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无磁浮力调节式水下实验平台升沉运动控制设计

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哈尔滨工程大学学报 2023年第1期44卷 125-130,160页

作者：曾雨昊向冰刘彪余祖耀华中科技大学船舶与海洋工程学院湖北武汉430070 中船重工第七二二研究所湖北武汉430025

针对部分对磁场干扰要求较高的海洋探测需求,本文设计了一种无磁浮力调节式水下实验平台。该平台结构采用无磁材料,并以高压气囊作为浮力调节装置来实现升沉控制。其浮力调节系统气囊体积小、调节精度高,且控制逻辑简单可靠。本文阐述... 详细信息

针对部分对磁场干扰要求较高的海洋探测需求,本文设计了一种无磁浮力调节式水下实验平台。该平台结构采用无磁材料,并以高压气囊作为浮力调节装置来实现升沉控制。其浮力调节系统气囊体积小、调节精度高,且控制逻辑简单可靠。本文阐述了水下实验平台的工作原理及关键技术,基于刚体动力学方法及经典控制理论,建立了系统物理模型和控制器模型,结合Matlab/Simulink对控制过程进行仿真分析,并开展海洋试验验证。结果表明:无磁浮力调节式水下实验平台可实现4‰体积浮力调节,且控制算法稳定收敛,能够实现快速响应及6.6%深度精度控制,适用于所需求的工作环境,为浮力调节式水下实验平台的进一步研究提供了理论基础。

关键词：浮力气动动力学模型运动控制控制系统无磁 PD控制海洋工程

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离心超重力环境下流体中物体浮力与运动

浙江大学学报（工学版） 2023年第1期57卷 81-91页

作者：赵天浩郑建靖凌靖华施昌宇凌道盛浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058 浙江大学超重力研究中心浙江杭州310058 浙江华艺建筑设计有限公司浙江杭州310000

为了表征离心超重力环境下物体在流体中的运动规律,基于旋转非惯性系,考虑吊篮摆动遗留角的影响,推导由地球常重力和离心超重力共同产生的试验超重力场的重力势、静止流体压力及流体中物体承受流体浮力的表达式.基于Newton第二定律建立... 详细信息

为了表征离心超重力环境下物体在流体中的运动规律,基于旋转非惯性系,考虑吊篮摆动遗留角的影响,推导由地球常重力和离心超重力共同产生的试验超重力场的重力势、静止流体压力及流体中物体承受流体浮力的表达式.基于Newton第二定律建立离心模型试验中静止流体内物体运动的控制方程,编制并验证了数值求解程序.流体中圆球运动的数值分析结果表明,当离心加速度较大时,吊篮摆动遗留角的影响可以忽略.试验超重力等势面是以离心机主轴为轴线的旋转抛物面,随着离心加速度的增大,等势面形态受地球重力的影响逐渐减小,趋于圆柱面.物体在流体中所受的浮力具有向心性和非均匀性.物体在流体中运动时,科氏力的影响不可忽略.

关键词：离心超重力重力势浮力科氏加速度运动轨迹

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浮力一定是竖直向上吗?

物理教师 2023年第2期44卷 72-73页

作者：邢小丽邹静丹阳高级中学江苏镇江212309

基于一道力学题,引发对浮力方向的思考,物体所受浮力方向不一定是竖直向上,应该是与液面垂直的.

关键词：浮力浮力方向旋转液体

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软黏土中地下结构浮力测试试验与分析

岩土力学 2018年第2期39卷 753-758页

作者：宋林辉王宇豪付磊梅国雄南京工业大学数理科学学院江苏南京211800 广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004

浮力计算是地下结构抗浮设计的关键,而弱透水黏性土中浮力大小的确定一直存在争议。对此,设计一套免受摩擦力影响的模型试验装置,对埋置于软黏土中的地下结构模型进行浮力测试。试验采用卸重上浮的思路,力学模型简单明确,浮力即等于浮... 详细信息

浮力计算是地下结构抗浮设计的关键,而弱透水黏性土中浮力大小的确定一直存在争议。对此,设计一套免受摩擦力影响的模型试验装置,对埋置于软黏土中的地下结构模型进行浮力测试。试验采用卸重上浮的思路,力学模型简单明确,浮力即等于浮起瞬间的剩余配重,并通过水压和位移的实时监测来判定结构上浮的临界状态。试验结果表明,软黏土中的水压是一个动态变化量,受渗流、温度、卸重回弹以及土-水相互作用的影响,且往往小于理论水压;实测浮力是理论浮力的0.93倍,存在少量折减;水压和位移时程曲线显示上浮过程是持续动态变化的,最终浮起时具有突发性。

关键词：模型试验地下结构浮力软黏土

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承压水越流对地下结构浮力影响试验研究

岩土工程学报 2019年第4期41卷 769-774页

作者：木林隆王乐黄茂松何彦承康景文同济大学岩土与地下工程教育部重点实验室上海200092 同济大学地下建筑与工程系上海200092 中国建筑西南勘察设计研究院有限公司四川成都610000

针对承压水地层中地下结构受到浮力预测不准确的问题,开展存在地下结构的土层中竖向渗流模型试验,考察不同环境中的承压水渗流对地下结构的浮力影响。主要探讨不同水力梯度下均质土层中竖向渗流及承压水向上穿越弱透水层渗流时,所产生... 详细信息

针对承压水地层中地下结构受到浮力预测不准确的问题,开展存在地下结构的土层中竖向渗流模型试验,考察不同环境中的承压水渗流对地下结构的浮力影响。主要探讨不同水力梯度下均质土层中竖向渗流及承压水向上穿越弱透水层渗流时,所产生的孔隙水压力变化规律及其对地下结构的浮力的影响特点。试验表明:存在渗流时,土中孔压分布和地下结构浮力与静水压力不符;均质土中竖向渗流时,孔压和浮力较同深度理论值的提升比例与竖向水力梯度成正比;承压水在上覆弱透水层中渗流时,弱透水层中孔压和浮力的提升比例要大于强透水层,且土分层界面处孔压和浮力的提升比例最大,约为2倍的水力梯度。

关键词：地下结构承压水渗流浮力孔隙压力

基于“证据—推理”的科学概念建构实践--以“浮力”教学为例

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物理教学 2022年第9期44卷 42-46,56页

作者：蔡呈腾温州市第二外国语学校浙江325000

“证据—推理”是在真实情境下的课堂学习时协作与会话的表征方式,同时协作与会话也是“证据—推理”得到实践的载体。以构建浮力概念作为课堂教学案例,通过选择死海游泳等具有提供浮力存在证据的真实情境,营造协作与会话氛围提供不同... 详细信息

“证据—推理”是在真实情境下的课堂学习时协作与会话的表征方式,同时协作与会话也是“证据—推理”得到实践的载体。以构建浮力概念作为课堂教学案例,通过选择死海游泳等具有提供浮力存在证据的真实情境,营造协作与会话氛围提供不同类型的证据来解决浮力的迷思概念,明晰浮力三要素作为浮力概念建构的目标来组织证据,并以不同类型的“证据—推理”方式展开证据推理,以称量法作为情境提供多元证据,厘清浮力与其他物理量之间关系的表征方式来深化理解浮力概念。“证据—推理”的课堂模型有助于以科学观念、科学思维、探究实践以及态度责任为维度的科学课程核心素养的提高。

关键词：证据—推理概念建构浮力核心素养

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一类浮力习题情境真实性的探析与反思

物理教师 2024年第4期45卷 53-55,59页

作者：沈叶管栋浩龚宇晨童逊王强扬州大学物理科学与技术学院江苏扬州225009 江苏省扬州中学江苏扬州225009

通过探究生活和实验中观察到的浮体倾斜漂浮现象,对一类浮力习题命题情境的真实性质疑.基于浮体稳定漂浮条件,对观察到的漂浮现象进行解释.对浮力习题“虚假情境”普遍存在的现状进行反思,命题者想当然创设情境可能导致科学性错误,非常... 详细信息

通过探究生活和实验中观察到的浮体倾斜漂浮现象,对一类浮力习题命题情境的真实性质疑.基于浮体稳定漂浮条件,对观察到的漂浮现象进行解释.对浮力习题“虚假情境”普遍存在的现状进行反思,命题者想当然创设情境可能导致科学性错误,非常不利于引导学生从“解题”向“解决问题”的转变.

关键词：浮力习题情境真实性稳定漂浮反思

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“二八灰土”回填地下粮仓浮力预警试验研究

农业工程学报 2019年第11期35卷 299-305页

作者：刘海燕孟伟新王振清田栋杰徐向楠刘旭河南工业大学土木建筑学院郑州450001 郑州康桥房地产开发有限责任公司郑州450000

地下结构的浮力多以阿基米德定律为基础进行计算,未考虑周围回填土体。该文以某地下粮仓为研究对象,考虑周围回填二八灰土的实际工况,分别进行直径为400(模型筒A)、500(模型筒B)、600 mm(模型筒C)的室内缩尺模型试验。试验包含纯水试验... 详细信息

地下结构的浮力多以阿基米德定律为基础进行计算,未考虑周围回填土体。该文以某地下粮仓为研究对象,考虑周围回填二八灰土的实际工况,分别进行直径为400(模型筒A)、500(模型筒B)、600 mm(模型筒C)的室内缩尺模型试验。试验包含纯水试验和回填二八灰土试验。纯水试验结果表明,以阿基米德定律计算的实际浮力与模型筒自重(包含模型筒上部约束反力所折算自重)的理论浮力基本一致,模型筒A、B、C的实际浮力与理论浮力的误差分别为0.03%、1%、3%。在回填二八灰土试验中,通过缓慢注水,利用位移计、压力传感器监测模型筒位移及模型筒上部的约束反力,分析了模型筒整个上浮过程中位移和约束反力的变化情况。位移突变值滞后于约束反力突变值,压力传感器读数发生明显变化而位移计读数未发生明显变化所测量的水位为警戒水位,压力传感器与位移计读数均发生明显变化所测量的水位为实际起浮水位。以警戒水位和实际起浮水位作为理论计算依据,得出警戒水位和实际起浮水位时模型筒自重(包含模型筒上部约束反力所折算自重)作用下理论抵抗浮力及计算所得的实际抵抗浮力。警戒水位时模型筒A、B、C实际抵抗浮力为理论抵抗浮力的1.93、2.43、1.66倍。实际起浮水位时模型筒A、B、C实际抵抗浮力为理论抵抗浮力的2.15、3.36、2.96倍。从安全储备方面综合考虑,回填工况地下粮仓在预警水位时实际抵抗浮力为理论抵抗浮力的1.5倍,实际起浮水位时抵抗浮力为理论抵抗浮力的2倍,研究结果为今后地下粮仓及其他地下结构的抗浮设计提供参考。

关键词：浮力水位试验二八灰土回填工况地下粮仓注水试验

融合SOLO分类理论的初中物理“教、学、评”一体化设计分析——以“浮力”教学为例

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物理教学 2023年第10期45卷 36-39页

作者：王贺佳孙宝东赵振宇李林哈尔滨师范大学教师教育学院黑龙江150025 哈尔滨师范大学物理与电子工程学院黑龙江150025

SOLO分类理论为初中物理教学评价带来了新的思路。将SOLO分类理论应用于“教、学、评”一体化的教学中有助于教师及时调控教学过程,提高其专业素养水平;有助于发展学生的物理学科核心素养,实现深度学习;有助于学生积极主动地参与课堂,... 详细信息

SOLO分类理论为初中物理教学评价带来了新的思路。将SOLO分类理论应用于“教、学、评”一体化的教学中有助于教师及时调控教学过程,提高其专业素养水平;有助于发展学生的物理学科核心素养,实现深度学习;有助于学生积极主动地参与课堂,提升教师教学与学生学习的效率。

关键词： SOLO分类理论 “教、学、评”一体化浮力以评促教