(duì)尾流的消散機(jī)理尚不十分明確，結(jié)合相關(guān)研究而言，飛機(jī)尾流消散通常存在以下幾種方式：I.經(jīng)較長(zhǎng)一段時(shí)間之后，翼尖渦流擴(kuò)散能夠使得各個(gè)漩渦不斷增大，造成尾流與大氣相融合，引發(fā)尾流消散；II.即刻的結(jié)構(gòu)變換，能夠片刻使漩渦中心位置加寬，造成漩渦瓦解、破裂，引發(fā)尾流消散。
2 民航飛機(jī)尾流探傳感器技術(shù)特點(diǎn)
2.1 激光雷達(dá)探測(cè)技術(shù)
飛機(jī)尾流的激光雷達(dá)探測(cè)技術(shù)屬于一項(xiàng)較為成熟的探測(cè)技術(shù)。Lockheed Corporation推行SOCRATES項(xiàng)目，通過(guò)激光雷達(dá)探測(cè)技術(shù)對(duì)飛機(jī)尾流進(jìn)行跟蹤，達(dá)到了顯著的機(jī)場(chǎng)使用率、機(jī)場(chǎng)安全可靠性等改善效果[2]。倫敦希思羅機(jī)場(chǎng)開(kāi)展的激光雷達(dá)探測(cè)研究發(fā)現(xiàn)，飛機(jī)尾流組成有著一系列有趣之處。良好的天氣環(huán)境下，激光雷達(dá)探測(cè)性能十分可觀，可確切呈現(xiàn)出尾流空氣動(dòng)力學(xué)相關(guān)參數(shù)，能夠給予飛機(jī)升降以有利的尾流特性依據(jù)，性能發(fā)揮距離比較遠(yuǎn)，然而在濃霧、陰雨等天氣環(huán)境下，激光雷達(dá)的傳播急劇衰減，性能發(fā)揮距離極大地下降，無(wú)法符合飛機(jī)尾流探測(cè)標(biāo)準(zhǔn)；另一方面，激光雷達(dá)探測(cè)技術(shù)還有著成本造價(jià)高的不足。
2.2 雷達(dá)
相較于激光雷達(dá)探測(cè)技術(shù)，雷達(dá)有著天氣環(huán)境適應(yīng)能力佳、成本造價(jià)經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢(shì)，并且同樣可以確切呈現(xiàn)出尾流空氣動(dòng)力學(xué)相關(guān)參數(shù)，符合民航安全對(duì)飛機(jī)尾流動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)。鑒于此，飛機(jī)尾流的雷達(dá)探測(cè)技術(shù)愈來(lái)愈得到人們的熱點(diǎn)關(guān)注。自上世紀(jì)八十年代到今天，歐美諸多發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)展了一系列飛機(jī)尾流探測(cè)研究檢測(cè)尾流雷達(dá)發(fā)射率，相關(guān)飛機(jī)尾流雷達(dá)探測(cè)研究[3]，如表1所示。自多普勒譜雷達(dá)相關(guān)研究角度出發(fā)，尾流構(gòu)成成分包括兩個(gè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)漩渦，尾流速率能夠視為兩個(gè)旋向不同的渦旋重疊，公式為：
v2（r）=v（r-r2）-v（r-r1）
其中，v（r）指的是尾渦剖面切向速率模型，r1、r2指的是渦旋中心，方程經(jīng)矢量疊加一定地呈現(xiàn)了渦旋的動(dòng)力學(xué)狀態(tài)[3]。設(shè)定飛機(jī)航速為70m/s情況下，通過(guò)單位長(zhǎng)度尾流之中徑向速率vd所具備的體積呈現(xiàn)多普勒譜S（vd），單位為m3/s，統(tǒng)計(jì)手段獲取單渦、雙渦多普勒譜公式與單渦所得結(jié)果基本一致，公式均可表示為：
S（vd）≈？祝20/8π3d，v0≤|Vd|≤V1
其中，？祝20指的是尾流渦環(huán)值。V0=？祝0/2πBa指的是尾流多普勒最小速率值，經(jīng)計(jì)算，單渦、雙渦標(biāo)準(zhǔn)差均在3m/s范圍。
3 民航飛機(jī)尾流探測(cè)研究現(xiàn)狀
3.1 尾流雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的問(wèn)題與趨勢(shì)
自尾流雷達(dá)探測(cè)技術(shù)研究方向而言，截止目前，它的理論研究仍舊鮮有成果。機(jī)尾流探測(cè)實(shí)驗(yàn)研究之中，大部分研究集中于光大、雷達(dá)等探測(cè)技術(shù)上，且尾流雷達(dá)探測(cè)技術(shù)愈來(lái)愈得到行業(yè)的熱點(diǎn)關(guān)注。
3.2 尾流探測(cè)技術(shù)的理論體系
現(xiàn)階段國(guó)際上關(guān)于尾流探測(cè)技術(shù)的相關(guān)研究所集中在民航領(lǐng)域，故此類研究所研究的主要方向?yàn)榻涛擦飨嚓P(guān)探測(cè)實(shí)驗(yàn)。相關(guān)面向反隱身實(shí)踐需要的遠(yuǎn)程尾流探測(cè)技術(shù)的理論體系，國(guó)際上還沒(méi)有十分明確的研究方向。在我國(guó)，相關(guān)人員在進(jìn)行尾流探測(cè)、尾流目標(biāo)特性相關(guān)研究的一并時(shí)間，首次進(jìn)行了更進(jìn)一步的尾流探測(cè)技術(shù)理論體系研究，初步構(gòu)建出尾流雷達(dá)回波框架，開(kāi)發(fā)出Hough變換、GLRT及LMP等一系列尾流探測(cè)技術(shù)，同時(shí)研究了不同常規(guī)天氣環(huán)境下的尾流探測(cè)距離[5]。這一系列尾流探測(cè)技術(shù)的理論體系研究，極大地對(duì)雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)理論進(jìn)行了豐富，但仍沒(méi)有構(gòu)筑出全面系統(tǒng)的尾流檢測(cè)理論體系，還有待進(jìn)一步展開(kāi)研究。
4 民航飛機(jī)尾流探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用趨勢(shì)
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的急速進(jìn)步，為航空運(yùn)輸也發(fā)展創(chuàng)造了有利契機(jī)，機(jī)場(chǎng)運(yùn)輸越來(lái)越繁忙，客流量越來(lái)越大，飛機(jī)尾流所引發(fā)的飛機(jī)安全隱患及尾流對(duì)機(jī)場(chǎng)吞吐量的制約等問(wèn)題，愈來(lái)愈得到行業(yè)專家人士的熱點(diǎn)關(guān)注。迄今為止，世界上已存在一些機(jī)場(chǎng)已經(jīng)配備有自身的飛機(jī)尾流探測(cè)雷達(dá)[6]。由此能夠遇見(jiàn)，在不久的將來(lái)，各大機(jī)場(chǎng)將陸陸續(xù)續(xù)配備尾流探測(cè)設(shè)備，尾流探測(cè)將成為民航領(lǐng)域的一項(xiàng)十分重要的應(yīng)用。
5 結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，飛機(jī)尾流探測(cè)技術(shù)研究是一項(xiàng)十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要花費(fèi)大量的人力、物力，為了實(shí)現(xiàn)飛機(jī)尾流探測(cè)技術(shù)研究的有效性，相關(guān)人員要全面認(rèn)識(shí)飛機(jī)尾流的特殊目標(biāo)特性，研制特有的飛機(jī)尾流檢測(cè)、跟蹤算法，并且應(yīng)當(dāng)權(quán)衡一系列工藝、實(shí)踐應(yīng)用等需求，積極為人類社會(huì)發(fā)展做貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
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千百年來(lái)，流體力學(xué)以其廣泛的適用性形成了獨(dú)有的科技魅力，隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，科技的不斷進(jìn)步，在一代又一代流體力學(xué)研究者的努力下，流體力學(xué)的世界也越發(fā)精彩。
執(zhí)著之樹(shù)必結(jié)黃金之果
邵傳平，中國(guó)計(jì)量學(xué)院流體檢測(cè)與仿真研究所研究員，多年來(lái)，由他負(fù)責(zé)的課題組主要從事鈍體旋渦脫落流動(dòng)控制研究。
所謂鈍體旋渦脫落流動(dòng)是指：當(dāng)流體以一定速度流過(guò)固定的鈍物體，如風(fēng)掠過(guò)橋梁、電視塔、電廠冷卻塔、高樓等等固體時(shí)，會(huì)在物體兩側(cè)交替地產(chǎn)生旋渦脫落，旋渦的交替脫落使物體表面的流體壓力發(fā)生周期性變化，從而產(chǎn)生作用于物體的交變力。當(dāng)流體動(dòng)力的變化頻率與物體結(jié)構(gòu)的固有頻率接近時(shí)，會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，使結(jié)構(gòu)遭到破壞，除此之外，旋渦脫落還會(huì)增大流體阻力，產(chǎn)生噪音。
那么，該如何消減旋渦脫落造成的負(fù)面影響呢？這既是海洋、土木、水利、電力、航空等領(lǐng)域關(guān)注的問(wèn)題，也是邵傳平及其課題組一直致力于研究的對(duì)象。
自1998年以來(lái)，邵傳平課題組先后主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“法拉第波與鈍體尾流穩(wěn)定性研究”，“渦激振動(dòng)控制與減阻減振”、“尾流控制機(jī)理與方法研究”，“流向振蕩柱體尾流不穩(wěn)定性的控制”等的研究，取得了一連串的科研成果。
在靜止鈍體旋渦脫落抑制方面，自1930年代以來(lái)，人們針對(duì)不同的工程問(wèn)題，提出了不少控制方法，但是這些方法都有局限性，應(yīng)用范圍小。在1990年，Strykowski-Sreenivasan提出在二維鈍體下游一定位置放置一個(gè)很小的圓柱，可以抑制鈍體后面的旋渦脫落，有很好的減阻和減振效果。雖然在當(dāng)時(shí)，這個(gè)四兩撥千斤的方法在業(yè)界掀起了波瀾，但是很快，就有研究表明這種方法只有在很低雷諾數(shù)（低于一百）流動(dòng)情況下有效，在工程中缺少應(yīng)用價(jià)值。
邵傳平課題組的研究有望彌補(bǔ)這一不足，他們經(jīng)過(guò)反復(fù)研究，選擇用小窄條作為控制件，取代小圓柱，對(duì)圓柱及方柱、板（各種攻角）等鈍體的旋渦脫落進(jìn)行抑制實(shí)驗(yàn)，證明在雷諾數(shù)高至十萬(wàn)時(shí)對(duì)所有這些鈍體都有很好的抑制效果，并對(duì)每種鈍體流動(dòng)情況找出了有效抑制的控制件位置區(qū)域，以便于工程應(yīng)用。
在強(qiáng)迫振蕩柱體繞流的旋渦脫落抑制方面，邵傳平課題組在國(guó)內(nèi)外尚無(wú)研究先例的情況下，另辟蹊徑，分別采用窄條方法、尾部噴射方法和隔離板方法對(duì)高雷諾數(shù)流向振動(dòng)柱體尾流進(jìn)行抑制研究，取得重要進(jìn)展。研究表明，尾部噴射對(duì)非鎖頻和每種鎖頻旋渦都有抑制效果，找出了每種旋渦的有效噴射速度范圍;窄條對(duì)非鎖頻和兩種鎖頻旋渦具有抑制效果，最高可減阻30%，減小脈動(dòng)升力60%以上，找出了各種旋渦脫落下窄條的有效位置區(qū);而隔離板方法對(duì)非鎖頻和一種鎖頻旋渦有效果，找出了隔離板的有效位置區(qū)。
旋渦抑制機(jī)理與旋渦脫落生成理論密切相關(guān)。國(guó)際上關(guān)于靜止鈍體旋渦脫落的生成，經(jīng)歷了背壓吸引論，到剪切層相互作用論，再到絕對(duì)不穩(wěn)定性和尾流整體失穩(wěn)論，正從猜測(cè)到理論逐步深化;而關(guān)于振動(dòng)柱體旋渦脫落的產(chǎn)生機(jī)制，目前還處于探索階段。
對(duì)此，邵傳平認(rèn)為，振蕩柱體繞流存在兩種旋渦脫落產(chǎn)生機(jī)制，除了上述的絕對(duì)不穩(wěn)定性機(jī)制外，還存在信號(hào)放大機(jī)制。他們研究了高雷諾數(shù)湍流尾流中渦粘性對(duì)擾動(dòng)波信號(hào)的影響，定義了擾動(dòng)波的渦粘系數(shù)，并用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別求出了未加控制和施加控制以后的渦粘系數(shù)在振動(dòng)柱體湍流尾流中的分布情況。將渦粘系數(shù)代入擾動(dòng)波發(fā)展方程（穩(wěn)定性方程）并求解，得到的結(jié)果是：未加控制時(shí)擾動(dòng)放大的頻率區(qū)域很寬，產(chǎn)生旋渦脫落的機(jī)會(huì)很大;而控制以后擾動(dòng)放大的頻率區(qū)域很窄，產(chǎn)生旋渦脫落的機(jī)會(huì)很小，從而明確了振動(dòng)柱體旋渦脫落的產(chǎn)生和抑制機(jī)理。
上述成果發(fā)表在AIAA Journal，Journal of Fluids and Structures， Journal of Fluids Engineering， Journal of Visualization， Acta Mechanica Sinica， 及《中國(guó)科學(xué)》，《力學(xué)學(xué)報(bào)》，《力學(xué)進(jìn)展》等雜志上，得到國(guó)內(nèi)外同行的認(rèn)可。
百尺竿頭須進(jìn)步
十方世界是全身
以往取得的成績(jī)非但沒(méi)有使邵傳平就此功成身退，這些成果反倒使他對(duì)自己的專業(yè)產(chǎn)生了更加濃厚的興趣，甚至為了研究工作不受影響，2008年，他離開(kāi)了中科院力學(xué)所，進(jìn)入了具有新建低速風(fēng)洞、低速水洞和較好配套實(shí)驗(yàn)儀器的的中國(guó)計(jì)量學(xué)院工作，主要從事流動(dòng)控制與植物流體力學(xué)研究。最近，邵傳平開(kāi)展了植物空氣動(dòng)力學(xué)仿生方面的研究，主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“樹(shù)葉氣動(dòng)特性研究”。
近年來(lái)，人們?cè)絹?lái)越意識(shí)到風(fēng)災(zāi)是對(duì)樹(shù)木危害最大的非人為因素，遠(yuǎn)大于森林火災(zāi)造成的損失，因此樹(shù)木風(fēng)災(zāi)以及樹(shù)木空氣動(dòng)力學(xué)方面的研究在國(guó)際上越來(lái)越受到重視。為此，邵傳平把握時(shí)代脈搏，申請(qǐng)了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“樹(shù)葉氣動(dòng)特性研究”，希望通過(guò)研究可以更加的深入的了解多種常見(jiàn)樹(shù)葉氣動(dòng)特性（包括形狀重構(gòu)）及影響參數(shù)，尋找樹(shù)葉氣動(dòng)失穩(wěn)（突然變形、振動(dòng)）的臨界條件及產(chǎn)生原因。另一方面，也希望可以了解人造樹(shù)葉的氣動(dòng)特性，探討樹(shù)葉氣動(dòng)仿生的條件。
拿到這一課題，邵傳平靠的不是運(yùn)氣。翻開(kāi)他的履歷，碩士期間，他的研究方向?yàn)樗畡?dòng)力學(xué)，從事具有自由表面的粘性繞流研究;博士期間的研究方向?yàn)轱L(fēng)工程，在導(dǎo)師孫天風(fēng)教授指導(dǎo)下，從事多鈍體壓力分布，尾流場(chǎng)測(cè)量以及流動(dòng)顯示研究;博士后期間他從事海洋工程與流動(dòng)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)研究;在中科院力學(xué)所任副研究員期間，他從事生物流體力學(xué)、微重力流體力學(xué)，以及流動(dòng)控制等方面的研究工作，先后完成3個(gè)國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目：“法拉第波及鈍體尾流不穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬”，“渦致振動(dòng)控制方法研究”，“尾流控制機(jī)理與減阻減振”;2008年，進(jìn)入中國(guó)計(jì)量學(xué)院后，他主要從事流動(dòng)控制與植物流體力學(xué)研究，主持在研國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“流向振蕩柱體尾流不穩(wěn)定性的控制”。
這些經(jīng)歷，使他對(duì)這一項(xiàng)目研究所需要的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)設(shè)備非常熟悉，積累了豐富的流體實(shí)驗(yàn)研究經(jīng)驗(yàn)。項(xiàng)目組自2009年以來(lái)，已先期開(kāi)展了樹(shù)葉氣動(dòng)特性的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究，取得一些新的發(fā)現(xiàn)，為本項(xiàng)目的順利進(jìn)行打下了良好基礎(chǔ)，同時(shí)為本項(xiàng)目研究目標(biāo)指定了方向。
在硬件設(shè)施方面，邵傳平所在的中國(guó)計(jì)量學(xué)院全力支持，除標(biāo)配的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)設(shè)備如熱線風(fēng)速儀、PIV、激光多普勒測(cè)速儀，電子壓力掃描閥之外，學(xué)院在今年還購(gòu)買了數(shù)字圖像相關(guān)位移測(cè)量?jī)x，定做了一臺(tái)測(cè)量樹(shù)枝和樹(shù)葉瞬時(shí)升阻力的六分力動(dòng)態(tài)天平，為流動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)和樹(shù)葉氣動(dòng)特性測(cè)試提供設(shè)備。同時(shí)，課題組還與一家公司合作研制了煙線發(fā)生器、氫氣炮發(fā)生器，分別用于風(fēng)洞和水洞的流動(dòng)顯示實(shí)驗(yàn)。
在數(shù)值模擬方面，中國(guó)計(jì)量學(xué)院流體研究所已訂購(gòu)最新型的曙光工作站，能夠滿足流固耦合計(jì)算需要。
一切準(zhǔn)備就緒，科研活動(dòng)也得以順利展開(kāi)。
【本刊綜合報(bào)道】2016年4月13日，裘槎基金舉行頒獎(jiǎng)典禮，頒授“前瞻科研大獎(jiǎng)”及“優(yōu)秀科研者獎(jiǎng)”予來(lái)自香港中文大學(xué)（中大）、香港大學(xué)（港大）和香港科技大學(xué)（科大）的八位優(yōu)秀學(xué)者，以表?yè)P(yáng)他們卓越的科研成就。當(dāng)天的頒獎(jiǎng)典禮，由香港醫(yī)學(xué)教育界的殿堂級(jí)人物――楊紫芝教授，GBS，JP主禮。
“裘槎前瞻科研大獎(jiǎng)2016”得獎(jiǎng)學(xué)者簡(jiǎn)介
歐陽(yáng)灝宇博士（香港大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系助理教授）：主要研究方向是超分子化學(xué)及分子識(shí)別，特別是理解分子是如何識(shí)別和彼此交互，利用分子間的相互作用作為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的自組裝手段，K從中創(chuàng)建不同的功能材料。歐陽(yáng)博士其中一個(gè)研究方向，是在復(fù)雜的生物環(huán)境中，選擇性地識(shí)別和檢測(cè)有機(jī)小分子的新型分子識(shí)別系統(tǒng)。其中一項(xiàng)研究重點(diǎn)，是識(shí)別出兒茶酚胺（Catecholamine）等有重要作用的有機(jī)化學(xué)物。兒茶酚胺（例如多巴胺）是人類神經(jīng)系統(tǒng)中，負(fù)責(zé)神經(jīng)細(xì)胞之間的信號(hào)傳遞的化合物之一。歐陽(yáng)博士的另外一個(gè)研究重點(diǎn)，是探索對(duì)於拓?fù)鋸?fù)雜分子，例如具有多個(gè)互鎖大環(huán)索烴的不同裝配策略。這些分子環(huán)狀結(jié)構(gòu)，與分子存儲(chǔ)器以及微型物質(zhì)穿透等分子器件和新興有機(jī)材料的研究息息相關(guān)。不同的環(huán)狀裝配策略，對(duì)新物料等的研發(fā)有著重要的示。
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崔鶴鳴博士（香港大學(xué)工程學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)系助理教授）：研究領(lǐng)域包括作業(yè)系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、分散式系統(tǒng)以及云計(jì)算等等。他此次獲獎(jiǎng)的研究項(xiàng)目專注於構(gòu)建一套新型的軟件系統(tǒng)，旨在大大地提升目前網(wǎng)上服務(wù)的可靠性和安全性。網(wǎng)上服務(wù)，包括社交網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、電子商務(wù)平臺(tái)，以及金融交易平臺(tái)，已經(jīng)廣泛地深入人類的生活。然而，這些軟件服務(wù)都是運(yùn)行於計(jì)算機(jī)之上，而計(jì)算機(jī)的軟件和硬件故障，無(wú)可避免地會(huì)傷害這些網(wǎng)上服務(wù)的可靠性，從而導(dǎo)致巨大損失。崔博士的研究，有望為問(wèn)題提供突破性的解決方案。崔博士近期的研究成果包括成功申請(qǐng)數(shù)項(xiàng)美國(guó)專利、開(kāi)源軟件項(xiàng)目、以及在世界頂級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件和程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的國(guó)際會(huì)議（例如SOSP， OSDI，PLDI， 以及ASPLOS）。
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陳冠華教授（香港大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系系主任）：主要從事理論化學(xué)和計(jì)算科學(xué)的研究，專注於研究量子力學(xué)中著名的薛丁格方程式（Schr?dinger equation）?ψ=Eψ的數(shù)值解法。他在激發(fā)態(tài)線性標(biāo)度量子力學(xué)方法、開(kāi)放體系的第一性原理方法、量子力學(xué)/電磁學(xué)（QM/EM）跨尺度耦合方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在量子力學(xué)計(jì)算的應(yīng)用等領(lǐng)域都做出了開(kāi)創(chuàng)性的工作，極大的拓展了量子力學(xué)計(jì)算方法的應(yīng)用范圍。近年來(lái)，陳冠華教授致力於發(fā)展開(kāi)放體系第一性原理量子力學(xué)方法和多尺度量子力學(xué)/電磁學(xué)耦合方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)新興納米電子器件及新興電子材料的計(jì)算類比與探索。將該方法同工業(yè)界現(xiàn)有的簡(jiǎn)約模型、電路模型整合，可以實(shí)現(xiàn)從原子細(xì)節(jié)出發(fā)預(yù)測(cè)電路的行為。由於這一系列原創(chuàng)性的工作，陳冠華教授2011年當(dāng)選為英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)會(huì)士，2014年當(dāng)選為美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)士。陳教授是卓越學(xué)科領(lǐng)域《新興電子器件的理論、模型和模擬》項(xiàng)目協(xié)調(diào)人。
“裘槎優(yōu)秀科研者獎(jiǎng)2016”得獎(jiǎng)學(xué)者簡(jiǎn)介
徐愛(ài)民教授（香港大學(xué)李嘉誠(chéng)醫(yī)學(xué)院內(nèi)科學(xué)系及藥理及藥劑學(xué)系教授）：主要從事針對(duì)肥胖、糖尿病及相關(guān)心血管K發(fā)癥的研究及相關(guān)醫(yī)藥技術(shù)開(kāi)發(fā)。他發(fā)現(xiàn)了抗糖尿病激素脂聯(lián)素的活性體，K率先揭示了脂聯(lián)素對(duì)脂肪肝及血管疾病的保護(hù)作用。在過(guò)去十多年，其團(tuán)隊(duì)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)K鑒定了多種與肥胖、糖尿病及心血管代謝綜合癥發(fā)病原因有密切關(guān)S的脂肪分泌激素，研發(fā)成生物標(biāo)I物及相關(guān)檢測(cè)產(chǎn)品，用於上述慢性疾病的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)、早期分型診斷及治療評(píng)估。徐教授目前兼任英國(guó)生物化學(xué)雜I的副主編，以及多間中國(guó)教育部或科技部重點(diǎn)代謝實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)顧問(wèn)組成員或副主席。
關(guān)鍵詞：節(jié)理巖體；各向異性；落石沖擊；模型
中圖分類號(hào)：TU45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
1概述
天然巖體在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史作用過(guò)程中，形成了大小不等、方向各異的節(jié)理或結(jié)構(gòu)面。由于巖體承受了這些不同時(shí)期、不同性質(zhì)的節(jié)理裂隙的切割，使得巖體成為非均質(zhì)體，其展現(xiàn)出來(lái)的力學(xué)特性應(yīng)該是各向異性的。工程實(shí)際中，由于巖體各向異性特性認(rèn)識(shí)的復(fù)雜性，加之我們對(duì)巖體力學(xué)的研究還不夠深入，一般是按均質(zhì)體來(lái)考慮的，基本沒(méi)有考慮到巖體的各向異性力學(xué)特性，但是，在實(shí)際的巖石邊坡中，節(jié)理巖石隨處可見(jiàn)，節(jié)理對(duì)邊坡穩(wěn)定性的研究非常有必要，而且由于節(jié)理的發(fā)育，經(jīng)常會(huì)發(fā)生崩塌落石，這些落石對(duì)邊坡的沖擊荷載作用，在室內(nèi)很難研究，因此，本文主要采用有限元的模擬方法，來(lái)分析節(jié)理巖石在落石作用下的穩(wěn)定性問(wèn)題
2 ANSYS/LS - DYNA的原理
LS-DYNA 是以顯式為主、隱式為輔的通用非線性動(dòng)力分析有限元程序，適合求解各種二維、三維非線性結(jié)構(gòu)的高速碰撞、爆炸問(wèn)題。它以Lagrange 算法為主，兼有 ALE 和 Euler 算法；以顯式求解為主，兼有隱式求解功能；以結(jié)構(gòu)分析為主，兼有熱分析、流體-結(jié)構(gòu)耦合；以非線力分析為主，兼有靜力分析。
有限元碰撞過(guò)程中運(yùn)動(dòng)方程可以表示為：
（1）
式中：[M]為質(zhì)量矩陣；[C]為阻尼矩陣；[K]為高度矩陣；{a}為加速度向量；{v}為速度向量；{F}為包括碰撞力在內(nèi)的外力向量。
崩塌落石的受力機(jī)理可以描述為：崩塌巖石與地面碰撞，產(chǎn)生沖擊應(yīng)力，當(dāng)巖石撞擊地面時(shí)，撞擊產(chǎn)生的應(yīng)力波為一維應(yīng)力波，做這樣的簡(jiǎn)化便于分析時(shí)，不考慮落石形狀對(duì)崩塌體本身勢(shì)能和動(dòng)能的影響。波動(dòng)方程為：
式中：—巖石x方向的位移；—巖石的密度；E—巖石的彈性模量。應(yīng)力波傳播速度C 為：
由于節(jié)理巖體的巖體結(jié)構(gòu)、賦存環(huán)境和作用因素的多樣性，在節(jié)理巖石的邊坡力學(xué)特性就顯得十分復(fù)雜，在采用有限元模擬時(shí)，需要更多的裂隙模擬單元。另外，考慮到已有崩塌土體，主要是落石的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)對(duì)邊坡的影響，巖體邊坡在開(kāi)挖條件下的安全防護(hù)問(wèn)題也至為重要，以及在開(kāi)挖時(shí)保證卸荷對(duì)節(jié)理巖體的影響最小化，同時(shí)考慮結(jié)果面的各向異性問(wèn)題。因此，需要掌握這些節(jié)理巖體邊坡在開(kāi)挖卸荷條件下，同時(shí)預(yù)防崩塌滑落的影響進(jìn)行分析，尤其是節(jié)理巖體邊坡的卸荷各向異性非線性力學(xué)特性的有限元模擬，困難較大，這里主要采用材料本身的非線性特點(diǎn)進(jìn)行模擬研究，為巖體邊坡的開(kāi)挖和落石沖擊下巖體穩(wěn)定性研究提供更多的參考價(jià)值，也是解決工程實(shí)際問(wèn)題的有效途徑。
3節(jié)理邊坡沖擊模型
本模型運(yùn)用ANSYS有限元的LS-DYNA模塊進(jìn)行非線性結(jié)構(gòu)沖擊動(dòng)力學(xué)三維仿真分析，節(jié)理巖石坡體在表1的力學(xué)參數(shù)下分析結(jié)果如下圖（圖1～圖2）所示，數(shù)據(jù)提取結(jié)果如表2所示。
結(jié)語(yǔ)
通過(guò)本文可知，對(duì)于節(jié)理巖體，尤其是節(jié)理巖體邊坡在發(fā)生崩塌落石的情況下，邊坡的穩(wěn)定性將會(huì)受到影響，在邊坡的巖石物理參數(shù)不變假定條件下，邊坡的應(yīng)力及位移的變化隨落石的體積和重量以及加速度決定。要有效的防止落石對(duì)路基的破壞作用，可以采取綠化，種草，加強(qiáng)多種植被，另外，探討節(jié)理巖體各向異性力學(xué)模型，是一個(gè)很有價(jià)值的研究方向。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:衛(wèi)星有效載荷; 有限元分析; 力學(xué)特性; 整機(jī); HyperMesh; MSC Nastran
中圖分類號(hào):V423.4;V414.1;TB115文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
Finite element simulation on mechanics characteristics of
satellite payload
XU Guangzhoua, RUAN Pinga, WANG Hongweia, b, LI Fua
(a. Xi’an Institute of Optics & Precision Mechanics, Xi’an 710119, China;
b. Graduate School Beijing 100039, China, Chinese Academy of Sci.)
Abstract: To ensure the feasibility and precision of satellite payload simulation and improve the simulation efficiency, the response of the payload under the related mechanics environment is predicted, the finite element model of the whole machine is meshed by HyperMesh 8.0, and the overload, frequency response, impact and random vibration are calculated and analyzed by MSC Nastran 2005. The method is important to ensure the feasibility and precision of satellite payload simulation and improve the simulation efficiency. It can effectively predict the mechanics environment response of satellite payload, evaluate design completely, and improve the design.
Key words: satellite payload; finite element analysis; mechanics characteristic; whole machine;HyperMesh;MSC Nastran
收稿日期:2009-[KG*9〗06-[KG*9〗22修回日期:2009-[KG*9〗09-[KG*9〗11
作者簡(jiǎn)介: 徐廣州(1980―),男,山東廣饒人,工程師,碩士,研究方向?yàn)轱w行器有效載荷CAE仿真技術(shù),(E-mail);
阮萍(1967―),女,陜西西安人,研究員,博士,研究方向?yàn)榭臻g光學(xué)精密儀器研制,(E-mail)0引言
衛(wèi)星有效載荷(以下簡(jiǎn)稱“有效載荷”)是具有機(jī)、電、熱、控制和信息處理等綜合性技術(shù)的精密儀器,其發(fā)射條件和工作工況十分苛刻,除了受到發(fā)射和運(yùn)輸過(guò)程中的過(guò)載、失重、沖擊振動(dòng)等力學(xué)載荷外,還受到環(huán)境溫度變化等熱載荷作用.其中,力學(xué)載荷對(duì)有效載荷性能有重要影響:良好的強(qiáng)度特性可以保證有效載荷承受外載而不被破壞;良好的剛度特性可以保證有效載荷有效抵抗動(dòng)、靜態(tài)載荷下的變形,使振動(dòng)、顫振或失穩(wěn)處于設(shè)計(jì)范圍之內(nèi).所以,對(duì)有效載荷力學(xué)特性研究在有效載荷的設(shè)計(jì)、運(yùn)輸、發(fā)射和在軌工作等階段具有重要作用,并且對(duì)整個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)也有一定的積極意義.[1]
通常情況下,有效載荷在發(fā)射時(shí)承受的力學(xué)載荷環(huán)境最為苛刻,該環(huán)境仿真主要包括靜力過(guò)載、低頻頻率響應(yīng)、沖擊和寬帶隨機(jī)振動(dòng)等4類激勵(lì).
基于有限元法的有效載荷力學(xué)特性仿真需要將物理模型離散成由有限單元組成的數(shù)學(xué)模型后進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算,并且有效載荷整機(jī)有限元模型的建立對(duì)保證仿真精度和提高仿真效率有很大影響.對(duì)于目前普遍采用的商業(yè)求解器,前處理過(guò)程占據(jù)的仿真時(shí)間較多,所以對(duì)有效載荷整機(jī)有限元模型建模方法的探討是力學(xué)特性仿真的重要組成部分.
1整機(jī)有限元建模
有效載荷有限元建模主要是建立整機(jī)有限元模型,該過(guò)程與單個(gè)零件和組件建立有限元模型處理方法稍有不同,其特點(diǎn)為:由多個(gè)零件裝配而成,而且裝配形式多樣.故整機(jī)CAD模型到CAE模型建立方面要復(fù)雜于單個(gè)零件和小規(guī)模組件的建模,因此裝配關(guān)系的有限元建模在整機(jī)模型建立過(guò)程中顯得尤為重要.根據(jù)仿真問(wèn)題力學(xué)環(huán)境和仿真目的等不同,在處理裝配關(guān)系時(shí)有限單元選擇也各異.線性小變形仿真裝配模擬可以選擇RBE2(MSC Patran)或CERIG(ANSYS)等效螺釘裝配關(guān)系;若考慮連接局部細(xì)節(jié)問(wèn)題,則需要考慮接觸單元模擬裝配連接等.僅考慮質(zhì)量特性的單元可以使用質(zhì)量單元進(jìn)行零部件簡(jiǎn)化.另外,單元類型、單元尺寸、部件以及有限元模型簡(jiǎn)化策略等也需要規(guī)劃.
現(xiàn)在商業(yè)前處理器眾多,選擇適合業(yè)內(nèi)使用的前處理器可有效提高有限元模型建模效率,多種前處理器的混合使用在提高建模效率方面也不錯(cuò).
2有效載荷力學(xué)特性仿真
可將有效載荷仿真力學(xué)環(huán)境近似等效發(fā)射過(guò)程力學(xué)環(huán)境,一般從衛(wèi)星建造規(guī)范或載荷振動(dòng)試驗(yàn)大綱上獲得.通常,力學(xué)環(huán)境主要包括加速度過(guò)載、頻率響應(yīng)、沖擊和隨機(jī)振動(dòng);它們對(duì)應(yīng)MSC Nastran求解器下的靜力分析、頻率響應(yīng)分析、瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析或沖擊譜分析和隨機(jī)振動(dòng)分析.通過(guò)上述力學(xué)環(huán)境仿真可以考察有效載荷本身的強(qiáng)度和剛度特性,判斷其是否可以承受發(fā)射時(shí)的力學(xué)載荷,做好設(shè)計(jì)階段評(píng)估工作.
加速度過(guò)載分析考察有效載荷發(fā)射時(shí)對(duì)慣性載荷的承受能力,在仿真分析時(shí)以慣性載荷方式施加.
作為考察結(jié)構(gòu)激勵(lì)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng),有效載荷頻率響應(yīng)特性主要考察有效載荷對(duì)低頻載荷激勵(lì)的響應(yīng)情況,一般為100 Hz范圍以內(nèi)的激勵(lì).激勵(lì)通常以位移和加速度形式給出,且多為分段頻域函數(shù);仿真設(shè)置時(shí)可以將各激勵(lì)定義為獨(dú)立載荷步,后續(xù)可1次或分別求解定義載荷步.
有效載荷在發(fā)射階段和火箭級(jí)間分離等階段會(huì)受到?jīng)_擊載荷作用,試驗(yàn)階段對(duì)有效載荷的沖擊載荷考察主要為時(shí)域瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)沖擊或頻域沖擊譜沖擊,后者對(duì)沖擊試驗(yàn)的考察覆蓋面更廣.[2-3]在MSC Nastran求解器中對(duì)應(yīng)的仿真類型為瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析和沖擊譜分析.對(duì)于半正弦時(shí)域沖擊載荷可以方便地在MSC Patran中定義Field實(shí)現(xiàn),然后施加與Field相關(guān)的激勵(lì).對(duì)沖擊譜仿真的定義可以在獲得模態(tài)分析數(shù)據(jù)文件基礎(chǔ)上,在執(zhí)行數(shù)據(jù)段、工況數(shù)據(jù)段和模型數(shù)據(jù)段中添加相應(yīng)卡片完成.
由于隨機(jī)振動(dòng)激勵(lì)的不確定性,無(wú)法通過(guò)確定的函數(shù)關(guān)系描述各時(shí)刻數(shù)值,且在測(cè)試過(guò)程中難以確切控制和預(yù)測(cè),激勵(lì)和響應(yīng)都是在某些統(tǒng)計(jì)規(guī)律性基礎(chǔ)上加以定義的.[4-5]隨機(jī)振動(dòng)激勵(lì)通常以功率譜密度加以描述,在MSC Nastran求解器中,隨機(jī)振動(dòng)仿真分析通常作為頻率響應(yīng)分析的后處理,在得到頻率響應(yīng)分析結(jié)果基礎(chǔ)上,在隨機(jī)振動(dòng)模塊下再引入激勵(lì)的功率譜密度進(jìn)行后處理得到隨機(jī)振動(dòng)的響應(yīng). [6]
3有效載荷仿真示例
以某有效載荷為例,說(shuō)明整機(jī)有限元建模過(guò)程、力學(xué)載荷示例和相應(yīng)力學(xué)載荷下的仿真結(jié)果和結(jié)論.
3.1整機(jī)有限元模型
該有效載荷主要由光學(xué)組件、電控箱組件和電子學(xué)組件組成.由于其組件和零件數(shù)目較少,零件模型相對(duì)規(guī)則,所以光學(xué)鏡筒、鏡片和電控箱使用實(shí)體單元,PCB板模型使用殼單元,整機(jī)模型未進(jìn)行零部圖 1整機(jī)有限元模型
件數(shù)目簡(jiǎn)化;模擬螺釘裝配關(guān)系使用RBE2單元.整機(jī)有限元模型共包括19 424個(gè)節(jié)點(diǎn)和13 125個(gè)單元,見(jiàn)圖1.為保證建模精度,對(duì)模型質(zhì)量、重心位置和相對(duì)重心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與CAD模型進(jìn)行校驗(yàn):質(zhì)量誤差為0.21%,重心位置坐標(biāo)分量最大誤差為5.3%,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量坐標(biāo)分量最大誤差為7.4%.有限元模型網(wǎng)格在HyperMesh 8.0下完成,求解器為MSC Nastran 2005,后處理在MSC Patran 2005中進(jìn)行.
3.2力學(xué)特性仿真
3.2.1加速度過(guò)載分析
在整機(jī)有限元模型單元的相應(yīng)方向上施加慣性載荷,見(jiàn)表1.
表 1慣性載荷載荷類型大小方向加速度9gx,y,z向
由于篇幅關(guān)系只給出在x向過(guò)載下的最大位移和應(yīng)力響應(yīng)云圖,見(jiàn)圖2和3,其余方向給出仿真結(jié)論.
圖 2慣性載荷下x向位移響應(yīng)云圖
圖3慣性載荷下x向應(yīng)力響應(yīng)云圖
由圖2和3可知:x和y向過(guò)載時(shí),最大變形發(fā)生在遮光罩處,最大應(yīng)力發(fā)生在第1塊電路板與箱體的連接螺釘處;z向過(guò)載時(shí),最大變形發(fā)生在第2塊PCB板上,最大應(yīng)力同樣發(fā)生在箱體連接螺釘處.3個(gè)方向應(yīng)力值都小于5 MPa,過(guò)載應(yīng)力值遠(yuǎn)小于材料許用應(yīng)力,有效載荷在慣性載荷作用下校核安全.
3.2.2頻率響應(yīng)分析
低頻載荷見(jiàn)表2.載荷特點(diǎn)為100 Hz以內(nèi)4個(gè)分段頻域函數(shù)激勵(lì),激勵(lì)包含位移和加速度.在MSC Patran中進(jìn)行上述頻率響應(yīng)前處理時(shí),通常需要建立對(duì)應(yīng)4個(gè)頻率范圍的4個(gè)載荷步,求解時(shí)可1次或分別求解4個(gè)載荷步.圖4~6給出在表2激勵(lì)下,圖1中有限元模型所示測(cè)點(diǎn)的加速度響應(yīng)、位移響應(yīng)和應(yīng)力響應(yīng)曲線.
表 2低頻載荷頻率范圍/Hz振動(dòng)量級(jí)方向10~206.2 mm20~3510g 35~6515g65~1008gz向
圖 4低頻載荷激勵(lì)下加速度響應(yīng)曲線
圖 5低頻載荷激勵(lì)下位移響應(yīng)曲線
圖 6低頻載荷激勵(lì)下應(yīng)力響應(yīng)曲線
在保證有限元模型精度情況下,對(duì)示例有效載荷進(jìn)行模態(tài)分析,得到其基頻為604.83 Hz,基頻較高.由圖4~6可以看出有效載荷表現(xiàn)出的動(dòng)態(tài)效應(yīng)較小,這可以從加速度響應(yīng)曲線得到驗(yàn)證,加速度響應(yīng)趨勢(shì)基本與激勵(lì)載荷一致,有效載荷表現(xiàn)出準(zhǔn)剛體的特征;位移響應(yīng)隨激勵(lì)的衰減而逐步衰減;應(yīng)力響應(yīng)隨測(cè)點(diǎn)的不同表現(xiàn)出較大差異,在連接螺釘孔附近應(yīng)力分布較為集中且較大,測(cè)點(diǎn)von Mises應(yīng)力小于50 MPa,其響應(yīng)小于材料許用應(yīng)力;在低頻載荷激勵(lì)下有效載荷強(qiáng)度校核安全.
3.2.3瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析
時(shí)域沖擊載荷見(jiàn)表3.進(jìn)行求解時(shí)選取加載時(shí)間為10 ms,求解時(shí)間為50 ms.
表 3時(shí)域沖擊載荷沖擊脈沖波形沖擊脈沖加速度脈沖持續(xù)時(shí)間沖擊方向近似半正弦波50g6~10 msz向
在表3所示激勵(lì)下,圖1中有限元模型所示測(cè)點(diǎn)的加速度響應(yīng)和應(yīng)力響應(yīng)曲線見(jiàn)圖7和8.
圖 7時(shí)域沖擊載荷下加速度響應(yīng)曲線
圖 8時(shí)域沖擊載荷下應(yīng)力響應(yīng)曲線
因?yàn)榇擞行лd荷基頻較高,由圖7和8也可以看出,示例有效載荷準(zhǔn)剛體特性顯著,加速度和應(yīng)力響應(yīng)曲線趨勢(shì)與激勵(lì)吻合;在z向沖擊條件下,后蓋上測(cè)點(diǎn)應(yīng)力較大,求解結(jié)果小于1 MPa,小于有效載荷本身材料許用應(yīng)力,強(qiáng)度校核安全.
3.2.4隨機(jī)振動(dòng)分析
隨機(jī)振動(dòng)載荷,激勵(lì)以加速度功率譜密度形式給出,見(jiàn)表4.根據(jù)表4數(shù)據(jù)可以方便計(jì)算10 Hz時(shí)功率譜密度為3.2E-4 g2/Hz,2 000 Hz加速度功率譜密度為3.97E-2 g2/Hz.將表4中數(shù)據(jù)定義成Field后,可以在MSC Patran中的隨機(jī)振動(dòng)模塊下方便地引用添加.
表 4加速度功率譜密度頻率區(qū)間/Hzz向功率譜密度10~200+6 dB/oct200~1 5000.125 g2/Hz1 500~2 000-12 dB/oct在表4激勵(lì)下,圖1中有限元模型所示測(cè)點(diǎn)的加速度和位移功率譜密度響應(yīng)曲線及加速度和位移均方根曲線見(jiàn)圖9~12.
圖 9隨機(jī)振動(dòng)載荷激勵(lì)下測(cè)點(diǎn)加速度功率譜密度曲線
圖 10隨機(jī)振動(dòng)載荷激勵(lì)下測(cè)點(diǎn)加速度均方根曲線
圖 11隨機(jī)振動(dòng)載荷激勵(lì)下測(cè)點(diǎn)z向位移功率譜密度曲線
圖 12測(cè)點(diǎn)z向位移均方根曲線
由圖9和11可以看出,加速度響應(yīng)分布在基頻之前近似呈現(xiàn)遞增,相應(yīng)地能量分布主要集中在固有頻率附近的頻段內(nèi),且不同頻率下響應(yīng)分布有所波動(dòng);由圖10和12得到響應(yīng)統(tǒng)計(jì)分布的有效值,響應(yīng)數(shù)值大小根據(jù)測(cè)點(diǎn)不同有所差異.位移功率譜密度響應(yīng)呈下降趨勢(shì),某些測(cè)點(diǎn)高頻響應(yīng)略有波動(dòng).位移均方根給出響應(yīng)統(tǒng)計(jì)有效值的大小,數(shù)量級(jí)為10-5,測(cè)點(diǎn)位移響應(yīng)較小.
4結(jié)論
該衛(wèi)星有效載荷整機(jī)有限元模型建立方法可以提高仿真效率,保證仿真計(jì)算可行性和仿真精度.較全面的有效載荷力學(xué)特性仿真可以有效預(yù)測(cè)有效載荷在相應(yīng)力學(xué)環(huán)境下的響應(yīng),對(duì)儀器結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)、評(píng)估設(shè)計(jì)合理性和設(shè)計(jì)定量、定性控制等方面也有積極的指導(dǎo)作用.
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞：履帶車輛；柔性履帶；數(shù)值模擬
中圖分類號(hào)：TU623+.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
1 引言
履帶車輛因其具有良好的通過(guò)性能在工程機(jī)械車輛中有著廣泛的應(yīng)用。履帶機(jī)構(gòu)一般由主動(dòng)輪、托帶輪、誘導(dǎo)輪和負(fù)重輪組成，通過(guò)履帶構(gòu)成柔性鏈環(huán)，其本身就是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)。傳統(tǒng)的研究方法是基于經(jīng)驗(yàn)公式和大量試驗(yàn)研究基礎(chǔ)之上的。電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展使得數(shù)值模擬技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，將數(shù)值模擬技術(shù)用于履帶車輛的研究能有效縮短研制周期，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量[1]。
目前對(duì)履帶車輛進(jìn)行多體動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬的軟件主要有DADS、ADAMS和Recurdyna，其中DADS和Recurdyna采用的是相對(duì)坐標(biāo)的遞歸算法，運(yùn)算速度較快，而ADAMS采用的是絕對(duì)坐標(biāo)系，速度稍慢，這些軟件都能很好地完成履帶車輛的仿真分析。對(duì)履帶建模的模型主要有兩種：一種是柔性履帶模型，該模型建模較方便，能在設(shè)計(jì)早期就對(duì)履帶的平順性做出快速預(yù)測(cè)而得到改進(jìn)的指導(dǎo)數(shù)據(jù)；一種是剛體履帶模型，該模型能對(duì)每塊履帶板、銷的力學(xué)特征進(jìn)行詳細(xì)研究，但該建模方式比較復(fù)雜，需要考慮各零件之間的接觸關(guān)系，建模過(guò)程復(fù)雜，同時(shí)剛性履帶模型的自由度與柔性履帶模型相比計(jì)算量大大增加。本文基于柔性履帶模型對(duì)履帶車輛進(jìn)行建模和數(shù)值模擬，通過(guò)對(duì)履帶車輛的平順性分析，為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供有效數(shù)據(jù)。
2 柔性履帶理論模型
在柔性履帶模型中，其履帶被假設(shè)為一條具有柔性的連續(xù)的帶子，由這條柔性的帶子包裹主動(dòng)輪、托帶輪、誘導(dǎo)輪和負(fù)重輪而構(gòu)成一條履帶鏈，通過(guò)與地面接觸而將地面激勵(lì)傳遞到車體。
履帶、負(fù)重輪及地面間接觸的相互作用力如圖2，作用在負(fù)重輪上的力計(jì)算公式：
履帶張力TL和TR可以通過(guò)弦垂線方程獲得[2]。
3 履帶車輛平順性模型
平順性反映了車輛行駛的安全性。良好的平順性能減少地面動(dòng)載荷對(duì)底盤(pán)及相關(guān)連接件的振動(dòng)，提高零件的疲勞壽命。本文建立某型履帶車輛的平順性模型如圖3。考慮車體質(zhì)量、質(zhì)心位置、負(fù)重輪數(shù)量、質(zhì)量、位置及尺寸、主動(dòng)輪和誘導(dǎo)輪尺寸和位置、履帶結(jié)構(gòu)和性能等，運(yùn)用Bekker提出的地面力學(xué)壓力-沉陷關(guān)系、設(shè)置土壤的剪切特性、土壤的摩擦特性等來(lái)計(jì)算地面施加于車輛的各種力。
4 仿真分析結(jié)果
將上述建立的履帶車模型行駛通過(guò)一個(gè)高為10cm梯形凸臺(tái)障礙來(lái)研究其通過(guò)平順性，得到其通過(guò)凸臺(tái)前后的車體的姿態(tài)如圖4，車體的質(zhì)心處的加速度如圖5，以及履帶張力如圖6。
從圖5可以看出履帶車通過(guò)凸臺(tái)的時(shí)候車體質(zhì)心處加速度值的變化，其仿真結(jié)果在4～6s時(shí)候加速度波動(dòng)較大，因加速度值能反映履帶車輛通過(guò)梯形凸臺(tái)障礙時(shí)地面對(duì)車體的振動(dòng)激勵(lì)，通過(guò)履帶參數(shù)的合理設(shè)計(jì)控制其振動(dòng)，能有效地衰減來(lái)自地面的沖擊載荷，提高各零件的動(dòng)載荷疲勞壽命；圖6顯示出履帶張力的變化波形，其仿真結(jié)果在4～6s時(shí)候加速度波動(dòng)較大，因履帶車正通過(guò)凸臺(tái)導(dǎo)致履帶張力增加，其張力值能為研究主動(dòng)輪和履帶之間的磨損提供參考依據(jù)。
5 結(jié)論
本文基于柔性履帶模型建立了某履帶車輛的三維仿真模型，對(duì)其平順性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。該方法建模簡(jiǎn)單快捷且求解效率高。相比于傳統(tǒng)的基于經(jīng)驗(yàn)公式和大量試驗(yàn)的方法，所獲取的數(shù)據(jù)更加豐富，研制周期縮短。用柔性履帶模型方法在早期設(shè)計(jì)階段就能快速地預(yù)測(cè)履帶車輛的通過(guò)性、車體振動(dòng)加速度等指標(biāo)，為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供有價(jià)值的理論數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)結(jié)合最終的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，提高履帶車輛的設(shè)計(jì)水平。
參考文獻(xiàn)：
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一、突出特色，提高科研水平
華北水利水電大學(xué)是一所行業(yè)辦學(xué)特色明顯、優(yōu)勢(shì)學(xué)科突出的學(xué)校，在科研方面具有明顯的特點(diǎn)。一是科研項(xiàng)目的行業(yè)性。學(xué)校原來(lái)隸屬于水利部，所以科研人員把科研目標(biāo)定位在水利行業(yè)發(fā)展需求相關(guān)的方向上，以爭(zhēng)取各級(jí)水利部門(mén)科研經(jīng)費(fèi)的支持。從科研項(xiàng)目來(lái)源的渠道看，其縱向課題主要來(lái)源于水利部及其直屬各部委，橫向課題大多來(lái)源于水利行業(yè)的研究、設(shè)計(jì)、水利工程施工等有關(guān)的單位，科研項(xiàng)目立項(xiàng)具有明顯行業(yè)性和區(qū)域性的特點(diǎn)。二是科研目標(biāo)的實(shí)用性。從學(xué)科建設(shè)的角度看，學(xué)校依靠科研促進(jìn)和支撐學(xué)科的發(fā)展，依靠科研特色培育學(xué)科特色，其科學(xué)研究緊緊圍繞學(xué)科建設(shè)的需要，來(lái)確立發(fā)展思路和方向，開(kāi)展科研立項(xiàng)，這不僅是學(xué)科建設(shè)的主線，而且在學(xué)科建設(shè)中發(fā)揮主要功能。
針對(duì)上述特點(diǎn)，學(xué)校準(zhǔn)確制定了科研發(fā)展的目標(biāo)以及切實(shí)可行的科研機(jī)制和獎(jiǎng)勵(lì)辦法，多措并舉，以提高學(xué)校科研工作的整體水平。
強(qiáng)化對(duì)教師科研工作的重視和引導(dǎo)。學(xué)校在科研方面采取兩級(jí)目標(biāo)管理體制，二級(jí)學(xué)院針對(duì)各學(xué)年的目標(biāo)，結(jié)合本單位專業(yè)學(xué)科特點(diǎn)，主動(dòng)采取行之有效的措施，加強(qiáng)對(duì)教師科研工作的規(guī)劃、組織和引導(dǎo)，充分調(diào)動(dòng)教師的科研工作積極性。
加強(qiáng)科研制度建設(shè)，形成了重視科研的風(fēng)氣。學(xué)校一方面加強(qiáng)科研制度建設(shè)，建立和完善科研項(xiàng)目管理體制、校院兩級(jí)管理機(jī)制，建立健全科技創(chuàng)新制度體系，在二級(jí)教學(xué)科研單位制定了切實(shí)可行的獎(jiǎng)懲制度，形成了“開(kāi)放、流動(dòng)、聯(lián)合、競(jìng)爭(zhēng)”的運(yùn)行管理體制；另一方面加強(qiáng)了科技信息網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)，加大了科研政策宣傳力度。
學(xué)校緊緊圍繞國(guó)家和區(qū)域重點(diǎn)科研領(lǐng)域，以研究基地、研究院所、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和工程研究中心等為平臺(tái)，以科研資金作保障，以學(xué)科帶頭人為核心，組建并重點(diǎn)扶持了若干結(jié)構(gòu)合理、研究方向明確且有特色、隊(duì)伍穩(wěn)定、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、具有凝聚力和戰(zhàn)斗力的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，帶動(dòng)了教師科研隊(duì)伍整體素質(zhì)的提高，形成了重視科研的良好風(fēng)氣。
建立健全科研激勵(lì)機(jī)制，調(diào)動(dòng)教師從事科研工作的積極性。近年，學(xué)校建立健全了一系列鼓勵(lì)教師積極投身科研工作的各種激勵(lì)機(jī)制，進(jìn)一步改革和完善了國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目資金匹配、高層次科研獎(jiǎng)項(xiàng)和高水平論文論著獎(jiǎng)勵(lì)等政策。學(xué)校積極改善和提高教師的科研工作條件和福利待遇，充分調(diào)動(dòng)他們從事科研工作的積極性、創(chuàng)造性。學(xué)校充分利用自身的人才資源優(yōu)勢(shì)，積極采取有效措施，吸納長(zhǎng)期從事科學(xué)研究工作的退休教師，利用他們?cè)诳蒲蟹矫娴慕?jīng)驗(yàn)和優(yōu)勢(shì)，帶領(lǐng)學(xué)校引進(jìn)的大批年輕博士，并主動(dòng)與的科研人員相結(jié)合，通過(guò)“內(nèi)斂”和“外展”，合理組合全校的科技人才資源，逐步建立了穩(wěn)定的多領(lǐng)域的研究開(kāi)發(fā)隊(duì)伍，為科研人才搭建了工作“平臺(tái)”，吸引了更多高層次人才進(jìn)入學(xué)校。
從優(yōu)勢(shì)科研方向出發(fā)，整合學(xué)校的科研資源。學(xué)校從優(yōu)勢(shì)科研方向的選擇和重點(diǎn)扶持出發(fā)，對(duì)學(xué)校現(xiàn)有科研力量進(jìn)行優(yōu)化與重組，充分利用原有行業(yè)的基礎(chǔ)和背景，加強(qiáng)優(yōu)勢(shì)和特色科研領(lǐng)域建設(shè)，重點(diǎn)提升了高層次項(xiàng)目的中標(biāo)率；積極開(kāi)展產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合和校企橫向合作模式，構(gòu)建具有特色明顯、優(yōu)勢(shì)突出的專業(yè)技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)，以此推動(dòng)學(xué)校獨(dú)具優(yōu)勢(shì)的科研強(qiáng)項(xiàng)的形成，進(jìn)而帶動(dòng)學(xué)校整體科研實(shí)力的提升。
從科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)出發(fā)，力促特色科研形成“制高點(diǎn)”。科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)是科技創(chuàng)新和科研攻關(guān)的重要載體。學(xué)校在立足現(xiàn)實(shí)，統(tǒng)籌規(guī)劃，合理配置各方面資源的基礎(chǔ)上，內(nèi)建科研團(tuán)隊(duì)，外擴(kuò)科研渠道，充分發(fā)揮學(xué)校的水利行業(yè)特色，瞄準(zhǔn)國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)、重大科技專項(xiàng)和學(xué)科前沿問(wèn)題，組建科研團(tuán)隊(duì)爭(zhēng)取并承擔(dān)各類國(guó)家級(jí)和省部級(jí)重大科研計(jì)劃項(xiàng)目，通過(guò)科研項(xiàng)目的研發(fā)過(guò)程，培育和產(chǎn)生高水平的科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，在水利行業(yè)上形成了特色科研的“制高點(diǎn)”。
從學(xué)科交叉、滲透出發(fā)，努力尋求科研發(fā)展新的“增長(zhǎng)點(diǎn)”。學(xué)校積極探索實(shí)施學(xué)科交叉、綜合集成的有效措施，以水利特色為依托，充分發(fā)揮學(xué)校的學(xué)科綜合優(yōu)勢(shì)，克服資源分散、缺乏有效配置的弱點(diǎn)，促進(jìn)跨學(xué)科集成、多學(xué)科合作和新學(xué)科開(kāi)創(chuàng)，推動(dòng)跨校跨系統(tǒng)的聯(lián)合、協(xié)作。在研究?jī)?nèi)容上，深入研究跨學(xué)科、跨分支學(xué)科、同一學(xué)科內(nèi)部各個(gè)研究方向等多方位的交叉與滲透；在研究方法上，既有遞進(jìn)式的交叉與滲透，又在多學(xué)科交叉與滲透的空間方面進(jìn)行縱向的深入和橫向的拓展，從而提升科研的層次，拓展新的研究領(lǐng)域，培育新的科研特色。
二、認(rèn)真挖掘成果源，精心培育和遴選優(yōu)秀科研成果
在“十二五”開(kāi)局之年，學(xué)校提出了“項(xiàng)目培育、項(xiàng)目申報(bào)、項(xiàng)目監(jiān)管、成果培育、成果申報(bào)”的五階段分目標(biāo)管理，每項(xiàng)目標(biāo)均構(gòu)建了切實(shí)可行的措施以保證其順利實(shí)施。“十二五”期間獲獎(jiǎng)科技成果已達(dá)到450余項(xiàng)，其中省部級(jí)以上獲獎(jiǎng)超過(guò)“十一五”期間總數(shù)的50%以上，在國(guó)家級(jí)科研獎(jiǎng)勵(lì)方面獲得較大突破。其中獲獎(jiǎng)較為集中且特色突出的標(biāo)志性的成果體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
水工結(jié)構(gòu)工程方向。學(xué)校在水工結(jié)構(gòu)工程方面的研究始于建校初期，目前形成了研究方向穩(wěn)定、研究成果突出、在國(guó)內(nèi)有一定影響的優(yōu)勢(shì)學(xué)科。主要開(kāi)展水工建筑物設(shè)計(jì)理論及方法研究、水工預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)建造新技術(shù)、水工高性能耐久性材料以及特種結(jié)構(gòu)和大跨度復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論研究，所取得的多項(xiàng)成果達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，參與完成的“鋼纖維混凝土特定結(jié)構(gòu)計(jì)算理論和關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用”科技成果，榮獲2010年國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
地質(zhì)工程方向。地質(zhì)工程作為學(xué)校建校初期設(shè)立的專業(yè)，主要服務(wù)于水利工程建設(shè)，長(zhǎng)期以來(lái)研究團(tuán)隊(duì)主要在邊坡穩(wěn)定分析及滑坡失穩(wěn)定時(shí)預(yù)報(bào)、工程巖土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究等方面開(kāi)展較廣泛的科學(xué)研究和工程實(shí)踐，除主持完成國(guó)家科技支撐項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、水利部公益性項(xiàng)目外，還承接了大量工程生產(chǎn)項(xiàng)目，主要參與完成的“大型礦山排土場(chǎng)安全控制關(guān)鍵技術(shù)”科技成果，榮獲2011年國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
農(nóng)業(yè)水土工程方向。學(xué)校圍繞我國(guó)北方地區(qū)農(nóng)業(yè)用水問(wèn)題，開(kāi)展了區(qū)域水資源合理利用、水資源優(yōu)化配置及科學(xué)管理、水資源高效利用綜合技術(shù)體系研究；針對(duì)農(nóng)業(yè)水資源短缺，水生態(tài)環(huán)境惡化，研究水資源優(yōu)化配置、節(jié)水灌溉理論與技術(shù)、農(nóng)業(yè)水資源與水環(huán)境承載力及經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。近五年完成了包括國(guó)家“863”、自然科學(xué)基金、科技支撐計(jì)劃、水利部公益性項(xiàng)目、水利部科技推廣項(xiàng)目、水利部重點(diǎn)科技攻關(guān)、河南省重大科技攻關(guān)、南水北調(diào)重大工程項(xiàng)目等100余項(xiàng)。所完成的科研項(xiàng)目獲教育部高校科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，獲農(nóng)業(yè)節(jié)水科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，獲省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)19項(xiàng)。
水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)方向。經(jīng)多年凝練，學(xué)校水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)形成了以河流模擬為主要特色的四個(gè)優(yōu)勢(shì)研究方向――河流模擬及工程應(yīng)用、工程水力學(xué)、河床演變及河道整治、河流環(huán)境及污染水力學(xué)等。該學(xué)科近三年發(fā)表SCI、EI收錄的高水平學(xué)術(shù)論文70余篇，獲水利部科技進(jìn)步獎(jiǎng)和大禹科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)各1項(xiàng)，獲省級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)3項(xiàng)、三等獎(jiǎng)2項(xiàng)。
三、積極構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的公共研發(fā)服務(wù)平臺(tái)，加快科技成果的轉(zhuǎn)化和技術(shù)的轉(zhuǎn)移
科研工作是一項(xiàng)對(duì)外聯(lián)系廣泛且與國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)的工作，學(xué)校主動(dòng)采取“走出去，請(qǐng)進(jìn)來(lái)”的方法，把搭建外聯(lián)科技研究平臺(tái)作為一項(xiàng)主要工作，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)校與科研、設(shè)計(jì)、企業(yè)等單位交流，充分利用科研、設(shè)計(jì)及企業(yè)單位專業(yè)性、實(shí)踐性、前沿性強(qiáng)的特點(diǎn)，加強(qiáng)高校科技創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)。近年，學(xué)校先后與中國(guó)水利水電科學(xué)研究院、北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院、河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司、許繼電氣股份有限公司、水利部水工結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)中心等單位簽訂合作協(xié)議，通過(guò)構(gòu)建與科研、設(shè)計(jì)及企業(yè)單位的合作平臺(tái)，使高校在參與重大水利水電工程橫向科研課題，聯(lián)合申報(bào)重大科技攻關(guān)項(xiàng)目，加快科技成果的轉(zhuǎn)化和技術(shù)轉(zhuǎn)移等方面更好地發(fā)揮了作用。
學(xué)校與企業(yè)以“產(chǎn)、學(xué)、研、用”聯(lián)合攻關(guān)的方式開(kāi)展項(xiàng)目的研究工作。學(xué)校在合作中相繼承擔(dān)了國(guó)家“十五”重大技術(shù)裝備研制項(xiàng)目、“南水北調(diào)大型水利渡槽施工成套技術(shù)和裝備的研制”和水利部“948”推廣項(xiàng)目、“重型起吊與搬運(yùn)機(jī)械新技術(shù)在水利工程及南水北調(diào)工程中的應(yīng)用”等課題。自2002年起，經(jīng)過(guò)多專業(yè)聯(lián)合，攻克了架橋機(jī)、動(dòng)力平板運(yùn)輸車、風(fēng)電吊機(jī)、大型渡槽施工裝備的總體設(shè)計(jì)理論和動(dòng)力傳動(dòng)與操縱控制等關(guān)鍵技術(shù)，自主開(kāi)發(fā)研制了成套裝備，滿足了國(guó)家重大工程的施工需求；首創(chuàng)了大型水利薄壁預(yù)制渡槽提、運(yùn)、架施工的新工藝，研制了世界上第一臺(tái)套預(yù)制渡槽架設(shè)施工裝備，使我國(guó)在渡槽施工裝備技術(shù)領(lǐng)域居國(guó)際領(lǐng)先水平，“大型水利渡槽施工裝備關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及工程應(yīng)用”項(xiàng)目獲2012年度鄭州市科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)、2013年河南省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)；創(chuàng)立了大型動(dòng)臂吊柔性臂架系統(tǒng)和非柔性臂架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法，研制出世界首臺(tái)輪胎式風(fēng)力發(fā)電安裝專用起重機(jī)；在重型成套橋梁施工裝備設(shè)計(jì)制造方面研制出系列架橋機(jī)和大型搬運(yùn)成套施工裝備，使我國(guó)成為繼德國(guó)、意大利之后第三個(gè)掌握該技術(shù)的國(guó)家，推動(dòng)了國(guó)內(nèi)重大工程施工技術(shù)水平的提高，為國(guó)家南水北調(diào)中線工程、京滬高鐵、風(fēng)電建設(shè)等重點(diǎn)工程的順利實(shí)施提供了技術(shù)保障。
通過(guò)“產(chǎn)、學(xué)、研、用”合作，鄭州新大方重工科技有限公司極大地提升了公司的自主創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化能力，重型成套橋梁施工裝備已累計(jì)完成銷售收入30多億元人民幣，創(chuàng)匯700多萬(wàn)美元。風(fēng)電吊機(jī)已先后推出4代產(chǎn)品，已實(shí)現(xiàn)銷售收入12150萬(wàn)元，凈利潤(rùn)1340.4萬(wàn)元，稅收800萬(wàn)元。水利渡槽施工裝備已銷售112臺(tái)套，實(shí)現(xiàn)直接經(jīng)濟(jì)效益2.59億元，利潤(rùn)4628.26萬(wàn)元，稅收1697.96萬(wàn)元。產(chǎn)品在京滬高鐵、京津高鐵、武廣高鐵、南水北調(diào)中線控制性工程（沙河、雙洎河和湍河渡槽工程）、江臺(tái)灘涂風(fēng)電場(chǎng)等國(guó)家重點(diǎn)工程上進(jìn)行了推廣應(yīng)用，確保了國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)工程的順利實(shí)施。
打造城市污水處理回用技術(shù)集成與推廣體系。近年，學(xué)校城市水務(wù)研究院圍繞再生水生產(chǎn)技術(shù)、污水處理回用技術(shù)、城市人工濕地構(gòu)建技術(shù)等國(guó)家與省部級(jí)科研項(xiàng)目，取得了一批國(guó)家發(fā)明與實(shí)用新型專利技術(shù)，技術(shù)比較成熟，可以推廣應(yīng)用，主要專利有：中小型淀粉廠廢水的生化處理方法、污水灌溉土壤重金屬污染大生物量非超富集生態(tài)修復(fù)方法、除氟裝置及高氟水除氟系統(tǒng)、一種城鎮(zhèn)污水處理復(fù)合生物蛭石模塊系統(tǒng)、畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)厭氧廢液生態(tài)循環(huán)處理利用系統(tǒng)等。實(shí)用新型專利：浮濾一體化污染水深度處理裝置、組合式城鎮(zhèn)污水處理人工濕地系統(tǒng)；一體化凈水裝置、生活污水無(wú)回流脫氮處理裝置等。
關(guān)鍵詞：工程流體力學(xué)；教學(xué)改革；第一次課
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）24-0218-02
工程流體力學(xué)課程在我校這一工科院校中，長(zhǎng)期以來(lái)，本科生在未學(xué)習(xí)之前，已經(jīng)從他人那里了解到，這門(mén)課很難，不好學(xué)，不好過(guò)關(guān)。學(xué)生認(rèn)為流體力學(xué)難學(xué)的后果，直接反映在多年來(lái)很少有人、甚至無(wú)人報(bào)考我校工科流體力學(xué)方向的碩士和博士，致使我校工程流體力學(xué)方向后續(xù)人才短缺，學(xué)科建設(shè)出現(xiàn)重重困難。那么作者希望學(xué)生在學(xué)習(xí)這門(mén)課程的過(guò)程中，是輕松、主動(dòng)而有興趣地去學(xué)習(xí)。為了幫助學(xué)生克服畏難情緒，對(duì)工程流體力學(xué)課程學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣，輕松學(xué)好這門(mén)課，作者在十幾年的教學(xué)過(guò)程當(dāng)中，積累了一些經(jīng)驗(yàn)。開(kāi)好頭，為課程打好良好的第一印象非常關(guān)鍵，所以作者非常重視第一次課的講授內(nèi)容，以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)信心和培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣為主要目的，為順利完成該課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。
一、第一次課的教學(xué)內(nèi)容
在第一次課，首先自我介紹，然后點(diǎn)名相互認(rèn)識(shí)，留下聯(lián)系方式，介紹教材和參考書(shū)，授課的章節(jié)和學(xué)時(shí)安排等常規(guī)內(nèi)容外，講授內(nèi)容主要分為兩大塊：（1）上課要求；（2）緒論。
1.上課要求。上課要求主要包括課程學(xué)習(xí)目的和意義、出席和上課紀(jì)律要求、作業(yè)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求、考核方法等內(nèi)容。①學(xué)習(xí)目的和意義。學(xué)習(xí)目的和意義按照大綱要求，掌握流體力學(xué)的基本知識(shí)，及其解決問(wèn)題的基本方法和基本實(shí)驗(yàn)技能。強(qiáng)調(diào)“基本”的含義，因?yàn)槭鞘状谓佑|本課程，系統(tǒng)介紹流體力學(xué)知識(shí)，對(duì)大家的要求是“基本”的，同時(shí)也強(qiáng)調(diào)僅這些即將學(xué)的基本知識(shí)也能夠解決一些工程應(yīng)用的問(wèn)題，并簡(jiǎn)單舉例。②出席和上課紀(jì)律要求。出席和上課紀(jì)律應(yīng)該遵守學(xué)校規(guī)定，但是考慮到學(xué)生個(gè)體的不同。所以有必要讓學(xué)生清楚什么樣的行為是被接受的、允許的，不要出現(xiàn)行為困難的問(wèn)題。③作業(yè)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求。作業(yè)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告會(huì)出現(xiàn)抄襲現(xiàn)象，回避是沒(méi)有用的，所以上課時(shí)直接指出來(lái)，希望將抄襲現(xiàn)象弱化。指出要借鑒，而不是抄襲。這樣大大降低了學(xué)生不經(jīng)過(guò)理解地抄襲作業(yè)現(xiàn)象。④考核方法。將考核方式明確地告訴學(xué)生，是平時(shí)成績(jī)和課程結(jié)束后的閉卷考試成績(jī)各占一定比例，綜合評(píng)出成績(jī)。并計(jì)算出考核通過(guò)的最低考試成績(jī)。同時(shí)強(qiáng)調(diào)不存在不通過(guò)比例。這樣可以避免兩種不良現(xiàn)象發(fā)生，一是學(xué)生會(huì)盲目認(rèn)為很難學(xué)，不能過(guò)關(guān)而放棄學(xué)習(xí)，二是成績(jī)差的學(xué)生會(huì)因?yàn)榕琶傇诤竺妫艞墝W(xué)習(xí)。
2.緒論。緒論主要包括工程流體力學(xué)研究?jī)?nèi)容、課程特點(diǎn)、研究方法、解題步驟、學(xué)習(xí)方法和大學(xué)生認(rèn)知階段，等等方面。重點(diǎn)講前三點(diǎn)涉及的內(nèi)容。①流體力學(xué)研究?jī)?nèi)容。講述工程流體力學(xué)研究?jī)?nèi)容首先展開(kāi)講解的是研究對(duì)象為流體，此時(shí)雖然沒(méi)有講流體的定義，但是還是提出請(qǐng)學(xué)生舉例哪些物質(zhì)是流體？讓學(xué)生從最簡(jiǎn)單的問(wèn)題開(kāi)始流體力學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)。學(xué)生說(shuō)對(duì)了予以肯定。學(xué)生會(huì)將多相流和塑性物質(zhì)列進(jìn)來(lái)，也要說(shuō)清楚與本課程所學(xué)流體的區(qū)別和聯(lián)系，并將學(xué)生想不到的流體補(bǔ)充出來(lái)，還告訴學(xué)生目前最新研究方向在處理流固相互作用時(shí)有提出將固體處理為特殊流體，以簡(jiǎn)化流固交界面的處理；還有已有研究表明固體顆粒的高速運(yùn)動(dòng)遵循流體力學(xué)規(guī)律，以及當(dāng)車流量和人流量很大時(shí)，被稱為交通流，猶如流體流動(dòng)一樣，那么在后續(xù)課程講解中可將高密度、大流量的人群流動(dòng)現(xiàn)象用來(lái)形象化的闡述流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，幫助學(xué)生理解抽象的流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，使問(wèn)題直觀。還需要指出，最常見(jiàn)的流體是空氣和水，人類無(wú)時(shí)無(wú)刻不處于空氣和水當(dāng)中，提醒學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，可以將所學(xué)知識(shí)放到自己熟悉的環(huán)境中去理解，比如池塘或小河中的水、教室里的空氣，等等。將理論知識(shí)與生活結(jié)合起來(lái)，既能幫助理解所學(xué)知識(shí)，又能將知識(shí)應(yīng)用起來(lái)，提高學(xué)習(xí)興趣。②流體力學(xué)課程特點(diǎn)。流體力學(xué)課程的特點(diǎn)主要講三點(diǎn)，一是一門(mén)技術(shù)（專業(yè)）基礎(chǔ)性課程；二是用場(chǎng)的觀點(diǎn)研究問(wèn)題；三是概念多、公式多。它是一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課，從實(shí)踐中抽象出來(lái)，再應(yīng)用到實(shí)踐中去；所以課程知識(shí)可用于解決工程實(shí)際問(wèn)題。用場(chǎng)的觀點(diǎn)研究問(wèn)題。首先提問(wèn)，說(shuō)到“場(chǎng)”大家會(huì)想到什么？有的同學(xué)很高端大氣上檔次地回答重力場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)，那我繼續(xù)問(wèn)還有呢？有的學(xué)生開(kāi)玩笑說(shuō)操場(chǎng)，好像在說(shuō)操場(chǎng)不夠檔次、不夠科學(xué)。而我肯定“操場(chǎng)”，因?yàn)槭窍嗤摹皥?chǎng)”字嘛，而且還有工場(chǎng)、商場(chǎng)、廣場(chǎng)等。然后引導(dǎo)學(xué)生思考，既然用相同的“場(chǎng)”字，其中必有共同點(diǎn)，它是什么？學(xué)生想出來(lái)了，是某某占據(jù)的空間。以此類推，流體占據(jù)的空間就是“流場(chǎng)”，概念很容易就被理解了。同時(shí)還讓學(xué)生意識(shí)到科學(xué)不是高不可攀的，做科學(xué)時(shí)不要端起架子，它是很貼近生活的。流場(chǎng)的概念出來(lái)了，但是其空間的大小呢？這個(gè)問(wèn)題也必須解釋清楚。首先提出兩個(gè)問(wèn)題讓學(xué)生思考：海洋是海水占據(jù)的空間，是一個(gè)流場(chǎng)嗎？大氣層是空氣占據(jù)的空間，是一個(gè)流場(chǎng)嗎？其實(shí)流場(chǎng)的大小與我們要研究的空間范圍有關(guān)。比如，我們現(xiàn)在想知道教室內(nèi)空氣的溫度分布，那么要分析的流場(chǎng)就是教室內(nèi)空氣占據(jù)的空間；如果要預(yù)報(bào)中國(guó)天氣，那么中國(guó)上空的大氣層或者更大范圍就是要研究的流場(chǎng)；如果想了解南海海洋環(huán)流、潮汐流動(dòng)等，南海海水占據(jù)的空間就是要求解的流場(chǎng)。將抽象概念與實(shí)際結(jié)合，在易于理解的同時(shí)，引起學(xué)習(xí)興趣。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步與物理量場(chǎng)聯(lián)系起來(lái)，流場(chǎng)中的物理量，比如速度，是時(shí)間和空間函數(shù)，被稱為速度場(chǎng)，還有壓力場(chǎng)，等等。場(chǎng)是具有連續(xù)無(wú)窮維自由度的系統(tǒng)，那么流場(chǎng)的速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)，等等具有連續(xù)性，與第一章中連續(xù)介質(zhì)假設(shè)內(nèi)容一致，在這里提到，為后面學(xué)習(xí)埋下伏筆。概念多、公式多的原因是因?yàn)樵谝郧暗膶W(xué)習(xí)過(guò)程中鮮有接觸與流體力學(xué)有關(guān)的知識(shí)，導(dǎo)致大量的專業(yè)術(shù)語(yǔ)集中出現(xiàn)。但是這些概念、公式并不是全新的。比如流體質(zhì)點(diǎn)的概念與以前物理中所學(xué)的質(zhì)點(diǎn)概念是很一致的；多的公式其實(shí)是質(zhì)量守恒定律、牛頓定律、能量守恒定律、動(dòng)量定理，等等在流體力學(xué)中的表達(dá)形式，比如連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律的表達(dá)形式，伯努利方程與能量守恒定律相吻合，歐拉方程、Navier-Stokes方程是牛頓運(yùn)動(dòng)定律的表現(xiàn)形式，動(dòng)量方程是動(dòng)量定理的表達(dá)，把要學(xué)到的主要方程名稱在此敘述一遍，目的是讓學(xué)生有個(gè)初步接觸，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下鋪墊。③流體力學(xué)研究方法。流體力學(xué)研究方法主要有三種：解析方法、實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)值計(jì)算方法。本課程主要介紹解析方法，有一章是專門(mén)介紹實(shí)驗(yàn)研究方法的，而數(shù)值計(jì)算方法本課程幾乎不涉及，由計(jì)算流體力學(xué)講解。并強(qiáng)調(diào)，求解的基本方程是連續(xù)性方程、歐拉方程或Navier-Stokes方程，那么為什么基本方程一樣，可以求解出各種不同的流動(dòng)？于是提出邊界條件和初始條件的概念，使邊界條件和初始條件的重要性一目了然；也為后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，并引起學(xué)生的興趣和重視。
二、結(jié)論與展望
通過(guò)第一次課，使學(xué)生對(duì)整個(gè)課程的要求、特點(diǎn)、內(nèi)容有一個(gè)整體了解，做到心中有數(shù)，克服不良情緒，從不同方面讓學(xué)生做好學(xué)習(xí)的心理準(zhǔn)備。第一次課，如果是一個(gè)良好開(kāi)端，并為后續(xù)學(xué)習(xí)做了大量鋪墊，使學(xué)生獲得了自信，并激發(fā)了其學(xué)習(xí)的興趣，學(xué)生后面的學(xué)習(xí)將會(huì)順利很多。工程流體力學(xué)是大部分工程專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，作者希望學(xué)生靈活掌握流體力學(xué)知識(shí)，并能夠在工作中活學(xué)活用。
參考文獻(xiàn)：
[1]許維德.流體力學(xué)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1979.
[2]張也影.流體力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1999.
