浮体平衡稳定性的研究和应用

本文研究了几种简单的浮体和船体模型的稳定性,并对船体模型能承受的最大外力矩作了分析和计算,然后将这些分析和计算方法推广到任意形状的实际船体。这对船舶设计提供了一定的参考。本文对浮体稳定平衡的6种判据作了比较,指出各自的优点和局限性,以及相互关系。这对澄清有关的基本概念,改进该领域的教学和研究,会有所助益。     

关于浮体的平衡与稳定性

本文讨论了浮体的平衡与稳定问题, 介绍了定倾中心的定义, 并结合一个具体的例子, 给出了浮体稳定性3种不同的判别方法, 最后, 根据能量方法说明了用定倾高度判定浮体稳定性的理论依据.     

圆柱浮体的平衡姿态及其稳定性

浮心相当于浮体的支承点,其位置随物体的姿态而变化;物体稳定平衡时重心与浮心的距离达到极小。圆柱浮体有2~5个平衡位置,其中相间的1~2个稳定,其姿态与比重和长径比相关,在系统参数变化时可能突变。     

粘性液体中浮体的非线性稳定理论

本文应用连续系统稳定性理论,处理粘性不可压缩流体所支持的平衡浮体的非线性稳定问题,其中考虑到浮体的方位角和质心位置以及流体速度的非线性扰动,给出了各种尺度的非线性稳定、渐近稳定判据及不稳定判据。     

关于浮体平衡的稳定性

<正> 一般流体力学教材在讨论浮体平衡的稳定性问题时,通常给出如下结论:1)若浮体重心位置始终低于浮心位置,则平衡是稳定的;2)当重心在浮心之上时,不一定不稳定.若偏离平衡后,定倾中心位于重心之上,属于稳定平衡,若定倾中心位于重心之下,属于不稳定平衡;3),当重心和浮心重合时,浮体的平衡总是稳定的,不像潜体那样形成随遇平衡.上述结论中,2)和3)是不完善的,现分别补充、修正如下.     

关于浮体平衡的稳定性

一般流体力学教材在讨论浮体平衡的稳定性问题时,通常给出如下结论:1)若浮体重心位置始终低于浮心位置,则平衡是稳定的;2)当重心在浮心之上时,不一定不稳定.若偏离平衡后,定倾中心位于重心之上,属于稳定平衡,若定倾中心位于重心之下,属于不稳定平衡;3),当重心和浮心重合时,浮体的平衡总是稳定的,不像潜体那样形成随遇平衡.上述结论中,2)和3)是不完善的,现分别补充、修正如下.     

水中高压脉动气泡与浮体流固耦合特性研究

本文针对水中放电气泡与水面浮体流固耦合作用开展实验和数值研究, 采用边界积分法对气泡运动进行数值模拟, 利用辅助函数法提高非线性流固耦合问题的计算精度, 同时运用双节点法保证气-液-固三相交界线的计算稳定性. 实验中, 采用水下放电技术生成气泡, 使用高速摄影捕捉气泡动力学行为与浮体运动响应. 首先对比数值与实验结果, 二者吻合良好, 验证了数值计算模型的有效性和正确性. 然后通过对气泡与浮体的无量纲距离$\gamma_{s} $ (气泡最大半径为特征长度)进行系统研究发现: (1) $\gamma_{s} $从0.2增大至2时, 气泡在坍塌阶段分别形成了颈缩型环状射流(本文针对水中放电气泡与水面浮体流固耦合作用开展实验和数值研究,采用边界积分法对气泡运动进行数值模拟,利用辅助函数法提高非线性流固耦合问题的计算精度,同时运用双节点法保证气-液-固三相交界线的计算稳定性.实验中,采用水下放电技术生成气泡,使用高速摄影捕捉气泡动力学行为与浮体运动响应.首先对比数值与实验结果,二者吻合良好,验证了数值计算模型的有效性和正确性.然后通过对气泡与浮体的无量纲距离γ_s(气泡最大半径为特征长度)进行系统研究发现:(1)γ_s从0.2增大至2时,气泡在坍塌阶段分别形成了颈缩型环状射流(0.2≤γ_s≤0.3)、接触射流(0.4≤γ_s≤0.6)、非接触射流(0.7≤γ_s≤1)、对射流(1.1≤γ_s≤1.3)和反射流(1.4≤γ_s≤2)等5种典型射流模式;(2)正射流速度随γ_s先增大后减小再增大,并且当0.7≤γ_s≤0.9时,速度可达约1000 m/s;反射流速度随γ_s增大而增大;(3)在本文实验条件下,γ_s1.5时浮体对气泡的Bjerknes吸引力强于自由液面的Bjerknes排斥力导致气泡在坍塌阶段向浮体迁移;当γ_s≥1.5时自由液面对气泡的排斥作用更强,气泡在坍塌阶段远离自由液面.     

高速磁悬浮转子稳定性研究及其在控制力矩陀螺中应用

磁悬浮支承应用于控制力矩陀螺具有高精度，长寿命的优点。高速转子的陀螺效应导致的失稳制约了其在CMG中的应用，尤其是章动造成的磁悬浮转子高速失稳问题。该文分析了由于陀螺效应产生的章动造成系统失稳的根本原因，提出了控制系统的解决方案。研究结果表明，章动失稳的主要原因是系统的相位延迟造成的，尤其对数字控制系统，相位延迟更为严重，使用简单交叉解耦控制不能解决问题，需要对现有的控制器进行优化才能保证系统在高速下的稳定性。     

三轮车侧向稳定性力学分析及仿真研究

为研究影响三轮车侧向稳定性的因素,根据三轮车的结构特点,将三轮车简化视为三棱柱刚体,利用非共点力系对轴之矩的平衡原理,推导出了临界侧倾速度和最大侧倾稳定角理论计算模型。并结合实际车型,采用PC-Crash模拟仿真试验方法,得到了在不同工况时,三轮车临界侧倾速度和最大侧倾稳定角仿真试验值。运用MATLAB数值分析方法将理论计算结果与仿真试验值进行对比分析,验证了理论计算模型的可行性。研究表明,相对于四轮汽车,三轮车的侧向稳定性除了与车辆重心高度有关,还与重心纵向分布有关;三轮车侧翻事故预防可以从人、车、路三方面采取措施。

     

STUDY ON THE EQUILIBRIUM ATTITUDE AND STABILITY OF BUOYANT CYLINDERS

浮心相当于浮体的支承点,其位置随物体的姿态而变化;物体稳定平衡时重心与浮心的距离达到极小。圆柱浮体有2~5个平衡位置,其中相间的1~2个稳定,其姿态与比重和长径比相关,在系统参数变化时可能突变。     

结构模态耦合试验稳定性裕度研究及应用

针对某型验证机纵向伺服弹性稳定性裕度不足的问题,建立了基于结构模态耦合试验和仿真的分析方法。通过比较原型机与验证机之间传感器幅值裕度和响应曲线,初步判定传感器安装结构响应过大为此次裕度不足的主要原因。通过控制律仿真环节和机体动力学仿真环节建立了结构模态耦合仿真模型,模拟试验输入信号,获得传感器响应数据。通过结构模态耦合仿真,验证了倍频现象是导致传感器安装结构响应过大的原因,进而导致纵向稳定性裕度不足。提出了一种传感器支持系统可调频率动态控制装置,可有效提升结构模态耦合试验稳定性裕度。

     

轴向受压螺旋杆的平衡稳定性

在Kirchhoff动力学比拟基础上讨论端部受轴向压力作用的圆截面弹性细杆的螺旋线平衡稳定性问题.弹性杆的平衡状态由Euler角描述的弹性杆平衡方程的特解确定.从Lyapunov或Euler的不同稳定性概念出发,对弹性杆的平衡稳定性的判断可得出不同的结果.根据一次近似扰动方程判断,弹性杆的螺旋线状态和圆环状态恒满足Lyapunov稳定性条件.但螺旋杆在轴向压力到达临界值时,圆环杆在扭转数到达临界值时将产生屈曲而丧失Euler稳定性.导出临界载荷和临界扭转数的计算公式.螺旋杆的临界载荷取决于螺旋线的高度和螺旋角.螺旋角趋近于π/2时螺旋杆转化为带扭率的直杆,其临界载荷的极限值与压杆的Euler载荷一致.文中对两类不同稳定性概念的区别和联系作出解释.     

边坡岩体块体稳定性分析系统的开发与研究

提出了复杂形态块体几何建模的“切割法”, 在此基础上, 对石根华等人提出的块体理论作了改进和完善。并基于Windows操作平台, 开发了一套实用方便、实用的“边坡岩体块体稳定性分析系统”。经大量的实例 (例如三峡工程船闸高边坡 )检验结果表明, 该系统可以作为对边坡中复杂形状块体稳定性进行现场快速评价的实用工具。     

海上浮动机场动力学建模及非线性动力响应特性

海上浮动机场由多个浮体模块柔性连接组成, 是一个典型的刚柔流耦合的多振子网络系统. 从网络动力学角度提出一个新的建模方法, 构建了具有链式拓扑结构特征的海上浮动机场非线性力学模型. 数值仿真分析了浮动机场的非线性响应和连接件载荷, 表明线性分析方法可能严重低估了实际情况. 探讨了浮体模块响应的网络协同效应, 以及"振幅死亡" 现象. 初步探讨了振幅死亡与连接件刚度参数和波浪周期的关系, 对海上浮动机场的稳定性设计具有特殊意义. 为研究非线性网络结构动力学问题, 包括大型海上浮体结构, 提供一个新的分析工具和应用范例.      

安庆长江公路大桥区域稳定性及桥位线选址遥感应用研究

安庆长江公路大桥区域稳定性及预选桥位线方案是大桥建设前期的一项重要基础性工作。本文是利用航、卫片地质解译调查 ,分析研究拟选桥址区及其外围的地质构造特征 ,新、老断层的分布情况及其活动性 ,并进行区域稳定性评价 ;利用5 0至 90年代的航、卫片资料 ,分析评价了拟选桥址区长江岸带变迁及稳定性 ;对预选桥址区工程地质条件及优选桥位线方案进行比较与论证。     

Koiter稳定理论及其应用

本文介绍了Koiter稳定理论的特点、基本内容、应用和发展情况,讨论了这一理论在结构屈曲研究中的重要意义和应用前景