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关键词： 物理特性   多体动力学仿真   模态分析   离散元法   正交试验  

摘要： 在农业生产中,筛分是茶叶精制过程中必不可少的环节。茶叶抖筛机是农业物料筛分装置的重要组成部分,其工作性能的好坏决定着筛分装备的作业性能。为解决茶叶在抖筛作业过程中筛净率较低,误筛率较高的问题,本文以茶叶抖筛机为研究对象,基于ADAMS软件建立茶叶抖筛机振动机构模型,通过仿真分析得到筛面加速度和位移变化趋势;然后对不同工作参数（振动频率﹑振动幅度﹑筛面倾角等）下颗粒物料在筛网的运动进行了模拟研究,运用EDEM软件分析茶叶颗粒筛分过程的受力情况与运动规律,并对抖筛机关键参数进行仿真模拟,获取不同工作参数对筛净率、误筛率的影响规律。设计单因素验证试验与二次旋转正交参数优化试验,以期获得有利于茶叶抖筛机进行茶叶筛分工序的最佳工作参数组合,为提高茶叶抖筛机筛分质量提供理论依据。本文的主要工作如下:（1）对所研究茶叶的含水率、休止角、密度、静摩擦角、动摩擦系数等物理特性进行测定,取得茶叶的含水率为5.5%、休止角为30.7°、密度为532.4 kg/m3、静摩擦角为30.3°。并分析了单颗茶叶颗粒的透筛概率理论,为后续的茶叶抖筛机研究提供理论依据及数据支撑。（2）通过Solid Works软件对茶叶抖筛机的结构进行设计,对抖筛机传动机构进行设计分析并对弹簧支撑板进行稳定校核、正应力强度校核以及许用应力校核,确保弹簧支撑板的设计参数符合设计生产要求。运用ANSYS Workbench软件对茶叶抖筛机进行模态分析,研究抖筛机底座的固有频率特性。以茶叶颗粒为研究对象,分析茶叶在筛面上的受力情况与运动规律,根据茶叶需要持续与筛面产生相对运动且不作抛体运动的工艺条件,求出茶叶抖筛机转速的最佳取值范围。（3）建立茶叶抖筛机三维模型将其导入ADAMS中,利用ADAMS软件对茶叶抖筛机进行虚拟样机建模和多体动力学仿真,获得振动筛在稳定状态下完整周期内的位移、加速度的变化规律,分析不同弹簧支撑板长度对茶叶颗粒运动加速度影响的变化规律,探明茶叶抖筛机最优筛分性能下的弹簧支撑板长度大小,后在ADAMS中选择汉宁窗口对最优状态下的加速度进行分析,验证了抖筛机筛体结构设计的合理性。（4）分析对散粒体物料的研究手段,运用EDEM软件中自有的球体拟合工具建立筛上茶叶颗粒模型与茶叶碎片、茶末、茶梗等筛下茶叶颗粒,对茶叶抖筛机筛分过程进行数值化仿真模拟,获取各阶段茶叶颗粒的分离机理。设置不同参数的筛分仿真试验,结合平均速度-时间、颗粒间相互挤压力-时间的运动学及动力学曲线对茶叶颗粒的运动情况与受力大小进行量化,分析不同参数对抖筛机筛净率与误筛率等筛分性能指标的影响规律。（5）以振动频率、振动幅度、筛面倾角为影响因素,茶叶颗粒的筛净率、误筛率为评价指标,设计单因素试验验证仿真结果,并运用Design-Expert软件设计3因素3水平的二次正交旋转组合试验,结合响应曲面分析各因素之间的交互作用和对筛分性能影响的显著性次序。试验结果表明:自变量因素之间的交互作用均显著,对筛净率的影响次序为振动频率、振动幅度、筛面倾角;对误筛率的影响次序为筛面倾角、振动幅度、振动频率。以筛净率最高、误筛率最低为参数优化目标,设置约束条件方程进行优化试验,得到最优参数组合为为振动频率4.1Hz,振动幅度26mm,筛面倾角2.8°,此时筛净率、误筛率分别为94.8%、4.7%。对优化得到的结构参数设计筛分验证试验,得到实际茶叶抖筛机的筛净率、误筛率分别为93.9%、4.82%,验证试验结果与优化结果基本一致。

关键词： 物理课堂   深度学习   培养策略  

摘要： 物理是锻炼学生思维能力的重要学科，在初中物理学科教学中，教师应充分注重“核心素养”的有机渗透，发散学生思维，提升知识应用能力，引发学生的深层思考，促进学生对知识的深入把握。教师要积极探寻符合当前初中学生实际学情的有效教学策略，优化课堂教学设计，使物理课堂直指素养的达成，进一步推动学生的全面发展。

关键词： 薄型天然牛羊革   透湿率   涂层改性   数学模型   分子动力学模拟  

摘要： 本文基于织物透湿原理、最小二乘法拟合、分子动力学模拟等研究理论与方法,采用SEM、FTIR等仪器对薄型天然牛羊革与改性革进行表征,探究其透湿性与内外因素的关联,并从微观角度阐述其机理。首先将天然革切割成5种不同厚度的薄型牛羊革,并添加不同改性涂层,结合表征结果探究不同皮革透湿率随纳米Ti O质量分数、时间、温度及厚度的变化;其次利用MATLAB建立相应三维曲面及数学模型,探究多因素对皮革透湿率的综合影响并预测未知条件下皮革透湿率;最后通过Gromacs进行分子动力学模拟表征,从分子层面探究天然革及改性革透湿率变化机理。具体研究内容如下:（1）SEM表征显示羊革的胶原纤维束与牛革相比较排列较紧凑,纤维间隙较小,在宏观上导致羊革透湿率低于牛革。随着纳米Ti O质量分数的增加,改性革表面逐渐变得粗糙且出现团聚现象,FTIR分析发现Ti O/WPU在1620 cm处的特征峰逐渐增强,在1705cm处的酰胺羰基峰有所减弱;而Ti O/WAA在1625 cm处的吸收峰变强,在1725cm处的C=O有所减弱;且纳米Ti O和WPU、WAA反应生成了一种类醚键,产生了强烈的相互作用。（2）薄型天然牛羊革透湿率均随着时间的延长下降并在最后趋于稳定,趋于稳定的时间节点在2h左右。透湿率（Y）与温度（T）之间关系符合Y=a0),60℃下牛革Y与x回归方程为Y=-11.06x+30.24。（3）改性革透湿率随各个因素变化的趋势与薄型天然革保持一致,随温度的升高而提升,即60℃>55℃>50℃>45℃>40℃;随厚度的增加而降低,即0.5mm>0.6mm>0.7mm>0.8mm>0.9mm;随纳米Ti O质量分数的增大而提升,即6%>3%>1%>0%;其“自吸湿时间”相较薄型天然革的2h有所延长。对比发现改性牛革透湿性能相较改性羊革更好;当纳米Ti O质量分数为0%、1%、3%时,整体上WAA改性革透湿性能优于WPU改性革,增至6%时,后者透湿率逐渐追平甚至反超前者;随着纳米Ti O质量分数增加,改性革透湿率逐渐趋向于天然革。（4）通过三维曲面拟合,得到透湿率与温度、厚度双因素之间的多元回归方程式共计18个,如薄型牛革回归方程为Y=0.02987～2-0.1679+0.03092～2-0.8012-2.312+57.19。通过方程系数分析得到对于薄型天然革透湿率的影响,温度>厚度;对于改性革,厚度>温度。（5）通过分子动力学模拟表征,发现RMSD、Rg、Dis、RDF、氢键多个物理量的变化均说明随着温度升高皮革蛋白分子运动更剧烈,结构稳定性更差,原子结合紧密度减弱,分子间作用力减小,分子间距增大,宏观上表现为天然革与改性革的透湿率随温度升高而增大,与实验结果相印证。对比PU-1CGD与AA-1CGD,发现AA-1CGD的RMSD随温度升高波动更大;Rg、Dis随温度升高波动更大且数值更大;5种温度条件下AA分子对于1CGD蛋白分子在较短距离分布的概率及氢键数量均小于PU分子,从分子层面解释了5种温度下WAA改性革透湿率高于WPU改性革的原因。本文研究薄型天然革及改性革的透湿性能,使薄型天然革在被赋予涂饰剂优良性能的同时保持较好的透湿性能,为皮革服饰舒适性探究提供理论基础,可供企业借鉴改进,研发出更优性能的新产品。

关键词： 航空发动机   扭矩测试   结构设计   数学模型   静动态特性  

摘要： 扭矩是航空发动机控制系统中频繁涉及到的关键参数,是衡量航空发动机性能的典型指标。通过对航空发动机扭矩参数的测量,可以科学评估整个航空发动机的动力性能和功率分配,从而保证发动机安全、可靠、稳定的工作。本文设计了一种航空发动机机械液压式扭矩测试系统,对此开展了原理分析、结构设计、流场仿真、建模仿真和实验研究。 首先,介绍了单腔、三腔测扭系统的工作原理,基于工作原理设计了单腔、三腔测扭机构,主要包括固定节流孔、溢流口、安装座和力加载执行器等零部件的结构设计。在溢流口的结构设计中,指出了测扭活塞右端面与其轴线的垂直度关系和测扭活塞轴线与滑油导杆轴线的同轴度关系是保证测扭系统可靠工作的关键。在产生轴向摩擦力部位的结构设计中,测扭活塞与安装座内孔之间的轴向摩擦力采用O型圈和保护圈的双层密封组合方式以降低,测扭活塞与滑油导杆之间的轴向摩擦力采用安装小球减小径向力的方式以降低。 其次,采用Fluent软件对单腔测扭系统、三腔测扭系统及其部分油路进行流场仿真,分析了不同开度与温度下单腔、三腔测扭系统的流场情况,以及加工装配过程中的关键参数对单腔、三腔测扭系统流场的影响。对于测扭活塞和滑油导杆的加工精度和装配,要求单腔测扭系统溢流口端面相对于测扭活塞轴线的垂直度公差在8μm以内,测扭活塞轴线相对于滑油导杆轴线的同轴度公差在50μm以内,要求三腔测扭系统溢流口端面相对于测扭活塞轴线的垂直度公差在8μm以内,测扭活塞轴线相对于滑油导杆轴线的同轴度公差在25μm以内,控制压力误差在5%以内,为单腔、三腔测扭系统零件加工和装配提供支持。 进一步地,根据单腔、三腔的工作原理和结构,建立作动器各组成单元的数学模型,并在MATLAB/Simulink中搭建系统仿真模型,并通过流场仿真结果验证仿真模型的正确性。重点研究了单腔、三腔测扭系统的静动态特性,并最终得到固定节流孔直径、测扭活塞等效质量、测扭腔初始容积、测扭活塞有效面积等结构参数最优组合。针对行星齿轮减速器的偏载,造成三腔测扭系统测扭精度降低的问题,提出了安装三个固定节流孔的结构优化和利用轴向摩擦力补偿的非结构优化两种解决方案,两种解决方案均可以使测扭误差降低至5%以内。 最后,搭建了单腔、三腔测扭系统实验测试平台,对单腔、三腔测扭系统进行了标定实验,实验结果表明:设计的单腔测扭系统测量误差在3%以内,三腔测扭系统的测量误差在5%以内,重复性好,测量准确度较高。

关键词： 无轴承开关磁阻电机   锥形结构   有限元仿真   数学模型   控制策略  

摘要： 开关磁阻电机具有结构简洁、抗干扰能力强等诸多优点,适合在极端环境与高速驱动条件下应用。但开关磁阻电机的机械摩擦限制了其高速能力的提高,结合了无轴承技术的无轴承开关磁阻电机改善了这一问题。然而传统无轴承开关磁阻电机只能实现两自由度的悬浮,无法实现完全的无机械摩擦,若要实现五自由度的悬浮需要额外增加磁轴承,但是磁轴承的增加对转矩并没有提升,从而降低了电机的功率密度,且磁轴承的增加会降低电机的最大转速。 针对传统无轴承开关磁阻电机无法实现五自由度自悬浮的缺陷,本研究提出了一种新型的12/14锥形无轴承开关磁阻电机。该新型电机由外定子、锥形转子构成,其中外定子用于提供旋转转矩和悬浮力。和传统结构相比,该电机可以在不使用磁轴承的情况下对转子产生轴向悬浮力,进而对电机的轴向位移进行控制,来实现转子的五自由度悬浮。 本文首先介绍了新型电机的结构和工作原理并采用有限元仿真的方式分析电机的转矩与悬浮力的基本特性。仿真结果表明,新型结构继承了传统12/14无轴承开关磁阻电机转矩与悬浮力解耦特性,并同时可以产生轴向悬浮力,验证了新型结构的有效性。其次,推导了新型电机转矩与悬浮力的数学模型并基于有限元仿真验证了数学模型的正确性。最后,本文提出了单台和双台12/14锥形无轴承开关磁阻电机的控制策略,并将电机的有限元静态仿真结果作为数据参考,在MATLAB/simulink中建立了新型电机的速度控制模型和悬浮力控制模型,并在不同运行状况对单台电机和双台电机的动态性能进行了仿真,结果表明在单台情况下电机转矩和悬浮力实现了解耦控制,在双台情况下电机同样可以实现转矩与悬浮力的解耦控制,并实现了对电机轴向悬浮力的控制。

关键词： 磁流变减振器   内置阀   单级周向流动   数学模型   有限元  

摘要： 业界出现了系列多级周向流动模式的磁流变减振器,其在有效阻尼通道、阻尼力范围、磁场利用率、能耗、通用性五个关键方面具有突出优势。其中,外置阀中周向通道级数过多致使阻尼力过大、外置阀连接油管的结构布局不利于后续控制及应用。为了解决所述方案的局限性,课题提出一种单级周向流动内置阀式磁流变减振器。主要开展的工作如下: (1)整体结构设计与原理分析,明确内置阀中单级周向流动结构布局的合理性。该减振器采用内置阀代替传统的活塞,获得单缸结构、等径活塞杆、内置阀相结合的整体结构方案,为后续磁路、流场设计、分析奠定基础; (2)结合所述方案,融合关键工艺解决方案、样品制作的思路,解决导向、密封、不同零件间连接工艺等问题,完成减振器样品制作,为试验提供支撑; (3)磁路设计与稳态有限元分析,实现内置阀中磁路结构布局、磁路数学建模、材料选择,依此实现稳态有限元分析,明确不同高度周向通道下磁感应强度与加载电流的关系,并进一步完成有限元仿真结果与数学模型结果的对比验证; (4)流场路径稳态有限元分析,明确不同高度周向通道中流体粘度-压降-流量之间的对应关系,融合周向通道中磁感应强度与加载电流的作用规律统计分析周向通道中电流-压降-流量之间的联系,进一步简要分析激励电流-速度-阻尼力之间的作用规律; (5)结合制作的内置阀式磁流变减振器样品,完成减振器外特性试验,初步分析不同电流、频率、振幅等条件下的阻尼力-位移及阻尼力-速度特性,为后续优化及改进方案提供依据。 完成所述工作,课题可明确内置阀中单级周向流动模式对阻尼特性的调控作用,进一步完善周向流动模式磁流变减振器技术体系。

关键词： 磷石膏渗滤液   岩溶区   多重含水介质   迁移转化   数学模型  

摘要： 随着磷矿资源开采时间的积累,贵州岩溶山区磷石膏总储量达1.2亿吨,露天堆放的磷石膏在堆存的过程中会产生渗滤液,渗滤液具有高磷、高氟和强酸等特点,一旦磷石膏堆场发生渗漏,渗滤液中的各种污染物将会通过土壤孔隙或岩石裂隙、管道等进入地下含水层,造成地下水环境污染。研究磷在岩溶含水介质中的迁移转化规律,可为岩溶区磷石膏堆场渗漏污染防治和磷化工企业意外泄漏的应急治理提供理论依据。本研究以贵州省某磷石膏堆场作为研究区,通过野外调查与取样,设计和构建室内物理模型,利用静态浸泡、动态淋滤实验分析磷石膏磷浸出特征,利用物理模拟探讨不同条件下磷石膏渗滤液磷在岩溶多重含水介质中的迁移转化规律,主要结论如下:(1)利用静态浸泡、动态淋滤实验数据分析了磷石膏磷的浸出特征。静态浸泡实验中磷浸出量变化规律为随时间推移先降低再升高,当升高至一定程度后趋于稳定。颗粒粒径越小越有利于磷的浸出、固液比越大越有利于磷的浸出;酸性条件下,酸性越强越有利于磷浸出,pH=8-9时能提高磷的浸出量,但强碱条件会抑制磷的浸出磷,浸泡过程中磷主要以可溶态形式赋存。动态淋滤条件下磷的浸出量随淋滤时间增加而减少,淋滤初期下降速率快且浓度大,中后期释出浓度小、速率慢,淋滤液中磷的赋存形态主要为可溶磷和无机磷,有机磷和颗粒态磷很少。(2)根据室内物理模拟实验结果得出磷在岩溶含水介质中的迁移规律。磷石膏渗滤液磷进入红黏土后,磷浓度随土壤深度增加而减少。同一深度土壤中磷浓度随迁移时间增加而减少,最后趋于稳定。红黏土对磷的吸附是磷浓度衰减的主要原因,其厚度越大,对渗滤液截留效果越显著。磷在同一大小的裂隙中迁移时,磷浓度随迁移时间的增加而减少,迁移初期磷衰减量较大,随时间增长衰减量逐渐减小最后趋于饱和;隙宽不同渗滤液磷的迁移规律不同,裂隙宽度小时磷衰减量相对越大,因为在大裂隙迁移易产生优势流不利于磷的衰减。磷在同一大小的管道中迁移时,磷浓度随迁移时间增加而减小,初期磷衰减速率较快,后期衰减速率慢最后吸附量饱和不再衰减;管道尺寸较大时更利于渗滤液磷的衰减,因为在大管道中迁移渗漏液与灰岩接触面积更大,磷更易与灰岩反应;磷在管道中迁移时其迁移路程越长磷的衰减量越大。(3)根据室内物理模拟实验结果得出磷在岩溶含水介质中主要赋存形态为可溶磷和无机磷。磷石膏淋滤液磷在红黏土孔隙中的转化主要为吸附过程和沉淀过程,红黏土颗粒细小,粘粒含量高,表现出胶体物质特征,会对磷产生吸附并沉淀。磷石膏淋滤液磷在裂隙、管道中的转化主要是与灰岩产生化学反应和可溶磷生成沉淀物两个过程,裂隙、管道中的可溶磷与灰岩中的钙、镁离子发生化学反应,从而生成了难溶于水的颗粒态,颗粒态磷的衰减是因水动力条件较弱而逐渐沉积。(4)构建了磷在岩溶含水介质中的迁移数学模型。根据磷石膏渗滤液磷在红黏土、裂隙、管道中的迁移特征,构建了指数函数模型,且拟合度较高。

关键词： 数学模型   圆模型   核心素养  

摘要： 本文从高三一轮复习的教学实际出发，经历探索“圆模型”在多个视角下的发生、发展及应用的过程，旨在建构模型知识网络体系，培养学生的模型认知能力，增强模型的应用能力，提升数学核心素养.

关键词： 检测线工位式   轮桥定位   数学模型   仿真研究   机器视觉  

摘要： 基于机器视觉的轮桥定位仪是当前商用车轮桥定位的主流设备。在进行轮桥定位检测时将标靶图像悬挂于车架前后两端,作为轮桥定位的测量基准。标靶悬挂位置是否对正车辆中心线对测量精度有决定性影响。手工调节标靶悬挂位置的方式使测量结果的重复性差、调节繁琐、检测效率低。本课题研究了一种检测线工位式商用车轮桥定位技术。将标靶固定在检测工位上,以固定标靶作为测量基准,对车轮、车桥进行定位,无需调节标靶,检测效率高。为实现检测线工位式轮桥定位技术,本文主要完成了以下研究工作:(1)建立了检测线工位式轮桥定位技术的测量数学模型。分析标靶在工位上的放置位置,推导出车辆在工位内测量前束、推力角等参数时的旋转不变性和平移不变性;进而推导出轴偏置角、车轮外倾和主销倾角等参数的工位式轮桥定位测量的数学模型。(2)开发了检测线工位式轮桥定位技术仿真研究的软件。分析车桥、车轮与整车的装配关系,抽象出车桥等部件的关键几何参数和连接参数,开发了车轴、车架、车轮等图形式模型,形成软件模型库。基于模型库,以模块化建模的方式搭建了工位式轮桥定位系统的仿真模型,对工位式轮桥定位测量的数学模型进行了验证。(3)搭建了检测线工位式轮桥定位系统的实验系统。对识别终端进行了改进,重新匹配了相机、倾角传感器等硬件;基于Qt平台开发了上位机测控软件。建立了对检测线工位式轮桥定位技术验证的实验系统。(4)进行了检测线工位式轮桥定位技术的实验研究。实验研究包括单项实验和整机功能实验。单项实验分为相机标定实验、陀螺仪和倾角传感器的功能实验,实验结果,数据回传成功。整机功能实验结果显示,前束值测量精度符合标准,车轮外倾角和主销倾角测量误差在合理范围之内。验证了检测线工位式轮桥定位技术的合理性。

关键词： 核心素养   初中物理   物理课堂   实施路径  

摘要： 随着素质教育的深入发展，核心素养的重要性越来越突出，进一步地明确了课堂的教学方向。在学科核心素养的背景下，初中物理教学不再仅仅局限在“理论知识”讲解的层面，教师更加关注学生科学思维能力、科学态度与责任等方面的发展，旨在实现学生综合能力的提升。面对核心素养的新要求，教师只有摆脱传统的教学理念，基于核心素养创新课堂的实施路径，循序渐进地提升课堂的教学质量，才可以满足新时代的教学发展理念。