时间：2023-06-19 16:15:59
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇力学研究方向，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
一、凝聚态物理的重要性
凝聚态物理主要从两个方面体现其重要性：一方面体现为与相邻学科（如粒子物理学）之间在概念、方法、技术等方面的渗透，促进材料科学、能源科学、环境科学等交叉学科的发展，并日益显现出其强大的发展潜力。另一方面为研发和制备新型材料提供了强有力的理论数据和实验支持，同时也为开发和拓展新领域提供了极具实用性的科学理论依据。
二、凝聚态物理的主要研究方向
随着交叉学科的发展和技术需求的提高，凝聚物理的研究范围更加广阔，技术要求更加精密。凝聚态物理的主要研究方向有以下几种。
1.软物质物理学
软物质概念于1991年提出，也称为复杂液体。软物质一般是由大分子或基团组成的，介于固体和液体之间的物相。一些常?的物质，如液晶、胶体、膜，生命体系物质诸如蛋白质、DNA、细胞等，都属于软物质。和由内能驱动的硬物质不同，软物质的组织结构变化主要由熵驱动，变化过程中内能的变化很微小。
2.宏观量子态
宏观量子态是指用量子力学来描述宏观体系的状态，如超导中的电子库珀对。宏观量子态具有典型的量子力学性质，当前宏观量子态领域研究的重点为耗散现象和退相干现象。
3.介观物理与纳米结构
介观是指介于宏观和微观之间的体系。介观物理学所研究的物质大小与纳米科技的研究尺度有很大重合，所以这一研究方向也常称之为“介观物质和纳米科技”。
4.固体电子论中的关联区
凝聚态物理的前身――固体物理学研究的核心问题，就是固体中的电子行为。固体中的电子行为可根据电子间相互作用的大小分为三个区域，分别是强关联区、中等关联区和弱关联区。现今研究固体电子论的大部分学者研究方向都是强关联系统。
三、凝聚态物理的主要研究现象及其理论依据
目前凝聚态物理的主要研究现象有超导、光谱、弱相互作用、磁性研究（微磁学、铁磁学、相图、磁阻、巨磁阻抗效应等）、多向异性、子晶格、态密度、能隙、强关联、激发态、量子通信、冷原子、霍尔效应等。
凝聚态物理所用的理论依据主要源于相变与临界现象的理论，成熟完备的量子力学则是其坚定可靠的理论基石，在这两种理论之下，凝聚态物理根植于相互作用的多粒子理论。凝聚态物理的前身――固体物理学中的一个重要理论依据是能带理论。目前来说一些常用的理论方法有很多，比如蒙特?卡洛方法、波尔茨曼模型、分子动力学模拟、伊辛模型、有效场、平均场，等等。
四、目前凝聚态物理研究取得的一些成就
关键词：板料成形 回弹 有限元
板料弯曲成形是指在常温下靠压力机和模具对板件施加外力，使之产生塑性变形，从而取得一定形状和尺寸的零件的加工方法。金属板料的弯曲过程中同时伴随着回弹现象，即板料在成形后，由于外力的去除使板材弹性变形的区域发生弹性恢复以及在材料塑性变形区域的弹性部分发生弹性恢复，造成成形件形状和尺寸与成形前相比都发生变化的现象。研究板料弯曲成形通常有三种方法，即理论分析、实验研究和数值模拟。
1、理论分析
理论分析主要是对典型的成形件进行适当地力学模型简化，采用力学分析的方法，以研究板料成形过程中的回弹现象。
1950年前后，英国著名学者Hill[1]提出了平面应变条件下弹塑性弯曲的基本理论，考虑板料横向剪切应力影响，并认为由于横向剪切应力的作用，板料弯曲中性层不总位板的中面，而是会随着弯曲变形逐渐向板内层移动。弯曲中性层曲率半径如下：。式中和分别为弯曲过程中最内层和最外层弯曲曲率半径。上个世纪60年代以后，各国学者基于Hill提出的模型，对板料弯曲理论进行了发展和补充。1999年，Jenn-Terng Gau[2]等人基于线性随动强化、各向同性强化及Mroz多屈服面移动及强化、平面应变假设及实验，提出了一新的材料强化模型分析板料成形回弹问题。
从以前各位学者的研究结论来看，板料成形回弹的理论分析在过去的几十年中取得了丰富的理论成果。但理论分析中采用了较多的简化和假设，比较适合于求解二维简单冲压件的成形回弹问题，在求解复杂三维冲压件的成形回弹问题时，存在一定困难。
2、实验研究
由于理论分析的存在的缺陷，国内外研究人员采用实验法对弯曲回弹进行了大量研究，以弥补理论分析的不足。弯曲回弹实验研究的目的主要有两方面：一是检验通过理论分析和数值模拟计算后得到的回弹结果的准确性和和精确程度；二是能够以直接取得的实际结构在真实载荷作用和工艺条件下回弹前后的实验数据进而整理成为经验公式或图表，以供模具设和零件生产时参考。
实验研究的内容重点在于通过系统的实验来分析各种因素，如材料的力学性质、弯曲角、弯曲半径、模具形状和间隙、校正力、摩擦力对回弹的影响。1989年，Jang-Kyo Kim[3]等人通过一系列实验研究了三类不同的钢板U型件的回弹情况，分析了一些工艺参数对回弹的影响。2002年，M.V. Inamdar[4]等人采取正交实验设计分析了材料性质和弯曲见几何形状及其相互作用对回弹的影响。
利用实验法研究板料回弹，可以测量出板料回弹的实际数值，得出经验公式，为模具设计提供量化依据。但是经验公式不仅与实验条件有关，而且受实验数据处理方法、经验公式使用条件等方面的影响，只适用于与实际条件相近的加工过程。而且用实验法研究时间较长，成本较高，代价相对昂贵。
3、数值模拟
板料成形过程可以看作是一个复杂的非线性问题，其中包含着几何非线性、材料非线性和接触非线性等，传统的分析回弹问题的解析法、实验法对解决一些简单的弯曲问题有用，但对结构复杂的弯曲零件却难以奏效。随着计算机技术的发展，数值模拟技术开始逐渐应用于工业技术中。国内外研究人员在板料成形数值模拟技术的各个方面，如单元类型、材料模型、接触摩擦处理、求解过程等方面进行了大量研究，取得了一定成果。
1960年，Clough[5]在《 Proceedings American Society of Civil Engineers Conference on Electronic Computation 》杂志中发表了《The finite element method in plane stress analysis》一文，他首次提出了“有限元”这个名词，奠定了有限元法早期的理论基础。随着有限元方法的日益成熟和计算机技术快速进步，板料成形过程的数值模拟迎来了飞速发展时期，国际上开始组织定期召开板料成形数值模拟会议（International Conference and Workshop On Numerical Simulation of 3-DSheet Forming Processes），简称NUMISHEET。会议除了发表与板料成形数值模拟前沿技术相关的论文，还提供统一的标准试题，供与会者进行模拟计算，并与实验结果对比，用以验证现有的数值模拟算法的模拟能力，有力地推动了板料成形数值模拟技术的研究。
参考文献
[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.
作者简介：
郑山山，男，1988，汉，籍贯：上西平陆，学历：硕士（在读），主要研究方向：工程力学
关键词:轮毂电机驱动电动汽车; 电机扭矩分配; 再分配伪逆算法; 层叠广义逆法; 加权最小二乘法
中图分类号:U461.6; U469.72
文献标志码: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
な崭迦掌:2009-05-05 修回日期:2009-09-16
基金项目: 国家高技术研究发展计划(“八六三”计划)(2006AA11A10);同济大学青年优秀人才培养行动计划(2007KJ037)
作者简介: 熊 璐(1978―),男,江西铅山人,讲师,博士,研究方向为汽车系统动力学与控制,(E-mail);
余卓平(1960―),男,江西南昌人,教授,博导,博士,研究方向为汽车系统动力学与控制,(E-mail)0 引 言
电动汽车由于节能环保而成为新能源汽车研究的热点.又因为轮毂电机驱动电动汽车的各个轮毂电机独立可控,因此会产生各个电机扭矩的分配问题.┆[1-2]
传统内燃机汽车以制动器为执行元件,利用制动力进行车辆稳定性控制已经比较成熟.┆[3]轮毂电机驱动既可以输出驱动力也可以输出制动力.文献[4-5]对电动汽车横摆控制展开初步研究,采用简单的分配方法,即在一侧增加驱动或制动扭矩ΔT,在另一侧减小ΔT,改善车辆侧向动力学性能.该控制方法没有考虑各轮的不同状态以及车辆的约束条件.借鉴飞行控制中的控制分配算法[6],文献[7]对轮毂电机驱动电动汽车的纵向力控制分配进行仿真研究,并验证控制分配算法在车辆稳定性控制方面的有效性.
控制分配算法主要有直接分配法、链式递增法、广义逆法和数学规划法等.┆[6]
材料工程(专业代码085204)：接收专业型硕士研究生
化学(专业代码：070300)：物理化学、无机化学方向接收学术型硕士研究生
二、研究方向
1、能源环保功能晶态材料
本方向以面向能源环保领域的晶态材料为研究对象，以宏观性质(光、电、能源气体存储、太阳燃料(产氢、温室气体转化)光催化材料、光电转化和污染物去除)与微观结构、形貌之间的内在关系为主线，开展研究工作，为晶态材料功能导向的结构设计、可控制备和性能调控提供新理论、新方法与新材料体系，重点实现其在新能源利用、环境治理、能源存储和转化等领域的应用。
目前主要研究方向有：
1、孔性晶态材料：储氢、捕获温室气体、污染物去除、气敏、绿色催化;
发光晶态材料：荧光、化学传感器、光电转化;
新型高效催化材料：太阳燃料(分解水、CO2转化)光催化、电催化等。
联系人：赵君
联系方式：13507206810，[email protected]
2、动力与储能电池材料
本方向长期致力于锂离子电池等储能电池新型电极材料结构设计、合成和电化学性能研究。以宜昌地区丰富的磷矿、石墨矿及铁矿等矿产资源为原料，积极开展高附加值锂离子电池正/负极材料和超级电容器用复合材料方面的基础和应用研究。现有博士生导师2人，硕士生导师4人，在读研究生13人，已毕业研究生均在国内著名能源材料企业或研究机构(如上海杉杉科技、东莞新能源、深圳贝特瑞、亿纬锂能等)从事研发工作。本方向在研国家自然科学基金5项，其它省部级及企业横向课题6项。研究成果在国际权威刊物上发表SCI论文90余篇，获得授权发明专利6项，并被评为湖北高校十大科技成果转化项目提名奖。
联系人：杨学林
联系方式：13972604202，[email protected]
网页：newenergy.ctgu.edu.cn
3、能量转换材料与器件
本方向长期致力于能量转换材料与器件的研究，结合国家新材料产业发展规划以及宜昌市无机功能材料聚集中心的发展目标，以揭示材料设计、合成、制备及器件组装与性能的依存关系为主线，探索提升材料及器件性能的新工艺和新途径。本方向主要围绕Si基及C/Si基薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池、钙钛矿太阳能电池和超级电容器材料的设计、可控合成、器件表面界面调控及性能优化开展系统研究工作。
联系人：孙盼盼
联系方式：13618682465
4、光伏材料与器件
光伏材料与器件团队所在的太阳能研究所实验室主要致力于各类太阳能电池的研发、超级电容器的制备及光伏发电电力系统相关问题的研究。现有博士生导师1人，硕士生导师4人，在读研究生14人。本方向主持有国家自然科学基金、湖北省自然科学基金、湖北省教育厅青年基金、湖北省科技厅中小型企业创新基金以及与企业合作横向项目十余项。实验室拥有从材料制备、电池组装到性能分析的整套设备，有研究光伏发电及电力变换想问题的分布式发电系统及基于新能源微电网研究的2011省级协同创新科研平台。相关研究成果曾获湖北省自然科学奖二等奖、三等奖各1项，获国家发明专利12项。
联系人：谭新玉，肖婷
联系方式：15872592999，18986817550，[email protected]
5、金属陶瓷材料
金属基/陶瓷基复合材料是我校较早开展的研究领域之一，主要研究方向：金属基复合材料、陶瓷基复合材料、金属材料。基础研究以材料热力学、动力学为理论基础，结合现代材料制备技术，研究材料成分、组织、性能之间关系;工程应用面向切削刀具、模具耐磨材料、汽车超高强度用钢、高温合金和新型建筑材料。实验室拥有较为完善的材料制备、测试和表征设备。近年来形成了以博士为主体的研究队伍，现有导师7名，其中教授4人，在读研究生21名。研究工作先后得到国家自然科学基金委、省部级部门和企业的资助，承担纵、横向项目30余项，三大检索论文150余篇，授权国家发明专利9项，部分科研成果已转化为工业应用。研究成果获得湖北省科技进步三等奖3项，市科技进步一等奖2项。
联系人：丰平，戴雷
联系方式：13997700627，13197326390
关键词：激光雷达；探测距离；尾流消散；应用趋势
引言
飞机尾流是飞机在飞行过程中产生的必然现象，与大气不同，飞机尾流拥有特殊的空气动力学特性与雷达特性。从空气动力学的角度来分析，飞机在飞行过程中，尾部产生的气流更加强烈，而且为不规则变化，因此飞机尾流成为了航空安全的重要影响因素。
1 民航飞机尾流的产生与消散
1.1 尾流的产生
尾流，即翼尖涡流，指的是飞机三维机翼在出现升力情况下，随着出现诱导阻力的诱因。在飞机三维机翼出现升力情况下，飞机上翼面的压强将不足机翼面，于两个飞机翼尖位置气流便会自下翼面经翼尖流往飞机上翼面，如图1所示。此外，结合懦可夫斯基升力公式，尾涡强度与尾涡相互有着下述关联性：
？祝0=Y/pVLv=NyG/pLv
该公式中，Lv=πl/4，Lv表示飞机有效翼展，l表示飞机翼展。
图1 飞机尾流的产生示意图
1.2 尾流的消散
尾流的消散机制十分繁杂，飞机尾流的消散步骤、方式受局部大气环境很大程度影响，包括大气分层效应、风的速度场、温度梯度以及大气絮流度等等[1]。现阶段，针对尾流的消散机理尚不十分明确，结合相关研究而言，飞机尾流消散通常存在以下几种方式：I.经较长一段时间之后，翼尖涡流扩散能够使得各个漩涡不断增大，造成尾流与大气相融合，引发尾流消散；II.即刻的结构变换，能够片刻使漩涡中心位置加宽，造成漩涡瓦解、破裂，引发尾流消散。
2 民航飞机尾流探传感器技术特点
2.1 激光雷达探测技术
飞机尾流的激光雷达探测技术属于一项较为成熟的探测技术。Lockheed Corporation推行SOCRATES项目，通过激光雷达探测技术对飞机尾流进行跟踪，达到了显著的机场使用率、机场安全可靠性等改善效果[2]。伦敦希思罗机场开展的激光雷达探测研究发现，飞机尾流组成有着一系列有趣之处。良好的天气环境下，激光雷达探测性能十分可观，可确切呈现出尾流空气动力学相关参数，能够给予飞机升降以有利的尾流特性依据，性能发挥距离比较远，然而在浓雾、阴雨等天气环境下，激光雷达的传播急剧衰减，性能发挥距离极大地下降，无法符合飞机尾流探测标准；另一方面，激光雷达探测技术还有着成本造价高的不足。
2.2 雷达
相较于激光雷达探测技术，雷达有着天气环境适应能力佳、成本造价经济等优势，并且同样可以确切呈现出尾流空气动力学相关参数，符合民航安全对飞机尾流动态预测、检测的标准。鉴于此，飞机尾流的雷达探测技术愈来愈得到人们的热点关注。自上世纪八十年代到今天，欧美诸多发达国家开展了一系列飞机尾流探测研究检测尾流雷达发射率，相关飞机尾流雷达探测研究[3]，如表1所示。自多普勒谱雷达相关研究角度出发，尾流构成成分包括两个相对旋转的两个漩涡，尾流速率能够视为两个旋向不同的涡旋重叠，公式为：
v2（r）=v（r-r2）-v（r-r1）
其中，v（r）指的是尾涡剖面切向速率模型，r1、r2指的是涡旋中心，方程经矢量叠加一定地呈现了涡旋的动力学状态[3]。设定飞机航速为70m/s情况下，通过单位长度尾流之中径向速率vd所具备的体积呈现多普勒谱S（vd），单位为m3/s，统计手段获取单涡、双涡多普勒谱公式与单涡所得结果基本一致，公式均可表示为：
S（vd）≈？祝20/8π3d，v0≤|Vd|≤V1
其中，？祝20指的是尾流涡环值。V0=？祝0/2πBa指的是尾流多普勒最小速率值，经计算，单涡、双涡标准差均在3m/s范围。
3 民航飞机尾流探测研究现状
3.1 尾流雷达探测技术的问题与趋势
自尾流雷达探测技术研究方向而言，截止目前，它的理论研究仍旧鲜有成果。机尾流探测实验研究之中，大部分研究集中于光大、雷达等探测技术上，且尾流雷达探测技术愈来愈得到行业的热点关注。
3.2 尾流探测技术的理论体系
现阶段国际上关于尾流探测技术的相关研究所集中在民航领域，故此类研究所研究的主要方向为近程尾流相关探测实验。相关面向反隐身实践需要的远程尾流探测技术的理论体系，国际上还没有十分明确的研究方向。在我国，相关人员在进行尾流探测、尾流目标特性相关研究的一并时间，首次进行了更进一步的尾流探测技术理论体系研究，初步构建出尾流雷达回波框架，开发出Hough变换、GLRT及LMP等一系列尾流探测技术，同时研究了不同常规天气环境下的尾流探测距离[5]。这一系列尾流探测技术的理论体系研究，极大地对雷达目标检测理论进行了丰富，但仍没有构筑出全面系统的尾流检测理论体系，还有待进一步展开研究。
4 民航飞机尾流探测技术的应用趋势
随着社会经济的急速进步，为航空运输也发展创造了有利契机，机场运输越来越繁忙，客流量越来越大，飞机尾流所引发的飞机安全隐患及尾流对机场吞吐量的制约等问题，愈来愈得到行业专家人士的热点关注。迄今为止，世界上已存在一些机场已经配备有自身的飞机尾流探测雷达[6]。由此能够遇见，在不久的将来，各大机场将陆陆续续配备尾流探测设备，尾流探测将成为民航领域的一项十分重要的应用。
5 结束语
综上所述，飞机尾流探测技术研究是一项十分复杂的系统工程，要花费大量的人力、物力，为了实现飞机尾流探测技术研究的有效性，相关人员要全面认识飞机尾流的特殊目标特性，研制特有的飞机尾流检测、跟踪算法，并且应当权衡一系列工艺、实践应用等需求，积极为人类社会发展做贡献。
参考文献
[1]戴幻尧，狄东宁，乔会东，等.飞机尾流探测技术研究进展及应用前景[J].科技导报，2013，31（31）：68-69.
[2]Luckner R，Hohne C，Fuhrmann M. Hazard criteria for wake vortex encounters during approach[J].Aerospace Science and Technology，2004，8（8）：673-687.
[3]徐群玉，宁焕生，陈唯实，等.气象雷达在民航安全中的应用研究[J].电子学报，2010，38（9）：2147-2151.
[4]扈罗全，王雪松，李健兵，等.随机射线方法分析飞机尾流的电磁散射特性[J].中国电子科学研究院学报，2007，2（5）：498-502.
[5]Li J B，Wang X S，Wang T. Modeling the dielectric constant distribution of wake voritices[J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，2011，47（2）：820-831.
千百年来，流体力学以其广泛的适用性形成了独有的科技魅力，随着时代的不断发展，科技的不断进步，在一代又一代流体力学研究者的努力下，流体力学的世界也越发精彩。
执著之树必结黄金之果
邵传平，中国计量学院流体检测与仿真研究所研究员，多年来，由他负责的课题组主要从事钝体旋涡脱落流动控制研究。
所谓钝体旋涡脱落流动是指：当流体以一定速度流过固定的钝物体，如风掠过桥梁、电视塔、电厂冷却塔、高楼等等固体时，会在物体两侧交替地产生旋涡脱落，旋涡的交替脱落使物体表面的流体压力发生周期性变化，从而产生作用于物体的交变力。当流体动力的变化频率与物体结构的固有频率接近时，会发生共振现象，使结构遭到破坏，除此之外，旋涡脱落还会增大流体阻力，产生噪音。
那么，该如何消减旋涡脱落造成的负面影响呢？这既是海洋、土木、水利、电力、航空等领域关注的问题，也是邵传平及其课题组一直致力于研究的对象。
自1998年以来，邵传平课题组先后主持国家自然科学基金项目“法拉第波与钝体尾流稳定性研究”，“涡激振动控制与减阻减振”、“尾流控制机理与方法研究”，“流向振荡柱体尾流不稳定性的控制”等的研究，取得了一连串的科研成果。
在静止钝体旋涡脱落抑制方面，自1930年代以来，人们针对不同的工程问题，提出了不少控制方法，但是这些方法都有局限性，应用范围小。在1990年，Strykowski-Sreenivasan提出在二维钝体下游一定位置放置一个很小的圆柱，可以抑制钝体后面的旋涡脱落，有很好的减阻和减振效果。虽然在当时，这个四两拨千斤的方法在业界掀起了波澜，但是很快，就有研究表明这种方法只有在很低雷诺数（低于一百）流动情况下有效，在工程中缺少应用价值。
邵传平课题组的研究有望弥补这一不足，他们经过反复研究，选择用小窄条作为控制件，取代小圆柱，对圆柱及方柱、板（各种攻角）等钝体的旋涡脱落进行抑制实验，证明在雷诺数高至十万时对所有这些钝体都有很好的抑制效果，并对每种钝体流动情况找出了有效抑制的控制件位置区域，以便于工程应用。
在强迫振荡柱体绕流的旋涡脱落抑制方面，邵传平课题组在国内外尚无研究先例的情况下，另辟蹊径，分别采用窄条方法、尾部喷射方法和隔离板方法对高雷诺数流向振动柱体尾流进行抑制研究，取得重要进展。研究表明，尾部喷射对非锁频和每种锁频旋涡都有抑制效果，找出了每种旋涡的有效喷射速度范围;窄条对非锁频和两种锁频旋涡具有抑制效果，最高可减阻30%，减小脉动升力60%以上，找出了各种旋涡脱落下窄条的有效位置区;而隔离板方法对非锁频和一种锁频旋涡有效果，找出了隔离板的有效位置区。
旋涡抑制机理与旋涡脱落生成理论密切相关。国际上关于静止钝体旋涡脱落的生成，经历了背压吸引论，到剪切层相互作用论，再到绝对不稳定性和尾流整体失稳论，正从猜测到理论逐步深化;而关于振动柱体旋涡脱落的产生机制，目前还处于探索阶段。
对此，邵传平认为，振荡柱体绕流存在两种旋涡脱落产生机制，除了上述的绝对不稳定性机制外，还存在信号放大机制。他们研究了高雷诺数湍流尾流中涡粘性对扰动波信号的影响，定义了扰动波的涡粘系数，并用实验数据分别求出了未加控制和施加控制以后的涡粘系数在振动柱体湍流尾流中的分布情况。将涡粘系数代入扰动波发展方程（稳定性方程）并求解，得到的结果是：未加控制时扰动放大的频率区域很宽，产生旋涡脱落的机会很大;而控制以后扰动放大的频率区域很窄，产生旋涡脱落的机会很小，从而明确了振动柱体旋涡脱落的产生和抑制机理。
上述成果发表在AIAA Journal，Journal of Fluids and Structures， Journal of Fluids Engineering， Journal of Visualization， Acta Mechanica Sinica， 及《中国科学》，《力学学报》，《力学进展》等杂志上，得到国内外同行的认可。
百尺竿头须进步
十方世界是全身
以往取得的成绩非但没有使邵传平就此功成身退，这些成果反倒使他对自己的专业产生了更加浓厚的兴趣，甚至为了研究工作不受影响，2008年，他离开了中科院力学所，进入了具有新建低速风洞、低速水洞和较好配套实验仪器的的中国计量学院工作，主要从事流动控制与植物流体力学研究。最近，邵传平开展了植物空气动力学仿生方面的研究，主持国家自然科学基金项目“树叶气动特性研究”。
近年来，人们越来越意识到风灾是对树木危害最大的非人为因素，远大于森林火灾造成的损失，因此树木风灾以及树木空气动力学方面的研究在国际上越来越受到重视。为此，邵传平把握时代脉搏，申请了国家自然科学基金面上项目“树叶气动特性研究”，希望通过研究可以更加的深入的了解多种常见树叶气动特性（包括形状重构）及影响参数，寻找树叶气动失稳（突然变形、振动）的临界条件及产生原因。另一方面，也希望可以了解人造树叶的气动特性，探讨树叶气动仿生的条件。
拿到这一课题，邵传平靠的不是运气。翻开他的履历，硕士期间，他的研究方向为水动力学，从事具有自由表面的粘性绕流研究;博士期间的研究方向为风工程，在导师孙天风教授指导下，从事多钝体压力分布，尾流场测量以及流动显示研究;博士后期间他从事海洋工程与流动稳定性实验研究;在中科院力学所任副研究员期间，他从事生物流体力学、微重力流体力学，以及流动控制等方面的研究工作，先后完成3个国家自然科学基金面上项目：“法拉第波及钝体尾流不稳定性的实验与数值模拟”，“涡致振动控制方法研究”，“尾流控制机理与减阻减振”;2008年，进入中国计量学院后，他主要从事流动控制与植物流体力学研究，主持在研国家自然科学基金项目“流向振荡柱体尾流不稳定性的控制”。
这些经历，使他对这一项目研究所需要的风洞实验设备非常熟悉，积累了丰富的流体实验研究经验。项目组自2009年以来，已先期开展了树叶气动特性的风洞实验研究，取得一些新的发现，为本项目的顺利进行打下了良好基础，同时为本项目研究目标指定了方向。
在硬件设施方面，邵传平所在的中国计量学院全力支持，除标配的风洞实验设备如热线风速仪、PIV、激光多普勒测速仪，电子压力扫描阀之外，学院在今年还购买了数字图像相关位移测量仪，定做了一台测量树枝和树叶瞬时升阻力的六分力动态天平，为流动控制实验和树叶气动特性测试提供设备。同时，课题组还与一家公司合作研制了烟线发生器、氢气炮发生器，分别用于风洞和水洞的流动显示实验。
在数值模拟方面，中国计量学院流体研究所已订购最新型的曙光工作站，能够满足流固耦合计算需要。
一切准备就绪，科研活动也得以顺利展开。
【本刊综合报道】2016年4月13日，裘槎基金举行颁奖典礼，颁授“前瞻科研大奖”及“优秀科研者奖”予来自香港中文大学（中大）、香港大学（港大）和香港科技大学（科大）的八位优秀学者，以表扬他们卓越的科研成就。当天的颁奖典礼，由香港医学教育界的殿堂级人物――杨紫芝教授，GBS，JP主礼。
“裘槎前瞻科研大奖2016”得奖学者简介
欧阳灏宇博士（香港大学理学院化学系助理教授）：主要研究方向是超分子化学及分子识别，特别是理解分子是如何识别和彼此交互，利用分子间的相互作用作为复杂结构的自组装手段，K从中创建不同的功能材料。欧阳博士其中一个研究方向，是在复杂的生物环境中，选择性地识别和检测有机小分子的新型分子识别系统。其中一项研究重点，是识别出儿茶酚胺（Catecholamine）等有重要作用的有机化学物。儿茶酚胺（例如多巴胺）是人类神经系统中，负责神经细胞之间的信号传递的化合物之一。欧阳博士的另外一个研究重点，是探索对於拓扑复杂分子，例如具有多个互锁大环索烃的不同装配策略。这些分子环状结构，与分子存储器以及微型物质穿透等分子器件和新兴有机材料的研究息息相关。不同的环状装配策略，对新物料等的研发有着重要的示。
“裘槎前瞻科研大奖2016”得奖学者简介
崔鹤鸣博士（香港大学工程学院计算机科学系助理教授）：研究领域包括作业系统、程序设计语言、分散式系统以及云计算等等。他此次获奖的研究项目专注於构建一套新型的软件系统，旨在大大地提升目前网上服务的可靠性和安全性。网上服务，包括社交网络系统、电子商务平台，以及金融交易平台，已经广泛地深入人类的生活。然而，这些软件服务都是运行於计算机之上，而计算机的软件和硬件故障，无可避免地会伤害这些网上服务的可靠性，从而导致巨大损失。崔博士的研究，有望为问题提供突破性的解决方案。崔博士近期的研究成果包括成功申请数项美国专利、开源软件项目、以及在世界顶级计算机系统软件和程序设计语言的国际会议（例如SOSP， OSDI，PLDI， 以及ASPLOS）。
“裘槎优秀科研者奖2016”得奖学者简介
陈冠华教授（香港大学理学院化学系系主任）：主要从事理论化学和计算科学的研究，专注於研究量子力学中著名的薛丁格方程式（Schr?dinger equation）?ψ=Eψ的数值解法。他在激发态线性标度量子力学方法、开放体系的第一性原理方法、量子力学/电磁学（QM/EM）跨尺度耦合方法、神经网络方法在量子力学计算的应用等领域都做出了开创性的工作，极大的拓展了量子力学计算方法的应用范围。近年来，陈冠华教授致力於发展开放体系第一性原理量子力学方法和多尺度量子力学/电磁学耦合方法，实现了对新兴纳米电子器件及新兴电子材料的计算类比与探索。将该方法同工业界现有的简约模型、电路模型整合，可以实现从原子细节出发预测电路的行为。由於这一系列原创性的工作，陈冠华教授2011年当选为英国皇家化学会会士，2014年当选为美国物理学会会士。陈教授是卓越学科领域《新兴电子器件的理论、模型和模拟》项目协调人。
“裘槎优秀科研者奖2016”得奖学者简介
徐爱民教授（香港大学李嘉诚医学院内科学系及药理及药剂学系教授）：主要从事针对肥胖、糖尿病及相关心血管K发症的研究及相关医药技术开发。他发现了抗糖尿病激素脂联素的活性体，K率先揭示了脂联素对脂肪肝及血管疾病的保护作用。在过去十多年，其团队陆续发现K鉴定了多种与肥胖、糖尿病及心血管代谢综合症发病原因有密切关S的脂肪分泌激素，研发成生物标I物及相关检测产品，用於上述慢性疾病的风险预测、早期分型诊断及治疗评估。徐教授目前兼任英国生物化学杂I的副主编，以及多间中国教育部或科技部重点代谢实验室的科学顾问组成员或副主席。
关键词：节理岩体；各向异性；落石冲击；模型
中图分类号：TU45 文献标识码：A
1概述
天然岩体在漫长的地质历史作用过程中，形成了大小不等、方向各异的节理或结构面。由于岩体承受了这些不同时期、不同性质的节理裂隙的切割，使得岩体成为非均质体，其展现出来的力学特性应该是各向异性的。工程实际中，由于岩体各向异性特性认识的复杂性，加之我们对岩体力学的研究还不够深入，一般是按均质体来考虑的，基本没有考虑到岩体的各向异性力学特性，但是，在实际的岩石边坡中，节理岩石随处可见，节理对边坡稳定性的研究非常有必要，而且由于节理的发育，经常会发生崩塌落石，这些落石对边坡的冲击荷载作用，在室内很难研究，因此，本文主要采用有限元的模拟方法，来分析节理岩石在落石作用下的稳定性问题
2 ANSYS/LS - DYNA的原理
LS-DYNA 是以显式为主、隐式为辅的通用非线性动力分析有限元程序，适合求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸问题。它以Lagrange 算法为主，兼有 ALE 和 Euler 算法；以显式求解为主，兼有隐式求解功能；以结构分析为主，兼有热分析、流体-结构耦合；以非线力分析为主，兼有静力分析。
有限元碰撞过程中运动方程可以表示为：
（1）
式中：[M]为质量矩阵；[C]为阻尼矩阵；[K]为高度矩阵；{a}为加速度向量；{v}为速度向量；{F}为包括碰撞力在内的外力向量。
崩塌落石的受力机理可以描述为：崩塌岩石与地面碰撞，产生冲击应力，当岩石撞击地面时，撞击产生的应力波为一维应力波，做这样的简化便于分析时，不考虑落石形状对崩塌体本身势能和动能的影响。波动方程为：
式中：—岩石x方向的位移；—岩石的密度；E—岩石的弹性模量。应力波传播速度C 为：
由于节理岩体的岩体结构、赋存环境和作用因素的多样性，在节理岩石的边坡力学特性就显得十分复杂，在采用有限元模拟时，需要更多的裂隙模拟单元。另外，考虑到已有崩塌土体，主要是落石的滚动运动对边坡的影响，岩体边坡在开挖条件下的安全防护问题也至为重要，以及在开挖时保证卸荷对节理岩体的影响最小化，同时考虑结果面的各向异性问题。因此，需要掌握这些节理岩体边坡在开挖卸荷条件下，同时预防崩塌滑落的影响进行分析，尤其是节理岩体边坡的卸荷各向异性非线性力学特性的有限元模拟，困难较大，这里主要采用材料本身的非线性特点进行模拟研究，为岩体边坡的开挖和落石冲击下岩体稳定性研究提供更多的参考价值，也是解决工程实际问题的有效途径。
3节理边坡冲击模型
本模型运用ANSYS有限元的LS-DYNA模块进行非线性结构冲击动力学三维仿真分析，节理岩石坡体在表1的力学参数下分析结果如下图（图1～图2）所示，数据提取结果如表2所示。
结语
通过本文可知，对于节理岩体，尤其是节理岩体边坡在发生崩塌落石的情况下，边坡的稳定性将会受到影响，在边坡的岩石物理参数不变假定条件下，边坡的应力及位移的变化随落石的体积和重量以及加速度决定。要有效的防止落石对路基的破坏作用，可以采取绿化，种草，加强多种植被，另外，探讨节理岩体各向异性力学模型，是一个很有价值的研究方向。
参考文献
[1] 肖盛燮.灾变链式理论及应用[M].北京：科学出版社，2006.
[2] 周火明，盛谦，邬爱清.三峡工程永久船闸边坡岩体宏观力学参数的尺寸效应研究[J].岩石力学与工程学报，2001，20（05）：661-664.
关键词:卫星有效载荷; 有限元分析; 力学特性; 整机; HyperMesh; MSC Nastran
中图分类号:V423.4;V414.1;TB115文献标志码: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
作者简介: 徐广州(1980―),男,山东广饶人,工程师,硕士,研究方向为飞行器有效载荷CAE仿真技术,(E-mail);
阮萍(1967―),女,陕西西安人,研究员,博士,研究方向为空间光学精密仪器研制,(E-mail)0引言
卫星有效载荷(以下简称“有效载荷”)是具有机、电、热、控制和信息处理等综合性技术的精密仪器,其发射条件和工作工况十分苛刻,除了受到发射和运输过程中的过载、失重、冲击振动等力学载荷外,还受到环境温度变化等热载荷作用.其中,力学载荷对有效载荷性能有重要影响:良好的强度特性可以保证有效载荷承受外载而不被破坏;良好的刚度特性可以保证有效载荷有效抵抗动、静态载荷下的变形,使振动、颤振或失稳处于设计范围之内.所以,对有效载荷力学特性研究在有效载荷的设计、运输、发射和在轨工作等阶段具有重要作用,并且对整个卫星系统也有一定的积极意义.[1]
通常情况下,有效载荷在发射时承受的力学载荷环境最为苛刻,该环境仿真主要包括静力过载、低频频率响应、冲击和宽带随机振动等4类激励.
基于有限元法的有效载荷力学特性仿真需要将物理模型离散成由有限单元组成的数学模型后进行数值仿真计算,并且有效载荷整机有限元模型的建立对保证仿真精度和提高仿真效率有很大影响.对于目前普遍采用的商业求解器,前处理过程占据的仿真时间较多,所以对有效载荷整机有限元模型建模方法的探讨是力学特性仿真的重要组成部分.
1整机有限元建模
有效载荷有限元建模主要是建立整机有限元模型,该过程与单个零件和组件建立有限元模型处理方法稍有不同,其特点为:由多个零件装配而成,而且装配形式多样.故整机CAD模型到CAE模型建立方面要复杂于单个零件和小规模组件的建模,因此装配关系的有限元建模在整机模型建立过程中显得尤为重要.根据仿真问题力学环境和仿真目的等不同,在处理装配关系时有限单元选择也各异.线性小变形仿真装配模拟可以选择RBE2(MSC Patran)或CERIG(ANSYS)等效螺钉装配关系;若考虑连接局部细节问题,则需要考虑接触单元模拟装配连接等.仅考虑质量特性的单元可以使用质量单元进行零部件简化.另外,单元类型、单元尺寸、部件以及有限元模型简化策略等也需要规划.
现在商业前处理器众多,选择适合业内使用的前处理器可有效提高有限元模型建模效率,多种前处理器的混合使用在提高建模效率方面也不错.
2有效载荷力学特性仿真
可将有效载荷仿真力学环境近似等效发射过程力学环境,一般从卫星建造规范或载荷振动试验大纲上获得.通常,力学环境主要包括加速度过载、频率响应、冲击和随机振动;它们对应MSC Nastran求解器下的静力分析、频率响应分析、瞬态动力学分析或冲击谱分析和随机振动分析.通过上述力学环境仿真可以考察有效载荷本身的强度和刚度特性,判断其是否可以承受发射时的力学载荷,做好设计阶段评估工作.
加速度过载分析考察有效载荷发射时对惯性载荷的承受能力,在仿真分析时以惯性载荷方式施加.
作为考察结构激励的稳态响应,有效载荷频率响应特性主要考察有效载荷对低频载荷激励的响应情况,一般为100 Hz范围以内的激励.激励通常以位移和加速度形式给出,且多为分段频域函数;仿真设置时可以将各激励定义为独立载荷步,后续可1次或分别求解定义载荷步.
有效载荷在发射阶段和火箭级间分离等阶段会受到冲击载荷作用,试验阶段对有效载荷的冲击载荷考察主要为时域瞬态动力学冲击或频域冲击谱冲击,后者对冲击试验的考察覆盖面更广.[2-3]在MSC Nastran求解器中对应的仿真类型为瞬态动力学分析和冲击谱分析.对于半正弦时域冲击载荷可以方便地在MSC Patran中定义Field实现,然后施加与Field相关的激励.对冲击谱仿真的定义可以在获得模态分析数据文件基础上,在执行数据段、工况数据段和模型数据段中添加相应卡片完成.
由于随机振动激励的不确定性,无法通过确定的函数关系描述各时刻数值,且在测试过程中难以确切控制和预测,激励和响应都是在某些统计规律性基础上加以定义的.[4-5]随机振动激励通常以功率谱密度加以描述,在MSC Nastran求解器中,随机振动仿真分析通常作为频率响应分析的后处理,在得到频率响应分析结果基础上,在随机振动模块下再引入激励的功率谱密度进行后处理得到随机振动的响应. [6]
3有效载荷仿真示例
以某有效载荷为例,说明整机有限元建模过程、力学载荷示例和相应力学载荷下的仿真结果和结论.
3.1整机有限元模型
该有效载荷主要由光学组件、电控箱组件和电子学组件组成.由于其组件和零件数目较少,零件模型相对规则,所以光学镜筒、镜片和电控箱使用实体单元,PCB板模型使用壳单元,整机模型未进行零部图 1整机有限元模型
件数目简化;模拟螺钉装配关系使用RBE2单元.整机有限元模型共包括19 424个节点和13 125个单元,见图1.为保证建模精度,对模型质量、重心位置和相对重心转动惯量与CAD模型进行校验:质量误差为0.21%,重心位置坐标分量最大误差为5.3%,转动惯量坐标分量最大误差为7.4%.有限元模型网格在HyperMesh 8.0下完成,求解器为MSC Nastran 2005,后处理在MSC Patran 2005中进行.
3.2力学特性仿真
3.2.1加速度过载分析
在整机有限元模型单元的相应方向上施加惯性载荷,见表1.
表 1惯性载荷载荷类型大小方向加速度9gx,y,z向
由于篇幅关系只给出在x向过载下的最大位移和应力响应云图,见图2和3,其余方向给出仿真结论.
图 2惯性载荷下x向位移响应云图
图3惯性载荷下x向应力响应云图
由图2和3可知:x和y向过载时,最大变形发生在遮光罩处,最大应力发生在第1块电路板与箱体的连接螺钉处;z向过载时,最大变形发生在第2块PCB板上,最大应力同样发生在箱体连接螺钉处.3个方向应力值都小于5 MPa,过载应力值远小于材料许用应力,有效载荷在惯性载荷作用下校核安全.
3.2.2频率响应分析
低频载荷见表2.载荷特点为100 Hz以内4个分段频域函数激励,激励包含位移和加速度.在MSC Patran中进行上述频率响应前处理时,通常需要建立对应4个频率范围的4个载荷步,求解时可1次或分别求解4个载荷步.图4~6给出在表2激励下,图1中有限元模型所示测点的加速度响应、位移响应和应力响应曲线.
表 2低频载荷频率范围/Hz振动量级方向10~206.2 mm20~3510g 35~6515g65~1008gz向
图 4低频载荷激励下加速度响应曲线
图 5低频载荷激励下位移响应曲线
图 6低频载荷激励下应力响应曲线
在保证有限元模型精度情况下,对示例有效载荷进行模态分析,得到其基频为604.83 Hz,基频较高.由图4~6可以看出有效载荷表现出的动态效应较小,这可以从加速度响应曲线得到验证,加速度响应趋势基本与激励载荷一致,有效载荷表现出准刚体的特征;位移响应随激励的衰减而逐步衰减;应力响应随测点的不同表现出较大差异,在连接螺钉孔附近应力分布较为集中且较大,测点von Mises应力小于50 MPa,其响应小于材料许用应力;在低频载荷激励下有效载荷强度校核安全.
3.2.3瞬态动力学分析
时域冲击载荷见表3.进行求解时选取加载时间为10 ms,求解时间为50 ms.
表 3时域冲击载荷冲击脉冲波形冲击脉冲加速度脉冲持续时间冲击方向近似半正弦波50g6~10 msz向
在表3所示激励下,图1中有限元模型所示测点的加速度响应和应力响应曲线见图7和8.
图 7时域冲击载荷下加速度响应曲线
图 8时域冲击载荷下应力响应曲线
因为此有效载荷基频较高,由图7和8也可以看出,示例有效载荷准刚体特性显著,加速度和应力响应曲线趋势与激励吻合;在z向冲击条件下,后盖上测点应力较大,求解结果小于1 MPa,小于有效载荷本身材料许用应力,强度校核安全.
3.2.4随机振动分析
随机振动载荷,激励以加速度功率谱密度形式给出,见表4.根据表4数据可以方便计算10 Hz时功率谱密度为3.2E-4 g2/Hz,2 000 Hz加速度功率谱密度为3.97E-2 g2/Hz.将表4中数据定义成Field后,可以在MSC Patran中的随机振动模块下方便地引用添加.
表 4加速度功率谱密度频率区间/Hzz向功率谱密度10~200+6 dB/oct200~1 5000.125 g2/Hz1 500~2 000-12 dB/oct在表4激励下,图1中有限元模型所示测点的加速度和位移功率谱密度响应曲线及加速度和位移均方根曲线见图9~12.
图 9随机振动载荷激励下测点加速度功率谱密度曲线
图 10随机振动载荷激励下测点加速度均方根曲线
图 11随机振动载荷激励下测点z向位移功率谱密度曲线
图 12测点z向位移均方根曲线
由图9和11可以看出,加速度响应分布在基频之前近似呈现递增,相应地能量分布主要集中在固有频率附近的频段内,且不同频率下响应分布有所波动;由图10和12得到响应统计分布的有效值,响应数值大小根据测点不同有所差异.位移功率谱密度响应呈下降趋势,某些测点高频响应略有波动.位移均方根给出响应统计有效值的大小,数量级为10-5,测点位移响应较小.
4结论
该卫星有效载荷整机有限元模型建立方法可以提高仿真效率,保证仿真计算可行性和仿真精度.较全面的有效载荷力学特性仿真可以有效预测有效载荷在相应力学环境下的响应,对仪器结构形式设计、评估设计合理性和设计定量、定性控制等方面也有积极的指导作用.
参考文献:
[1]刘雍, 张朋军, 孙丽崴, 等. 空间相机结构件的振动试验仿真[J]. 计算机辅助工程, 2006, 15(S1): 367-369.
[2]穆瑞忠, 张建华, 皮本楼. 航天器的冲击谱模拟试验方法[J]. 强度与环境, 2008, 35(5): 32-37.
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[4]师汉民. 机械振动系统――分析•测试•建模•对策[M]. 武汉: 华中科技大学出版社, 2006: 150-172.
关键词：履带车辆；柔性履带；数值模拟
中图分类号：TU623+.5 文献标志码：B
1 引言
履带车辆因其具有良好的通过性能在工程机械车辆中有着广泛的应用。履带机构一般由主动轮、托带轮、诱导轮和负重轮组成，通过履带构成柔性链环，其本身就是一个复杂的机械系统。传统的研究方法是基于经验公式和大量试验研究基础之上的。电子计算机的发展使得数值模拟技术得到了广泛的应用，将数值模拟技术用于履带车辆的研究能有效缩短研制周期，提高设计效率和质量[1]。
目前对履带车辆进行多体动力学数值模拟的软件主要有DADS、ADAMS和Recurdyna，其中DADS和Recurdyna采用的是相对坐标的递归算法，运算速度较快，而ADAMS采用的是绝对坐标系，速度稍慢，这些软件都能很好地完成履带车辆的仿真分析。对履带建模的模型主要有两种：一种是柔性履带模型，该模型建模较方便，能在设计早期就对履带的平顺性做出快速预测而得到改进的指导数据；一种是刚体履带模型，该模型能对每块履带板、销的力学特征进行详细研究，但该建模方式比较复杂，需要考虑各零件之间的接触关系，建模过程复杂，同时刚性履带模型的自由度与柔性履带模型相比计算量大大增加。本文基于柔性履带模型对履带车辆进行建模和数值模拟，通过对履带车辆的平顺性分析，为改进设计提供有效数据。
2 柔性履带理论模型
在柔性履带模型中，其履带被假设为一条具有柔性的连续的带子，由这条柔性的带子包裹主动轮、托带轮、诱导轮和负重轮而构成一条履带链，通过与地面接触而将地面激励传递到车体。
履带、负重轮及地面间接触的相互作用力如图2，作用在负重轮上的力计算公式：
履带张力TL和TR可以通过弦垂线方程获得[2]。
3 履带车辆平顺性模型
平顺性反映了车辆行驶的安全性。良好的平顺性能减少地面动载荷对底盘及相关连接件的振动，提高零件的疲劳寿命。本文建立某型履带车辆的平顺性模型如图3。考虑车体质量、质心位置、负重轮数量、质量、位置及尺寸、主动轮和诱导轮尺寸和位置、履带结构和性能等，运用Bekker提出的地面力学压力-沉陷关系、设置土壤的剪切特性、土壤的摩擦特性等来计算地面施加于车辆的各种力。
4 仿真分析结果
将上述建立的履带车模型行驶通过一个高为10cm梯形凸台障碍来研究其通过平顺性，得到其通过凸台前后的车体的姿态如图4，车体的质心处的加速度如图5，以及履带张力如图6。
从图5可以看出履带车通过凸台的时候车体质心处加速度值的变化，其仿真结果在4～6s时候加速度波动较大，因加速度值能反映履带车辆通过梯形凸台障碍时地面对车体的振动激励，通过履带参数的合理设计控制其振动，能有效地衰减来自地面的冲击载荷，提高各零件的动载荷疲劳寿命；图6显示出履带张力的变化波形，其仿真结果在4～6s时候加速度波动较大，因履带车正通过凸台导致履带张力增加，其张力值能为研究主动轮和履带之间的磨损提供参考依据。
5 结论
本文基于柔性履带模型建立了某履带车辆的三维仿真模型，对其平顺性进行了数值模拟研究。该方法建模简单快捷且求解效率高。相比于传统的基于经验公式和大量试验的方法，所获取的数据更加丰富，研制周期缩短。用柔性履带模型方法在早期设计阶段就能快速地预测履带车辆的通过性、车体振动加速度等指标，为改进设计提供有价值的理论数据，通过数据结合最终的实验验证，提高履带车辆的设计水平。
参考文献：
[1]韩宝坤，李晓雷，孙逢春.履带车辆动力学仿真技术的发展与展望[J].兵工学报，2003，24（2）.
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一、突出特色，提高科研水平
华北水利水电大学是一所行业办学特色明显、优势学科突出的学校，在科研方面具有明显的特点。一是科研项目的行业性。学校原来隶属于水利部，所以科研人员把科研目标定位在水利行业发展需求相关的方向上，以争取各级水利部门科研经费的支持。从科研项目来源的渠道看，其纵向课题主要来源于水利部及其直属各部委，横向课题大多来源于水利行业的研究、设计、水利工程施工等有关的单位，科研项目立项具有明显行业性和区域性的特点。二是科研目标的实用性。从学科建设的角度看，学校依靠科研促进和支撑学科的发展，依靠科研特色培育学科特色，其科学研究紧紧围绕学科建设的需要，来确立发展思路和方向，开展科研立项，这不仅是学科建设的主线，而且在学科建设中发挥主要功能。
针对上述特点，学校准确制定了科研发展的目标以及切实可行的科研机制和奖励办法，多措并举，以提高学校科研工作的整体水平。
强化对教师科研工作的重视和引导。学校在科研方面采取两级目标管理体制，二级学院针对各学年的目标，结合本单位专业学科特点，主动采取行之有效的措施，加强对教师科研工作的规划、组织和引导，充分调动教师的科研工作积极性。
加强科研制度建设，形成了重视科研的风气。学校一方面加强科研制度建设，建立和完善科研项目管理体制、校院两级管理机制，建立健全科技创新制度体系，在二级教学科研单位制定了切实可行的奖惩制度，形成了“开放、流动、联合、竞争”的运行管理体制；另一方面加强了科技信息网络化建设，加大了科研政策宣传力度。
学校紧紧围绕国家和区域重点科研领域，以研究基地、研究院所、重点实验室和工程研究中心等为平台，以科研资金作保障，以学科带头人为核心，组建并重点扶持了若干结构合理、研究方向明确且有特色、队伍稳定、优势互补、具有凝聚力和战斗力的创新团队，带动了教师科研队伍整体素质的提高，形成了重视科研的良好风气。
建立健全科研激励机制，调动教师从事科研工作的积极性。近年，学校建立健全了一系列鼓励教师积极投身科研工作的各种激励机制，进一步改革和完善了国家级科研项目资金匹配、高层次科研奖项和高水平论文论著奖励等政策。学校积极改善和提高教师的科研工作条件和福利待遇，充分调动他们从事科研工作的积极性、创造性。学校充分利用自身的人才资源优势，积极采取有效措施，吸纳长期从事科学研究工作的退休教师，利用他们在科研方面的经验和优势，带领学校引进的大批年轻博士，并主动与的科研人员相结合，通过“内敛”和“外展”，合理组合全校的科技人才资源，逐步建立了稳定的多领域的研究开发队伍，为科研人才搭建了工作“平台”，吸引了更多高层次人才进入学校。
从优势科研方向出发，整合学校的科研资源。学校从优势科研方向的选择和重点扶持出发，对学校现有科研力量进行优化与重组，充分利用原有行业的基础和背景，加强优势和特色科研领域建设，重点提升了高层次项目的中标率；积极开展产学研联合和校企横向合作模式，构建具有特色明显、优势突出的专业技术创新平台，以此推动学校独具优势的科研强项的形成，进而带动学校整体科研实力的提升。
从科研创新团队建设出发，力促特色科研形成“制高点”。科技创新团队是科技创新和科研攻关的重要载体。学校在立足现实，统筹规划，合理配置各方面资源的基础上，内建科研团队，外扩科研渠道，充分发挥学校的水利行业特色，瞄准国家战略发展目标、重大科技专项和学科前沿问题，组建科研团队争取并承担各类国家级和省部级重大科研计划项目，通过科研项目的研发过程，培育和产生高水平的科研创新团队，在水利行业上形成了特色科研的“制高点”。
从学科交叉、渗透出发，努力寻求科研发展新的“增长点”。学校积极探索实施学科交叉、综合集成的有效措施，以水利特色为依托，充分发挥学校的学科综合优势，克服资源分散、缺乏有效配置的弱点，促进跨学科集成、多学科合作和新学科开创，推动跨校跨系统的联合、协作。在研究内容上，深入研究跨学科、跨分支学科、同一学科内部各个研究方向等多方位的交叉与渗透；在研究方法上，既有递进式的交叉与渗透，又在多学科交叉与渗透的空间方面进行纵向的深入和横向的拓展，从而提升科研的层次，拓展新的研究领域，培育新的科研特色。
二、认真挖掘成果源，精心培育和遴选优秀科研成果
在“十二五”开局之年，学校提出了“项目培育、项目申报、项目监管、成果培育、成果申报”的五阶段分目标管理，每项目标均构建了切实可行的措施以保证其顺利实施。“十二五”期间获奖科技成果已达到450余项，其中省部级以上获奖超过“十一五”期间总数的50%以上，在国家级科研奖励方面获得较大突破。其中获奖较为集中且特色突出的标志性的成果体现在以下几个方面。
水工结构工程方向。学校在水工结构工程方面的研究始于建校初期，目前形成了研究方向稳定、研究成果突出、在国内有一定影响的优势学科。主要开展水工建筑物设计理论及方法研究、水工预应力混凝土设计建造新技术、水工高性能耐久性材料以及特种结构和大跨度复杂结构设计计算理论研究，所取得的多项成果达到国际先进水平，参与完成的“钢纤维混凝土特定结构计算理论和关键技术的研究与应用”科技成果，荣获2010年国家科技进步奖二等奖。
地质工程方向。地质工程作为学校建校初期设立的专业，主要服务于水利工程建设，长期以来研究团队主要在边坡稳定分析及滑坡失稳定时预报、工程岩土体结构稳定性研究等方面开展较广泛的科学研究和工程实践，除主持完成国家科技支撑项目、国家自然科学基金项目、水利部公益性项目外，还承接了大量工程生产项目，主要参与完成的“大型矿山排土场安全控制关键技术”科技成果，荣获2011年国家科技进步奖二等奖。
农业水土工程方向。学校围绕我国北方地区农业用水问题，开展了区域水资源合理利用、水资源优化配置及科学管理、水资源高效利用综合技术体系研究；针对农业水资源短缺，水生态环境恶化，研究水资源优化配置、节水灌溉理论与技术、农业水资源与水环境承载力及经济评价。近五年完成了包括国家“863”、自然科学基金、科技支撑计划、水利部公益性项目、水利部科技推广项目、水利部重点科技攻关、河南省重大科技攻关、南水北调重大工程项目等100余项。所完成的科研项目获教育部高校科技进步奖一等奖1项，获农业节水科技奖一等奖1项，获省部级科技进步奖19项。
水力学及河流动力学方向。经多年凝练，学校水力学及河流动力学形成了以河流模拟为主要特色的四个优势研究方向――河流模拟及工程应用、工程水力学、河床演变及河道整治、河流环境及污染水力学等。该学科近三年发表SCI、EI收录的高水平学术论文70余篇，获水利部科技进步奖和大禹科学技术进步奖一等奖各1项，获省级科技进步奖二等奖3项、三等奖2项。
三、积极构建产学研结合的公共研发服务平台，加快科技成果的转化和技术的转移
科研工作是一项对外联系广泛且与国家社会经济发展密切相关的工作，学校主动采取“走出去，请进来”的方法，把搭建外联科技研究平台作为一项主要工作，进一步加强学校与科研、设计、企业等单位交流，充分利用科研、设计及企业单位专业性、实践性、前沿性强的特点，加强高校科技创新平台建设。近年，学校先后与中国水利水电科学研究院、北京勘测设计研究院、河南省水利勘测设计研究有限公司、许继电气股份有限公司、水利部水工结构质量检测中心等单位签订合作协议，通过构建与科研、设计及企业单位的合作平台，使高校在参与重大水利水电工程横向科研课题，联合申报重大科技攻关项目，加快科技成果的转化和技术转移等方面更好地发挥了作用。
学校与企业以“产、学、研、用”联合攻关的方式开展项目的研究工作。学校在合作中相继承担了国家“十五”重大技术装备研制项目、“南水北调大型水利渡槽施工成套技术和装备的研制”和水利部“948”推广项目、“重型起吊与搬运机械新技术在水利工程及南水北调工程中的应用”等课题。自2002年起，经过多专业联合，攻克了架桥机、动力平板运输车、风电吊机、大型渡槽施工装备的总体设计理论和动力传动与操纵控制等关键技术，自主开发研制了成套装备，满足了国家重大工程的施工需求；首创了大型水利薄壁预制渡槽提、运、架施工的新工艺，研制了世界上第一台套预制渡槽架设施工装备，使我国在渡槽施工装备技术领域居国际领先水平，“大型水利渡槽施工装备关键技术、产品开发及工程应用”项目获2012年度郑州市科技进步特等奖、2013年河南省科技进步一等奖；创立了大型动臂吊柔性臂架系统和非柔性臂架系统的设计理论和计算方法，研制出世界首台轮胎式风力发电安装专用起重机；在重型成套桥梁施工装备设计制造方面研制出系列架桥机和大型搬运成套施工装备，使我国成为继德国、意大利之后第三个掌握该技术的国家，推动了国内重大工程施工技术水平的提高，为国家南水北调中线工程、京沪高铁、风电建设等重点工程的顺利实施提供了技术保障。
通过“产、学、研、用”合作，郑州新大方重工科技有限公司极大地提升了公司的自主创新和产业化能力，重型成套桥梁施工装备已累计完成销售收入30多亿元人民币，创汇700多万美元。风电吊机已先后推出4代产品，已实现销售收入12150万元，净利润1340.4万元，税收800万元。水利渡槽施工装备已销售112台套，实现直接经济效益2.59亿元，利润4628.26万元，税收1697.96万元。产品在京沪高铁、京津高铁、武广高铁、南水北调中线控制性工程（沙河、双洎河和湍河渡槽工程）、江台滩涂风电场等国家重点工程上进行了推广应用，确保了国家重点建设工程的顺利实施。
打造城市污水处理回用技术集成与推广体系。近年，学校城市水务研究院围绕再生水生产技术、污水处理回用技术、城市人工湿地构建技术等国家与省部级科研项目，取得了一批国家发明与实用新型专利技术，技术比较成熟，可以推广应用，主要专利有：中小型淀粉厂废水的生化处理方法、污水灌溉土壤重金属污染大生物量非超富集生态修复方法、除氟装置及高氟水除氟系统、一种城镇污水处理复合生物蛭石模块系统、畜禽养殖场厌氧废液生态循环处理利用系统等。实用新型专利：浮滤一体化污染水深度处理装置、组合式城镇污水处理人工湿地系统；一体化净水装置、生活污水无回流脱氮处理装置等。
关键词：工程流体力学；教学改革；第一次课
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）24-0218-02
工程流体力学课程在我校这一工科院校中，长期以来，本科生在未学习之前，已经从他人那里了解到，这门课很难，不好学，不好过关。学生认为流体力学难学的后果，直接反映在多年来很少有人、甚至无人报考我校工科流体力学方向的硕士和博士，致使我校工程流体力学方向后续人才短缺，学科建设出现重重困难。那么作者希望学生在学习这门课程的过程中，是轻松、主动而有兴趣地去学习。为了帮助学生克服畏难情绪，对工程流体力学课程学习产生兴趣，轻松学好这门课，作者在十几年的教学过程当中，积累了一些经验。开好头，为课程打好良好的第一印象非常关键，所以作者非常重视第一次课的讲授内容，以增强学生学习信心和培养学习兴趣为主要目的，为顺利完成该课程的学习奠定基础。
一、第一次课的教学内容
在第一次课，首先自我介绍，然后点名相互认识，留下联系方式，介绍教材和参考书，授课的章节和学时安排等常规内容外，讲授内容主要分为两大块：（1）上课要求；（2）绪论。
1.上课要求。上课要求主要包括课程学习目的和意义、出席和上课纪律要求、作业和实验报告要求、考核方法等内容。①学习目的和意义。学习目的和意义按照大纲要求，掌握流体力学的基本知识，及其解决问题的基本方法和基本实验技能。强调“基本”的含义，因为是首次接触本课程，系统介绍流体力学知识，对大家的要求是“基本”的，同时也强调仅这些即将学的基本知识也能够解决一些工程应用的问题，并简单举例。②出席和上课纪律要求。出席和上课纪律应该遵守学校规定，但是考虑到学生个体的不同。所以有必要让学生清楚什么样的行为是被接受的、允许的，不要出现行为困难的问题。③作业和实验报告要求。作业和实验报告会出现抄袭现象，回避是没有用的，所以上课时直接指出来，希望将抄袭现象弱化。指出要借鉴，而不是抄袭。这样大大降低了学生不经过理解地抄袭作业现象。④考核方法。将考核方式明确地告诉学生，是平时成绩和课程结束后的闭卷考试成绩各占一定比例，综合评出成绩。并计算出考核通过的最低考试成绩。同时强调不存在不通过比例。这样可以避免两种不良现象发生，一是学生会盲目认为很难学，不能过关而放弃学习，二是成绩差的学生会因为排名总在后面，而放弃学习。
2.绪论。绪论主要包括工程流体力学研究内容、课程特点、研究方法、解题步骤、学习方法和大学生认知阶段，等等方面。重点讲前三点涉及的内容。①流体力学研究内容。讲述工程流体力学研究内容首先展开讲解的是研究对象为流体，此时虽然没有讲流体的定义，但是还是提出请学生举例哪些物质是流体？让学生从最简单的问题开始流体力学知识的学习。学生说对了予以肯定。学生会将多相流和塑性物质列进来，也要说清楚与本课程所学流体的区别和联系，并将学生想不到的流体补充出来，还告诉学生目前最新研究方向在处理流固相互作用时有提出将固体处理为特殊流体，以简化流固交界面的处理；还有已有研究表明固体颗粒的高速运动遵循流体力学规律，以及当车流量和人流量很大时，被称为交通流，犹如流体流动一样，那么在后续课程讲解中可将高密度、大流量的人群流动现象用来形象化的阐述流体的运动规律，帮助学生理解抽象的流体运动规律，使问题直观。还需要指出，最常见的流体是空气和水，人类无时无刻不处于空气和水当中，提醒学生在学习的过程中，可以将所学知识放到自己熟悉的环境中去理解，比如池塘或小河中的水、教室里的空气，等等。将理论知识与生活结合起来，既能帮助理解所学知识，又能将知识应用起来，提高学习兴趣。②流体力学课程特点。流体力学课程的特点主要讲三点，一是一门技术（专业）基础性课程；二是用场的观点研究问题；三是概念多、公式多。它是一门专业基础课，从实践中抽象出来，再应用到实践中去；所以课程知识可用于解决工程实际问题。用场的观点研究问题。首先提问，说到“场”大家会想到什么？有的同学很高端大气上档次地回答重力场、电场、磁场，那我继续问还有呢？有的学生开玩笑说操场，好像在说操场不够档次、不够科学。而我肯定“操场”，因为是相同的“场”字嘛，而且还有工场、商场、广场等。然后引导学生思考，既然用相同的“场”字，其中必有共同点，它是什么？学生想出来了，是某某占据的空间。以此类推，流体占据的空间就是“流场”，概念很容易就被理解了。同时还让学生意识到科学不是高不可攀的，做科学时不要端起架子，它是很贴近生活的。流场的概念出来了，但是其空间的大小呢？这个问题也必须解释清楚。首先提出两个问题让学生思考：海洋是海水占据的空间，是一个流场吗？大气层是空气占据的空间，是一个流场吗？其实流场的大小与我们要研究的空间范围有关。比如，我们现在想知道教室内空气的温度分布，那么要分析的流场就是教室内空气占据的空间；如果要预报中国天气，那么中国上空的大气层或者更大范围就是要研究的流场；如果想了解南海海洋环流、潮汐流动等，南海海水占据的空间就是要求解的流场。将抽象概念与实际结合，在易于理解的同时，引起学习兴趣。在此基础上，进一步与物理量场联系起来，流场中的物理量，比如速度，是时间和空间函数，被称为速度场，还有压力场，等等。场是具有连续无穷维自由度的系统，那么流场的速度场、压力场，等等具有连续性，与第一章中连续介质假设内容一致，在这里提到，为后面学习埋下伏笔。概念多、公式多的原因是因为在以前的学习过程中鲜有接触与流体力学有关的知识，导致大量的专业术语集中出现。但是这些概念、公式并不是全新的。比如流体质点的概念与以前物理中所学的质点概念是很一致的；多的公式其实是质量守恒定律、牛顿定律、能量守恒定律、动量定理，等等在流体力学中的表达形式，比如连续性方程是质量守恒定律的表达形式，伯努利方程与能量守恒定律相吻合，欧拉方程、Navier-Stokes方程是牛顿运动定律的表现形式，动量方程是动量定理的表达，把要学到的主要方程名称在此叙述一遍，目的是让学生有个初步接触，为后续学习打下铺垫。③流体力学研究方法。流体力学研究方法主要有三种：解析方法、实验方法和数值计算方法。本课程主要介绍解析方法，有一章是专门介绍实验研究方法的，而数值计算方法本课程几乎不涉及，由计算流体力学讲解。并强调，求解的基本方程是连续性方程、欧拉方程或Navier-Stokes方程，那么为什么基本方程一样，可以求解出各种不同的流动？于是提出边界条件和初始条件的概念，使边界条件和初始条件的重要性一目了然；也为后续学习打下基础，并引起学生的兴趣和重视。
二、结论与展望
通过第一次课，使学生对整个课程的要求、特点、内容有一个整体了解，做到心中有数，克服不良情绪，从不同方面让学生做好学习的心理准备。第一次课，如果是一个良好开端，并为后续学习做了大量铺垫，使学生获得了自信，并激发了其学习的兴趣，学生后面的学习将会顺利很多。工程流体力学是大部分工程专业的重要基础课程，作者希望学生灵活掌握流体力学知识，并能够在工作中活学活用。
参考文献：
[1]许维德.流体力学[M].北京：国防工业出版社，1979.
[2]张也影.流体力学[M].北京：高等教育出版社，1999.
