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单个柔性旗帜在均匀流中摆动的测力实验

实验流体力学 2011年第6期25卷 1-5,27页

作者：孙传宝贾来兵李发尧尹协振中国科学技术大学近代力学系合肥230027 中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000

利用自行研制的测力天平在低速风洞中对单个柔性旗帜失稳摆动的受力特性进行了测量,同时还测量了旗帜的振幅、频率等参数。实验结果表明:在实验条件下,宽长比H*接近1时,旗帜摆动的扭曲变形可以忽略;影响实验的无量纲参数主要是宽长比H*... 详细信息

利用自行研制的测力天平在低速风洞中对单个柔性旗帜失稳摆动的受力特性进行了测量,同时还测量了旗帜的振幅、频率等参数。实验结果表明:在实验条件下,宽长比H*接近1时,旗帜摆动的扭曲变形可以忽略;影响实验的无量纲参数主要是宽长比H*,质量比M*和无量纲速度V*;保持质量比M*不变、改变宽长比H*时,阻力系数CD、无量纲振幅A*和St数都随无量纲速度V*线性增大;保持H*不变、改变M*时,CD、A*和St都随V*先增大后趋于定值。实验证明,在实验参数范围内旗帜受到的阻力与摆动振幅成正比。估算结果表明忽略惯性力对阻力的贡献对结果影响不大。

关键词：柔性旗帜流固耦合风洞实验天平受力特性

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模拟运动流体中柔性体耦合振动的数值方法

科学通报 2010年第30期55卷 2894-2903页

作者：王思莹尹协振中国科学技术大学近代力学系合肥230027

介绍了一种模拟流体诱发柔性体运动的数值方法.该方法采用二维面元法计算流体作用力,用模态叠加法求解欧拉梁的运动控制方程,通过迭代来求解流固耦合问题.利用该方法模拟了单个以及两个并行、串行排列的柔性梁在运动流体中的耦合运动.... 详细信息

介绍了一种模拟流体诱发柔性体运动的数值方法.该方法采用二维面元法计算流体作用力,用模态叠加法求解欧拉梁的运动控制方程,通过迭代来求解流固耦合问题.利用该方法模拟了单个以及两个并行、串行排列的柔性梁在运动流体中的耦合运动.计算结果表明,均匀来流中单个柔性梁的稳定边界和流体诱发振动都与前人结果一致.对于两并行排列的柔性体,当无量纲间距H0.25时,两柔性体反向摆动,并且摆动频率在模式转换时发生突变;当间距很大时(H>1.0),两并排柔性体之间的耦合作用明显变弱,两个物体运动呈解耦状态,各自按照单个柔性梁在来流中的运动形态运动.相同均匀来流中两串行柔性梁的数值模拟结果显示,当排列间距很小时,上游物体受到的阻力减小,下游物体阻力增大.本文计算的所有结果都与前人实验结果定性一致,证明本文提出的方法可以用来模拟不同方式排列的多个柔性体在流体中的耦合运动.

关键词：流固耦合面元法模态叠加法

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不同展长比旗帜在均匀来流中摆动的实验研究

实验力学 2011年第2期26卷 164-169页

作者：庞臻孙传宝尹协振中国科学技术大学近代力学系安徽合肥230027

为研究展长比对旗帜摆动特性的影响,在低速风洞内开展了质量比M＊为0.6,展长比H＊为0.2~1.5的柔性旗帜在不同来流速度下的失稳实验。利用高速摄影机和图像处理技术分析了无量纲速度U＊和展长比H＊对旗帜运动学特征（频率和振幅）的影响... 详细信息

为研究展长比对旗帜摆动特性的影响,在低速风洞内开展了质量比M＊为0.6,展长比H＊为0.2~1.5的柔性旗帜在不同来流速度下的失稳实验。利用高速摄影机和图像处理技术分析了无量纲速度U＊和展长比H＊对旗帜运动学特征（频率和振幅）的影响;利用自行研制的天平测量了旗帜受到的阻力,首次给出了旗帜的动力学特征。结果发现,保持展长比H＊不变,旗帜无量纲振幅A＊和阻力系数CD随U＊增大而增大,Strouhal数St变化很小;保持U＊不变,A＊,CD和St随H＊减小而急剧下降。同时发现,随着速度变化旗帜出现不同的振动模态。

关键词：低速风洞实验旗帜展长比摆动测力振动模态

均匀来流条件下并行排列旗帜耦合运动模式的实验

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实验力学 2010年第4期25卷 401-407页

作者：王思莹孙传宝尹协振中国科学技术大学近代力学系安徽合肥230027

利用高速摄影技术在低速风洞中记录了不同间距并行排列的两个旗帜在不同来流速度中的耦合运动。利用自编的时间-空间演化图像处理软件分析总结了旗帜的耦合运动模式以及旗帜摆动振幅、频率和St数的变化规律。实验结果显示,随着排列间距... 详细信息

利用高速摄影技术在低速风洞中记录了不同间距并行排列的两个旗帜在不同来流速度中的耦合运动。利用自编的时间-空间演化图像处理软件分析总结了旗帜的耦合运动模式以及旗帜摆动振幅、频率和St数的变化规律。实验结果显示,随着排列间距和来流速度的变化,两旗帜可能以静止、同向摆动、反向摆动和过渡状态这四种不同的模态耦合运动。两旗帜同向摆动时摆动频率明显低于单个旗帜在相同来流中的值,反向摆动时情况相反。在过渡状态中两旗帜摆动的振幅交替增减并且运动中同时包含有两个频率,而同向和反向摆动都是单频率的运动。

关键词：低速风洞流固耦合旗帜耦合运动模式

用拉格朗日相关结构研究圆盘启动过程的流体输运

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实验力学 2012年第6期27卷 677-683页

作者：杨岸龙贾来兵尹协振中国科学技术大学近代力学系安徽合肥230027

利用粒子成像测速(PIV)技术,得到了圆盘启动涡环流场的速度分布和涡量分布。圆盘启动涡环流场的有限时间李雅普诺夫指数场(Finit-time Lyapunov exponents,FTLE)以及拉格朗日相关结构(Lagrangian coherent structures,LCS)被计算出来。... 详细信息

利用粒子成像测速(PIV)技术,得到了圆盘启动涡环流场的速度分布和涡量分布。圆盘启动涡环流场的有限时间李雅普诺夫指数场(Finit-time Lyapunov exponents,FTLE)以及拉格朗日相关结构(Lagrangian coherent structures,LCS)被计算出来。基于圆盘启动涡环流场的有限时间李雅普诺夫指数场以及拉格朗日相关结构,通过跟踪流体质点,对圆盘启动涡环流场的输运情况进行了分析。在圆盘启动涡环形成过程中,流体发现被圆盘和相互排斥的拉格朗日相关结构分成三部分。剪切流窗口(vorticity-flux window)被发现,涡量流通过剪切流窗口进入涡核。涡环的非定常边界被确定,它由相互排斥的拉格朗日相关结构背风面、圆盘以及剪切流窗口组成。

关键词： Lyapunov指数场 Lagrangian相关结构圆盘起动涡环粒子成像速度计流体输运涡环边界

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柔性物体在卡门涡街中的运动和受力分析

科学通报 2008年第22期53卷 2687-2691页

作者：王思莹贾来兵尹协振中国科学技术大学近代力学系合肥230027

在肥皂膜水洞中完成了柔性丝线在自由来流和卡门涡街中的实验,观测了丝线在两种情况下的运动,并基于实验所得的运动信息,利用二维面元法计算了丝线在两种情况下的受力情况.实验和数值模拟结果显示,丝线在卡门涡街中的运动和受力情况都... 详细信息

在肥皂膜水洞中完成了柔性丝线在自由来流和卡门涡街中的实验,观测了丝线在两种情况下的运动,并基于实验所得的运动信息,利用二维面元法计算了丝线在两种情况下的受力情况.实验和数值模拟结果显示,丝线在卡门涡街中的运动和受力情况都与自由来流中不同.在卡门涡街中,丝线的摆动频率等于卡门涡街脱泻的频率,振幅变小,身体曲率变大.数值计算定量地证明了丝线在自由来流中受阻力作用,在卡门涡街中受推力作用.同时,还研究了卡门涡街中丝线受到的平均阻力随丝线和涡街的相对相位的变化关系。

关键词：卡门涡街柔性丝线肥皂膜面元法

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鲫鱼皮肤和肌肉的力学性能研究

实验力学 2010年第5期25卷 536-545页

作者：周萌尹协振童秉纲中国科学技术大学近代力学系安徽合肥230027 中国科学院研究生院生物运动力学实验室北京100049

鱼在水中游动时,参与鱼体弯曲变形的组织和器官与水媒介相互作用,形成了不同的游动模式和变形方式。为了更好地理解鱼体变形机制并为今后的流固耦合计算提供基础实验数据,本文采用万能试验机进行单轴拉伸试验,对鲫鱼皮肤和肌肉等生物材... 详细信息

鱼在水中游动时,参与鱼体弯曲变形的组织和器官与水媒介相互作用,形成了不同的游动模式和变形方式。为了更好地理解鱼体变形机制并为今后的流固耦合计算提供基础实验数据,本文采用万能试验机进行单轴拉伸试验,对鲫鱼皮肤和肌肉等生物材料的力学性能进行研究。通过破坏实验的方式确定其杨氏模量,通过松弛实验的方式确定其归一化松弛函数。针对皮肤和肌肉的生物材料粘弹性性质,给出本构方程。通过简化为标准线性固体模型进行讨论,得到的结论是:鲫鱼游动过程中以很小的能量损耗为代价,增加了其有效刚度。

关键词：鲫鱼皮肤肌肉杨氏模量归一化松弛函数本构方程力学性能

肌电测量技术和鲫鱼C形起动过程中肌电信号测量初探

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实验力学 2009年第6期24卷 539-544页

作者：周萌尹协振中国科学技术大学近代力学系安徽合肥230027 中国科学院研究生院生物运动力学实验室北京100049

鱼在水中游动时,骨骼肌在中枢神经系统的控制下进行主动收缩,将力和位移传递给鳍和皮肤等执行器官,再通过执行器官与水进行力的相互作用和能量的交换后推动鱼体自身运动。为研究鱼在不同运动过程中肌肉活动的方式与强度,本文引进肌电图... 详细信息

鱼在水中游动时,骨骼肌在中枢神经系统的控制下进行主动收缩,将力和位移传递给鳍和皮肤等执行器官,再通过执行器官与水进行力的相互作用和能量的交换后推动鱼体自身运动。为研究鱼在不同运动过程中肌肉活动的方式与强度,本文引进肌电图测量术(EMG)。将表面绝缘的不锈钢探针植入鲫鱼的红肌内,肌电信号通过自主设计制作的肌电放大器放大,由计算机记录,用以表征鲫鱼在C形起动过程中转弯一侧的红肌活动的持续时间及强度。本文着重阐述了肌电测量技术,肌电实验的手术操作过程,并通过对肌电信号的测量结果进行定量分析,得到了鲫鱼C形起动过程中转弯侧红肌基本同时开始活动,其活动时间大致相同,以及躯体前端红肌活动最为剧烈的结论。

关键词：肌电测量技术鲫鱼 C形起动手术

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描述鱼鳍材料松弛特性的分数Zener模型

力学学报 2011年第1期43卷 217-220页

作者：陈明贾来兵尹协振中国科学技术大学近代力学系合肥230027

鱼鳍在游动中起到了推进和控制的作用,研究鱼鳍的力学性质对研究鱼类游动中高效率的来源具有重要意义.本文对鲫鱼尾鳍鳍条进行了松弛实验,松弛时间为300 s,力随时间表现出较明显的衰减,表明鱼鳍具有黏弹性性质.采用分数Zener模型拟合实... 详细信息

鱼鳍在游动中起到了推进和控制的作用,研究鱼鳍的力学性质对研究鱼类游动中高效率的来源具有重要意义.本文对鲫鱼尾鳍鳍条进行了松弛实验,松弛时间为300 s,力随时间表现出较明显的衰减,表明鱼鳍具有黏弹性性质.采用分数Zener模型拟合实验数据,并将拟合结果与3参数和5参数线性模型拟合结果比较,发现3参数线性模型拟合效果较差,分数Zener模型和5参数线性模型都较好地拟合了松弛曲线,但分数Zener模型具有使用参数更少的优点.

关键词：鱼鳍黏弹性材料松弛分数阶导数数学建模