基于CFD-DEM耦合模拟方法的水流泥沙运动研究水流泥沙运动一直是河流与海岸工程关注的重点课题,前人采用实验研究和理论分析等方法对于水流泥沙宏观运动规律已形成了基本认识,但水流泥沙的细观运动机理还有待探索。随着近年来计算机技术及计算方法的快速发展,利用数值模型从细观尺度研究水流泥沙运动机理及规律成为可能。
本文基于CFD-DEM耦合方法,利用开源软件OpenFOAM、LIGGGHTS及CFDEM 耦合库建立数值模型,从细观尺度研究了静水中泥沙沉降、明渠流及振荡流作用下水流泥沙运动特性。本文主要研究内容和结果如下:(1)通过模拟单个泥沙颗粒在静水中的沉降过程,分析了所建耦合模型的网格敏感性,对于粒径较小的颗粒,推荐流体的网格尺度与颗粒直径的比值范围为2~5;将采用不同拖曳力模型得到颗粒沉速与理论值对比,发现Benyahia模型具有较好的精度;模拟了不同直径泥沙颗粒的沉速,模拟结果与实验值与理论值吻合良好,验证了所建模型的适用性;探讨了不同体积浓度下颗粒沉速的分布,结果与实验值接近。
(2)模拟了不同明渠水动力条件下的水流泥沙运动过程。模拟得到的水流平均流速剖面符合对数律公式,验证了动力条件的正确性,并分析了水流紊动强度与雷诺切应力沿垂向的变化。
模拟结果给出了泥沙表现为未起动、推移质输沙和推移质与悬移质共同输沙的运动形式,推移质输沙率与实验、理论值吻合;随着水动力的增强,床面泥沙分布的不均性呈现先增加后减小的规律。(3)振荡水流作用下定床和动床条件下的模拟结果表明,定床和动床的流速剖面与紊动强度分布不同。
在对称振荡流作用下,泥沙颗粒做规律的周期性运动,一个周期内的泥沙净输沙接近为零,半周期平均输沙率与已有实验及经验公式接近。
实验一交叉耦合滤波器设计与仿真 一、实验目的 1.设计一个交叉耦合滤波器 2.查看并分析该交叉耦合滤波器的S参数 二、实验设备 装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台 三、实验原理 具有带外有限传输零点的滤波器，常常采用谐振腔多耦合的形式实现。这种形式的特点是在谐振腔级联的基础上，非相邻腔之间可以相互耦合即“交叉耦合”，甚至可以采用源与负载也向多腔耦合，以及源与负载之间的耦合。交叉耦合带通滤波器的等效电路如下图所示。在等效电路模型中，e1表示激励电压源，R1、R2分别为电源内阻和负载电阻，ik （k=1,2,3,…,N）表示各谐振腔的回路电流，Mij表示第i个谐振腔与第k个谐振腔之间的互耦合系数(i,j=1,2,…,N，且i≠j)。在这里取ω0=1，即各谐振回路的电感L和电容C均取单位值。Mkk（k=1,2,3,…,N）表示各谐振腔的自耦合系数。 n 腔交叉耦合带通滤波器等效电路如下图所示:
e R 2 这个电路的回路方程可以写为 ?? ? ??? ? ??? ? ??????????????????????? ? ?? ???++=????????????????????---------N N N N N N N N N N N N n N N N N N i i i i i R s jM jM jM jM jM s jM jM jM jM jM s jM jM jM jM jM s jM jM jM jM jM s R e 13212,1321,11,31,21,131 ,3231321,22312 11,11312110000M Λ ΛM M ΛM M M ΛΛΛM 或者写成矩阵方程的形式：I R M sU ZI E )(0++==j 其中，??? ? ? -=+ =ωωωω11j j j s 一般来讲，频率都归一成1，即ω≈ω0=1,则 ij ij ij M j M j jM 0ωω≈≈ 其中E 为电压矩阵，I 为电流矩阵，Z 为阻抗矩阵， R M U Z ++=00j s U0是N ×N 阶单位矩阵。M 是耦合矩阵，它是一个N ×N 阶方阵，形式如下：
粘性泥沙运动规律研究 港航102 芦克强 201010413065 摘要：依次介绍了粘性泥沙的沉降规律，粘性泥沙的冲刷规律和粘性泥沙的扬动规律，展 现泥沙运动的特点。这对于我们了解研究河口河床和近海海床沉积冲刷现象有着重要意义，也为更进一步的研究打下了基础。 关键词：粘性泥沙沉降冲刷扬动 一、引言 通常情况下，根据泥沙颗粒的大小和矿物成分，可以将泥沙分为非粘性沙和粘性泥沙两类。其中粘性泥沙主要是由粉沙（d<0.05mm）和粘粒（d<0.05mm）组成，这些黏性细泥沙淤积固结后根据物理性质不同又可分为浮泥，淤泥和粘土[1,2]。在多沙河流中（包括河床，河岸和滩地）粘性泥沙占有一定的比重，同时它还存在于水库、河口港湾、粉质海岸中，对这些河流的演变和治理有着重要影响[3]。因此，研究粘性泥沙的运动规律有着重要意义。本文在此主要讨论粘性泥沙的沉积，冲刷，扬动三个个方面，系统的阐述粘性泥沙的简单运动规律，以期获得总体认识。 二、群体泥沙颗粒的沉降规律 前人对颗粒群体沉速公式的研究，可大致划分为两类：一是粗颗粒均匀沙的沉速，二是含较多细颗粒的非均匀沙沉速。 (1)Batchelor(1972)认为球体在低含沙水体中沉降时，颗粒间及颗粒与周围水体的相互影响，其沉速与其在无限清水中沉速的差异，是平均值不为0的随机变量。他从统计理论出发，最后推导出低含沙量情况下群体沉速的理论公式 ωs/ω0=1－6.55Sv (1) 上式中当Sv≤0.05时，计算结果能与实验值基本符合；当Sv较大则偏差大。 (2)Richardson和Zaki 采用量纲分析与试验结果，建立如下群体沉速公式[4] ωs/ω0=(1-Sv)m (2) 上式中指数m与沙粒雷诺数(Red=ω0d/ν)有关。夏震寰和汪岗对细沙取m=7时，上式与试验资料符合较好[5]。 (3)王尚毅认为式(8)中当Sv=1时ωs=0，这种计算结果不对[6]。因此将上式修改为 ωs/ω0=(1-βSv)m(3) 上式中m=2.5；β与泥沙特性有关，对塘沽淤泥可取β=5.0。 (4)钱意颖等人认为群体沉速的减小主要由于浑水的容重与粘度变化所致，得出了适用于层流区的群体沉速公式[7]
收稿日期:2000-04-10; 定稿日期:2000-05-27基金项目:国家自然科学基金重大项目(59995550-01) 第31卷第1期2001年2月 微电子学Microelect ronics Vo l .31,№1F eb .2001 文章编号:1004-3365(2001)01-0010-03 CMOS 集成电路的电热耦合效应及其模拟研究 刘 淼,周润德,贾松良 (清华大学 微电子学研究所,北京 100084) 摘 要: 文章基于集成电路具体的封装结构提出了它的热学分析模型。针对均匀温度分布的集成电路,采用解耦法实现了电热耦合模拟软件Etsim ,并研究分析了温度对集成电路性能和功耗的影响。 关键词: CMOS 集成电路;自热效应;电热耦合效应中图分类号: TN 432文献标识码: A A Simulation and Study of Electro -Thermal Coupling Effects in CMOS IC 's LIU M iao ,ZHOU Run -de ,JIA Song -liang (I nstitute of M icroelectr onics ,T sing hua Univ ersi ty ,Beij ing 100084,P .R .Chi na ) Abstract : A ther mal analy sis model fo r a packaged IC chip is proposed and the temper atur e -dependent cir cuit per -formance is analyzed.Based on r elaxation method,an electro-ther mal simulator (Etsim)has been developed,which can be used to simulate the electr o-thermal effects under unifor m temperature distr ibution. Key words : CM OS IC;Self-heat effect;Electro -thermal coupling effect EEACC : 2570D 1 引 言 在一个集成电路中存在着两个子系统:电学子 系统和热学子系统。电学子系统由电学元件,如晶体管、电阻等,联结构成;热学子系统由芯片本身及其封装构成。两个系统相互耦合:电学元件的功耗作为热学网络的热源,而热学网络中不同温度值作为参数会影响电学系统中元器件及其性能。集成电路在没有外部热源的情况下,由电压、电流作用产生的功耗使得芯片本身温度升高。温度升高一方面会导致电流下降、电路延时增加,影响电路性能,另一方面会造成电路可靠性的下降。因此,为保证电路性能和可靠性的要求,有必要对集成电路进行电热耦合模拟。电热耦合模拟,就是在考虑电路自热效应的情况下,模拟电路自身功耗造成的工作温度升高和在该温度下的电路性能。国际上自70年代起就有这方面的研究[1～7],主要有耦合法和解耦法两种模拟方法:耦合法是将热的问题映射到电学方程中,并且由模 拟器同时求解热学、电学子系统;解耦法认为电学子 系统和热学子系统相对独立,由热学模拟器和电学模拟器分别模拟这两个子系统,将计算结果迭代直至满足收敛条件[3]。两种方法各有利弊。本文采用解耦法进行集成电路的电热耦合模拟,并分析温度对集成电路性能的影响。我们采用HSPICE 电路模拟程序为基础来模拟电路的电流、电压、延时、以及功耗的分布情况;再根据功耗分布情况和集成电路的热学模型来计算温度分布情况。 2 电热耦合模拟流程 由于集成电路的热学时间常数为微秒数量级,远大于我们所研究的电路的工作时钟周期和输入信号周期,可以认为,集成电路的工作温度达到稳态后不随功耗的动态变化而变化,由平均功耗来决定;另外,当集成电路功耗分布比较均匀时,如一般的数字逻辑电路,芯片的内部工作温度之差较小,在这种情况下,为简便运算,可以视整个芯片为等温
泥沙运动力学 水力学基础 连续介质：流体是由连续分布的流体质点组成的介质。 粘性力：由于存在内摩擦，一层流体对相对运动的另一层流体产生阻力。 牛顿内摩擦定律：牛顿流体粘性切应力与流体切边率成正比关系。 拉格朗日法：着眼于流体质点，跟随流体质点一起运动，记录流体质点在运动过程中各种物理量随所到位置和时间的变化和规律。 欧拉法：着眼于空间点，把流体物理量表示为时空位置和时间的函数。流体无力量在不同时刻的时空分布。 迹线：流体质点在空间运动时所描绘出来的曲线叫做轨迹。 流线：流线是这样的曲线, 于某一固定时刻，该曲线上各点的速度方向与该点的切线方向一致。 理想流体：不可压缩的、没有粘滞性流体称为理想流体。 连续方程： 不可压缩流体：密度为常数，那么和时间无关。那么 可压缩定常流：变量与时间无关。那么 雷诺数：Re=惯性力/粘性力 弗洛伊德数：Fr=惯性力/重力 伯努利方程： 由于有粘滞力所以总能量一定是逐渐减少的。 泥沙特性 1.泥沙来源 泥沙：在流体中运动或受水流，风力，波浪，冰川以及重力作用移动后沉积下来的固体颗粒碎屑。 泥沙的来源：岩石的风化是泥沙的重要的来源。它包括机械的分离和化学的分解两个方面。 2.泥沙的基本性质 泥沙矿质的组成：长石，石英，云母石，高岭土，氧化铁 泥沙特性 有泥沙颗粒的特性和泥沙群体的特性两种。 泥沙颗粒的特性主要有：①重度，单位体积泥沙颗粒的重量，以千克/米3表示，其数值随泥沙的岩性不同而异，矿物成分主要是石英和长石，泥沙的重度一般约2650千克/米3。②粒径，泥沙颗粒大小的一种量度，有不同方法表示。常用的有等容粒径即体积与泥沙颗粒相等的球体的直径；筛径,即用具有不同孔径的标准筛,对泥沙进行分筛求出的粒径；沉降粒径，即根据粒径与沉降速度的关系算出的粒径等。③沉速，指泥沙颗粒在无边界静水内的沉降速度，以米/秒或毫米/秒表示。它也可作为泥沙颗粒大小的一种量度，故又称泥沙的水力粗度。沉速综合反映颗粒和水的特性，因而是泥沙运动的一个重要参数。④细粒泥沙表面的物理化学性质，主要决定于颗粒表面双电层和吸附水膜的性质。细颗粒泥沙的絮凝（见河口泥沙运动）和分散等现象都与双电层和吸附水膜的结构有关。 0=??+v dt d ρρ0v =?? const p q =++π22
粘性泥沙运动规律研究 摘要：依次介绍了粘性泥沙的沉降规律，粘性泥沙的冲刷规律和粘性泥沙的扬动规律，展 现泥沙运动的特点。这对于我们了解研究河口河床和近海海床沉积冲刷现象有着重要意义，也为更进一步的研究打下了基础。 关键词：粘性泥沙沉降冲刷扬动 Abstract:This paper discuss three behaviors of the cohesive sediment in turn, including the cohesive sediment subsiding, cohesive sediment erosion and incipient motion of cohesive sediment, to open out the characters of its movement. It helps us find the rules of erosion in the river, offshore and estuary and it has important significance to further research. Keywords: cohesive sediment subsiding erosion incipient motion 一、引言 通常情况下，根据泥沙颗粒的大小和矿物成分，可以将泥沙分为非粘性沙和粘性泥沙两类。其中粘性泥沙主要是由粉沙（d<0.05mm）和粘粒（d<0.05mm）组成，这些黏性细泥沙淤积固结后根据物理性质不同又可分为浮泥，淤泥和粘土[1,2]。在多沙河流中（包括河床，河岸和滩地）粘性泥沙占有一定的比重，同时它还存在于水库、河口港湾、粉质海岸中，对这些河流的演变和治理有着重要影响[3]。因此，研究粘性泥沙的运动规律有着重要意义。本文在此主要讨论粘性泥沙的沉积，冲刷，扬动三个个方面，系统的阐述粘性泥沙的简单运动规律，以期获得总体认识。 二、群体泥沙颗粒的沉降规律 前人对颗粒群体沉速公式的研究，可大致划分为两类：一是粗颗粒均匀沙的沉速，二是含较多细颗粒的非均匀沙沉速。 (1)Batchelor(1972)认为球体在低含沙水体中沉降时，颗粒间及颗粒与周围水体的相互影响，其沉速与其在无限清水中沉速的差异，是平均值不为0的随机变量。他从统计理论出发，最后推导出低含沙量情况下群体沉速的理论公式 ωs/ω0=1－6.55Sv (1) 上式中当Sv≤0.05时，计算结果能与实验值基本符合；当Sv较大则偏差大。 (2)Richardson和Zaki 采用量纲分析与试验结果，建立如下群体沉速公式[4]
光纤耦合技术的星图模拟技术研究 段洁1，孙向阳2，安志勇1 (1.长春理工大学光电工程学院， 吉林长春130022；2.长春大学电子信息工程学院，吉林长春130022) 摘要:针对深空导航敏感器的地面标定对多星等、高星等的技术要求， 提出一种基于光纤耦合技术的星图模拟新方法，创新性的运用了OLED 面光源和光纤耦合机构配合高精密靶标的技术来模拟星图。结合所设计星图模拟器指标，重点对光纤面光源耦合和OLED 面光源亮度双调制技术进行了深入研究，分析了光纤面光源的耦合技术的关键条件，为实现较高的光耦合效率，选择数值孔径为0.6 的大芯径聚合物光纤(POF)与自聚焦透镜组成耦合机构，设计结果表明聚光斑?100μm ，纤芯轴向光 能量利用率大于80%；所研究的面光源双调制技术在星等模拟中的设计结果说明：该技术可解决单一的电气灰度调制或空间灰度调制无法实现5~10等星精确模拟的的技术难题。 关键词:星图模拟器；光耦合；光纤；星等 中图分类号:TH74文献标志码:A 文章编号:1007-2276(2014)11-3592-05 Star charts simulation based on fiber coupling technology Duan Jie 1,Sun Xiangyang 2,An Zhiyong 1 (1.College of Optoelectronic Engineering,Changchun University of Science and Technology,Changchun 130022,China; 2.School of Electronics and Information Engineering,Changchun University,Changchun 130022,China) Abstract:In order to meet the demands of multi magnitude,high magnitude in calibration on the ground for deep space navigation sensor,a new simulation method using of the OLED and optical fiber coupling mechanism combining with high precision target to simulate the stars innovatively,was given based on optical fiber coupling technique.The light coupling technology using surface light source and fiber and the double modulation technology of OLED were researched deeply after analyzing of designed star charts simulator parameters.To achieve high coupling efficiency,analyzing the key condition of coupling,the coupling mechanism was decided to select the big core diameter POF(NA =0.6)and the self focusing lens.Design result shows that gathering spot diameter ?100μm ,light energy utilization rate of fiber core ?80%.The design results of magnitude simulation by the double modulation technology of surface light source shows that the technical problem of accurately simulation of 5-10magnitude can be solved,but this can not realize only using the single electrical gray modulation or spatial gray scale modulation.Key words:star charts simulator;optical coupling;fiber;magnitude 收稿日期：2014-03-05；修订日期：2014-04-10 基金项目：吉林省科技发展计划重大专项(20126014) 作者简介：段洁(1979-)，女，讲师，博士，主要从事航天器地面模拟技术与光电检测技术方面的研究三Email:dj0321@https://www.doczj.com/doc/815459435.html, 通讯作者：孙向阳(1978-)，男，讲师，博士，主要从事机器视觉标定与光电检测技术方面的研究三Email:sxy0321@https://www.doczj.com/doc/815459435.html, 第42卷第11期 红外与激光工程2014年11月 Infrared and Laser Engineering Nov PDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 https://www.doczj.com/doc/815459435.html,
浅谈河流泥沙的运动规律 摘要：泥沙在河流水流的作用下，有一定的运动形式，沿河底滑动、滚动或跳跃，这种运动形式称为推移质；被水流挟带随水流悬浮前进，这种运动形式称为悬移质。由于天然河道同一河段流速随时间、沿程发生变化，各河断及各时段在流速较小时，细沙也可呈推移质形式运动；而流速增大时，粗砂也可转化为悬移质。因此，实际情况中推移质和悬移质处于不断调整中，情况很是复杂。本文着重讨论了悬移质泥沙的运动规律。由于脉动，不同瞬时或短历时测量的悬移质含沙量就不会稳定，不能反映它的变化趋势，因此，悬移质含沙量等水文要素的测量应持续一段时间，最好大一个脉动周期。 关键词：河流泥沙；运动；规律；挟沙能力；脉动 该式结构特点表明，河流流速大、泥沙颗粒小、水深浅，则挟沙能力强。水流挟沙能力一般指各级颗粒的沙源均为充足条件下的平衡含沙量，并不代表水流的实际含沙量，各级颗粒的沙源不充足会出现非饱和输沙，条件特殊时也会出现超饱和输沙。但是，水流挟沙能力仍是分析河床冲淤或平衡问题的常用概念，当水流挟带的悬移质泥沙超过河段的水流挟沙能力时，这个河段必将发生淤积；反之，则会发生冲刷。 2悬移质的时空分布规律 2.1河流泥沙变化的影响因素 河流从流域挟带泥沙的多少与流域坡度、土壤、植被、季节性气候变化，降雨强度以及人类活动等因素有关。河流泥沙随时间的变化，也就取决于这些因素随时间的不同组合和变化。来源于地势、地形、土壤性质和植被状况等下垫面条件不同的地区河流的洪水，挟带的泥沙将会有显著的差别，多沙河流与少沙河流与流域下垫面状况紧密相关。另外，对于冲积性河流，其承水河床由长期冲积的泥沙构成，水流流经这样的河段，常会挟带或沉积大量泥沙。季节性的气候变化对河流泥沙的变化也有一定的影响。汛前由于降水少，土壤疏松、干燥、抗冲能力差，因此，初夏的暴雨洪水常挟带较多的泥沙，秋末洪水含沙量较少。降雨强度对河流泥沙的影响是：雨强大，则侵蚀能力强，从而使河流挟带的泥沙增多。河流输沙量集中在汛期，而且主要集中在几次大洪水中，其原因也在于此。人类活动使流域产沙条件发生变化。如修建道路、毁林垦荒，将导致河流泥沙增加；而封山育林、开展水土保持，又可减少河流泥沙；修建水库，常会沉积泥沙。这种影响将使河流泥沙发生系统性变化。 2.2泥沙的脉动 脉动是忽大忽小不停波动变化的现象。悬移质泥沙悬浮在水流中，与流速脉动一样，含沙量也存在着脉动现象，而且脉动的强度更大。在水流稳定的情况下，断面内某一点的含沙量是随时变化的，它不仅受流速脉动的影响，而且与泥沙特性等因素有关。由于脉动，不同瞬时或短历时测量的悬移质含沙量就不会稳定，不能反映它的变化趋势，因此，悬移质含沙量等水文要素的测量应持续一段时间，最好大一个脉动周期。 2.3悬移质泥沙的垂直分布 悬移质含沙量在垂线上的分布，一般从水面向河底呈递增趋势。含沙量垂向的变化梯度还随泥沙颗粒粗细的不同而异，颗粒较细的泥沙，其垂直分布也均匀，而对于较粗泥沙，则梯度
本文主要介绍使用SolidWorks、HyperMesh、ANSYS和ADAMS软件进行刚柔耦合动力学分析的主要步骤。 一、几何建模 在SolidWorks中建立几何模型，将模型调整到合适的姿态，保存。此模型的姿态不要改动，否则以后的MNF文件导入到ADAMS中装配起来麻烦。 二、ADAMS动力学仿真分析 将模型导入到ADAMS中进行动力学仿真分析。 为了方便三维模型的建立，SolidWorks中是将每个零件单独进行建模然后在装配模块中进行装配。这一特点导致三维模型导入到ADAMS软件后，每一个零件都是一个独立的part，由于工作装置三维模型比较复杂，因此part数目也就相应的比较多，这样就对仿真分析的进行产生不利影响。下面总结一下从三维建模软件SolidWorks导入到ADAMS中进行机构动力学仿真的要点。（1）首先在SolidWorks中得到装配体。（2）分析该装配体中，到底有几个构件。（3）分别隐藏其他构件而只保留一个构件，并把该构件导出为*.x_t 格式文件。（4）在ADAMS中依次导入各个*.x_t 文件，并注意是用part的形式导入的。（5）对各个构件重命名，并给定颜色，设置其质量属性。（6）对于产生相对运动的地方，建议先在此处创建一个marker，以方便后面的操作。否则，三维模型进入ADAMS后，线条繁多，在创建运动副的时候很难找到对应的点。 部件的导入如下图1所示： 图1 文件输入 File Type选择Parasolid； File To Read 找到相应的模型； 将Model Name 切换到Part Name，然后在输入框中右击，一次单击part →create 然后在弹出的新窗口中设置相应的Part Name，然后单击OK →OK 。将一个部件导入，重复以上步骤将部件依次导入。这里输入的技巧是将部件名称按顺序排列，如zpt_1、zpt_2、zpt_3. ，然后在图1中只需将zpt_1改为zpt_2、将PART_1改为PART_2即可。
多轴联动系统耦合控制的分析与仿真 发表时间：2018-07-03T10:36:17.270Z 来源：《电力设备》2018年第9期作者：李仁伟 [导读] 摘要：建立了多轴联动系统的同步误差模型，将交叉耦合结构等效为一种带敏感函数的模型，并用以分析耦合控制器对交叉耦合系统性能的影响。 (国网北京顺义供电公司北京顺义 101300) 摘要：建立了多轴联动系统的同步误差模型，将交叉耦合结构等效为一种带敏感函数的模型，并用以分析耦合控制器对交叉耦合系统性能的影响。在Matlab/Simulink环境下对双轴和三轴交叉耦合系统进行仿真，验证了本文的分析结论。 关键词：多轴联动；交叉耦合；同步误差 1 引言 多轴联动系统广泛应用于各类精密机械加工、编织、缠绕及轧钢等机电一体化设备。随着自动化水平及生产工艺要求的不断提高，现有控制方式已不能完全适应现代化生产的需要。因此，研究开发高性能的多轴协调控制策略具有普遍的现实意义和广泛的应用前景。 现今的多轴联动系统存在两种较为典型的结构，一种是非耦合结构，另一种是交叉耦合结构[1]。前者各个单轴控制系统独立运行，相互之间的控制没有任何电气上的连接，每台电机各自跟踪给定的位置信号，这种结构较为简单，但是当各轴的位置输出出现不同步时，仅能依靠单轴控制器来矫正误差，这种情况下同步误差较大，不能满足一些对同步性能要求较高的应用场合；交叉耦合控制结构是将各台电机输出的位置信号进行比较，从而得到一个同步误差补偿信号，再经过耦合控制器进行放大后分别前馈到单轴系统的输入端，各轴都修正本轴的状态以与其它轴实现快速同步，系统能够很好地抑制因某一台电机输出受到扰动而出现的同步误差，从而获得良好的同步控制精度[2-4]。然而耦合结构中耦合控制器的增益受系统稳定性的限制不能设计得过大，否则会急剧恶化稳定性，因而设计耦合控制器时需要严格控制增益大小。 本文对双轴和三轴驱动系统进行了研究，根据工程实际定义了两种情况下同步误差的概念，然后推导了耦合环节引入前后同步误差的关系模型。由这一关系模型分析了耦合控制器所起的作用，并探究了过大的增益对系统稳定性的具体影响。最后，通过Matlab/Simulink环境下的仿真结果验证分析结论。 2双轴系统 2.1 双轴同步误差模型 在两电机联动实现位置轨迹控制的场合，X轴和Y轴的位移分别由两套电机系统执行，输出为两台电机转子位置角度，两台电机通过十字滑台或其他机械部件相连，将转子位置角度转换为X轴和Y轴的位移，共同实现被控制对象的二维运动轨迹。 设T为被控对象期望达到的参考位置，P=[P1 P2]T为被控对象的实际位置，为目标位置轨迹的角度。 图1 双轴系统同步误差模型 理想情况下目标会沿着两台电机联动输出的位置信号运动，其路线为给定轨迹，然而实际情况中会由于各种扰动和控制精度的限制，实际运动的轨迹通常与给定轨迹存在偏差，由图1定义单轴跟踪误差e和双轴同步误差分别为 (1) (2) 式中L=[-sinθ cosθ]为变换矩阵。由式(2)可知，双轴同步误差是由单轴跟踪误e1,e2和轨迹角度θ共同决定的。 2.2 交叉耦合控制系统 双轴交叉耦合系统中，X轴和Y轴系统的跟踪误差被转换为同步误差后经过耦合控制器前馈到系统输入端，通过双轴之间的耦合提升系统的同步性能，其结构如图2(a)所示。 图2 双轴交叉耦合控制系统 图2中分别为X轴和Y轴电机调速系统的输入和输出转速信号，c为同步误差。C为耦合控制器，通常采用比例(P)控制，即C=kc；Gp1(s)，F1(s)，Gp2(s)和F2(s)分别为X轴和Y轴系统的位置环控制器和前馈控制器。交叉耦合系统中的X轴和Y轴均为带前馈的典型伺服系统，由调速系统，位置环控制器和前馈控制器组成。 引入交叉耦合环节前后，双轴系统的简化结构框图如图3所示，图3(a)为双轴并联运行的非耦合结构，图3(b)为交叉耦合结构。图中M=diag(M1，M2)，o为非耦合结构下的同步误差。
2018年博士生入学考试科目《泥沙运动力学》 考试大纲 一、要求了解和掌握的内容 C1、了解泥沙运动力学的研究内容，掌握泥沙问题在生产实践中的重要性。 C2.1、掌握泥沙的来源以及机械分离、化学分解的类型和原因，了解岩石风化的速度及产物。 C2.2、掌握泥沙群体特性、粒配曲线体现的特性以及平均粒径、中值粒径、等容粒径等计算确定方法，了解细颗粒泥沙的物理化学特性、泥沙的分类。 C2.3、了解浑水的一般性质，掌握浑水容重、含沙量的表示方法和计算公式。 C3、掌握泥沙的沉降过程和沉降状态，掌握球体颗粒泥沙在层流、紊流状态下的重力、阻力的计算方法和公式以及沉速的计算公式，了解天然泥沙颗粒沉速的影响因素和计算方法。 C4、掌握紊流的基本性质、紊动切应力的概念、水流切应力的垂线分布，了解紊流经典理论。 C5、掌握无粘性泥沙颗粒主要受力分析及一般表达式、泥沙运动的主要形式、划分推移质和悬移质的意义及其物理本质的区别、床沙质和冲泻质的概念及其划分的意义。了解粘性泥沙的受力特点。 C6、掌握沙波的概念及其发展消长的阶段和过程、研究沙波运动意义，了解沙波形成的机理和原因、床面形态的判别方法。 C7、掌握近壁流区的重要性、河道阻力的组成单元、河床河岸及综合阻力的划分及计算方法、垂线流速对数分布公式(7.38)、垂线流速指数分布公式(7.38)，了解水流能量及损失特性、沙粒及沙波阻力的确定方法。 C8.1、掌握泥沙起动的基本概念、起动的表达方式，了解泥沙起动的
判别标准。 C8.2、掌握希尔兹(Shields)泥沙起动曲线的特点、起动公式及其推导过程，了解斜坡上的泥沙起动 C8.3、掌握按滚动和滑动模式的起动流速受力特性和推导过程，掌握沙莫夫起动流速公式，了解其它流速起动公式以及粘性泥沙的起动。 C9.1、掌握推移质输沙规律的流派及其代表、拜格诺提出的推移质运动遵循的规律、爱因斯坦推移质输沙理论的主要认识。 C9.2、掌握拜格诺、爱因斯坦推移质输沙率公式的推导思路和过程，了解以流速为主要参数的推移质输沙率公式推导过程。 C9.3、掌握拜格诺、沙莫夫推移质输沙率公式以及无因次水流参数、无因次水流强度参数、无因次单宽输沙率的表达式、非均匀推移质输沙率的确定方法。 C10.1、掌握悬浮泥沙运动机理、泥沙扩散方程，掌握含沙量沿水深分布的扩散理论(10.16)的推导过程、各变量含义及其不足，了解重力理论的基本思路及其推导过程。 C10.2、掌握含沙量与悬移质输沙率之间的关系以及爱因斯坦、维利卡诺夫、拜格诺悬移质输沙率公式及其推导思路和原理，了解其推导过程。 C10.3、掌握各向泥沙扩散系数的确定方法。 C11、掌握水流挟沙力公式的主要类型、代表人物以及影响水流挟沙力的主要因素，了解水流挟沙力的确定方法。 C12、掌握泥沙的存在使水流紊动强度增强或减弱的原因、了解泥沙的存在对流速分布的影响。 C13、掌握高含沙水流的流动特性和泥沙运动特性，泥石流的类型、形成条件和运动特征。 C14、掌握异重流的基本概念、类型、研究意义、物理本质、形成条件、运动特性、泥沙淤积，掌握水电站取水口及船闸引航道泥沙淤积机理和防治技术。
基于CFD-DEM耦合模拟方法的水流泥沙运动研究水流泥沙运动一直是河流与海岸工程关注的重点课题,前人采用实验研究和理论分析等方法对于水流泥沙宏观运动规律已形成了基本认识,但水流泥沙的细观运动机理还有待探索。随着近年来计算机技术及计算方法的快速发展,利用数值模型从细观尺度研究水流泥沙运动机理及规律成为可能。 本文基于CFD-DEM耦合方法,利用开源软件OpenFOAM、LIGGGHTS及CFDEM 耦合库建立数值模型,从细观尺度研究了静水中泥沙沉降、明渠流及振荡流作用下水流泥沙运动特性。本文主要研究内容和结果如下:(1)通过模拟单个泥沙颗粒在静水中的沉降过程,分析了所建耦合模型的网格敏感性,对于粒径较小的颗粒,推荐流体的网格尺度与颗粒直径的比值范围为2~5;将采用不同拖曳力模型得到颗粒沉速与理论值对比,发现Benyahia模型具有较好的精度;模拟了不同直径泥沙颗粒的沉速,模拟结果与实验值与理论值吻合良好,验证了所建模型的适用性;探讨了不同体积浓度下颗粒沉速的分布,结果与实验值接近。 (2)模拟了不同明渠水动力条件下的水流泥沙运动过程。模拟得到的水流平均流速剖面符合对数律公式,验证了动力条件的正确性,并分析了水流紊动强度与雷诺切应力沿垂向的变化。 模拟结果给出了泥沙表现为未起动、推移质输沙和推移质与悬移质共同输沙的运动形式,推移质输沙率与实验、理论值吻合;随着水动力的增强,床面泥沙分布的不均性呈现先增加后减小的规律。(3)振荡水流作用下定床和动床条件下的模拟结果表明,定床和动床的流速剖面与紊动强度分布不同。 在对称振荡流作用下,泥沙颗粒做规律的周期性运动,一个周期内的泥沙净输沙接近为零,半周期平均输沙率与已有实验及经验公式接近。
练习二创建柔性体并进行刚柔耦合仿真 本示例将练习使用FlexPrep工具创建汽车下控制臂柔性体模型，通过替换汽车前悬架模型中刚性控制臂完成汽车前悬架的刚柔耦合仿真。练习中使用的下控制臂模型如图1所示。图2显示了汽车前悬架模型。 图1 下控制臂模型图2 汽车前悬架模型 创建柔性控制臂模型（MV-2010） 第1步：使用FlexPrep工具 练习中使用的模型均位于
第三节河流泥沙的基本特性 一、几何特性 泥沙的几何特性指泥沙颗粒的形状、粒径及其组成。泥沙的形状棱角峥嵘、极不规则，常可近似地视为球体或椭球体。 泥沙粒径的求法：对于较大颗粒的卵石、砾石，可以通过称重求其等容粒径。所谓等容粒径，就是体积V与泥沙颗粒体积相等的球体的直径，即d=(6V/π)1/3。或者，通过量出颗粒的长轴a、中轴b、短轴c，算其几何平均粒径 d=abc，这实际上是将泥沙颗粒视为椭球体而求得的椭球体的等容粒径。 对于较细颗粒的泥沙，实际工作中，通常采取筛分析法或沉降分析法求其粒径。筛析法的作法是，将孔径不同的公制标准筛，按孔径上大下小原则叠置在一起，放在振动机上，将沙样倒在最上一级筛上，把经振动后恰通过的筛孔孔径作为该颗粒的粒径，并称此粒径为筛 径。采用沉降法求其粒径并称为沉降Array粒径，其原理是，通过测量沙粒在静 水中的沉降速度，按照粒径与沉速的 关系式((3-2))反算出粒径。 泥沙的组成常用粒配曲线表示。 即通过沙样颗粒分析，求出其中各粒 径级泥沙的重量及小于某粒径泥沙 的总重量，算出小于某粒径的泥沙占 总沙样的重量百分数，在半对数纸上 图3-3 半对数纸上的泥沙粒配曲线 绘制如图3-3 所示的泥沙粒配曲线。 据此粒配曲线，可反映沙样粒径的粗 细及其组成的均匀性。如图3-3 所示，Ⅰ、Ⅱ两组沙样相比较，沙样Ⅰ的组成要粗些、均匀些；沙样Ⅱ的组成要细些、不均匀些。 根据图3-2示粒配曲线，易于确知沙样的中值粒径d50。它的意义是，沙样中大于和小于这一粒径的泥沙重量各占50％。在实际工作中，通常可以中值粒径d50作为沙样的代表粒径。 二、重力特性 1．泥沙的容重与密度 泥沙颗粒实有重量与实有体积的比值，称为泥沙的容重γS，单位为N／m3。泥沙颗粒实有质量与实有体积的比值，称为泥沙的密度ρs，单位为t／m3或kg ／m3。
1.In this lesson After completing this lesson, you will be able to: ?Create an SEMODES 103 – Flexible Body solution in Advanced Simulation. ?Connect the flexible body finite element model to the degrees of freedom in the motion mechanism. ?Solve the finite element model and generate the RecurDyn Rflex input file.?Define the flexible body in Motion Simulation and solve the motion mechanism. ?Animate the motion mechanism and observe the flexible body deformation. ??2. Overview Typical motion simulations represent mechanisms using rigid bodies that move in prescribed degrees of freedom according to constraints. These rigid-body motion simulations cannot represent certain dynamic characteristics, especially those resulting from conditions such as sharp impacts, sudden changes in motion, or when the component is flexible enough to affect the motion of the mechanism. For these situations, you can use a flexible body analysis to combine both elastic deformation and rigid body motion. This type of analysis requires NX Motion Simulation with the RecurDyn solver and NX Advanced Simulation with the NX Nastran solver.
第四节河流泥沙的运动 一、推移质运动 推移质的运动来源于床面泥沙的起动。当床面泥沙起动达到一定程度后，床面会出现起伏不平的沙波，而沙波运动又往往是推移质运动的主要形式。因此，在介绍推移质运动时，往往需要涉及到河床泥沙的起动、起动流速及沙波运动的相关概念。 1.泥沙的起动流速 设想床面为泥沙组成且具有一定厚度，在这种水槽中施放水流，使水流的速度由小到大逐渐增加，直到使床面泥沙(床沙)由静止转入运动，这种现象称为泥沙的起动。泥沙颗粒由静止状态变为运动状态的临界水流条件，称为泥沙的起动条件。泥沙的起动条件常用起动流速U c 表示，它相当于床面泥沙开始起动时的水流平均流速U。 对于天然沙，其起动流速常由下式计算： U c = 4.661 3 1 h d（3-3） 式中，d为泥沙粒径；h为水深。适用范围：d>0.15~0.2mm。 泥沙的起动流速是关系到河床冲刷状态的重要判据，因此，对它的研究具有重要的理论与实践意义。例如，在研究坝下游河床冲刷时，首先需计算河床泥沙的起动流速。当河道实际水流流速U超过床沙的起动流速U c 时，就可判定，河床就会被冲刷；反之，河床就不会发生冲刷。河床在冲刷过程中，水深随之增加，流速降低，当发展到水流条件不足以使床面泥沙继续起动时，冲刷便会自动停止。再如，组成河床的泥沙粗细不均时，则细的颗粒被水流优先冲走，粗的颗粒留下来逐渐形成一层抗冲覆盖层，冲刷逐渐停止下来。河床冲刷前的高程与冲刷终止后的高程之差，即为河床的冲刷深度。 下面举例说明泥沙起动流速公式的具体实际应用方法及其意义。 算例：已知某水库下游河段河床沙质组成，河宽B=200m, 过水面积A=500m2，床沙平均粒径d=5.5mm, 问当水库下泄流量Q=500m3/s时,河床会否发生冲刷？可能冲深多少？ 解：（1）判断河床会否发生冲刷？ V = Q/A = 500/500 = 1.0 m/s H = 500/200 = 2.5 m 由沙莫夫公式 V c = 4.6d1/3H1/6 = 4.6×（5.5×10-3）1/3×2.51/6= 0.946 m/s ∵ V > V c ，∴河床会发生冲刷。
河道水流泥沙运动基本理论研究 发表时间：2019-05-09T10:23:18.610Z 来源：《新材料.新装饰》2018年9月下作者：田子锐李京辉 [导读] 这篇文章是对于河道水流泥沙运动基本理论研究进行综述,并且做出了简单的分析，例如挟沙后的紊动强度变化应该考虑的是推移质颗粒或是悬移质颗粒等等 （哈尔滨工程大学，黑龙江省哈尔滨市 150000） 摘要：这篇文章是对于河道水流泥沙运动基本理论研究进行综述,并且做出了简单的分析，例如挟沙后的紊动强度变化应该考虑的是推移质颗粒或是悬移质颗粒等等，以上都利用了一些相关学者的研究成果进行说明，并且取得了丰硕的成果。 关键词：泥沙运动；流速分布；紊动强度 前言： 泥沙科学经历了几十年的积累，泥沙问题引起了学者们的广泛的关注，该篇文章对于水流流速分布，泥沙运动与紊流强度和猝发的关系等进行研究。因为这些公式的出现，使得泥沙问题得到了进一步的解决，但是要达到完全解决这个问题，还有很多困难需要去探索。一、水流流速分布的研究 要计算阻力，首先要知道水流流速分布，其中如果要分析挟沙水流。需要先分析清水水流。传统的水力学认为水流流速服从对数分布。曾有一个公式是在1993年被研究出来的，根据紊流卡门相似理论,使用不完全自相似假设,得出的公式是： 在这个公式中：u：距离壁面深度为y 处的速度；u*是指摩阻流速；Re是指雷诺数等，用这个相似理论分析了河道水流的流速分布情况的结构形式，从这个结果表明，不管是流速分布的指数型公式还是对数型公式都有很严格的理论基础，那就是相似理论。但是他们两者又是本质不同的两个类型的假设，那就是不完全自相似假设（反映了壁面效应）和完全自相似假设（忽略了壁面效应）。 在1981年Coleman利用Coles的尾流函数，当时提出挟沙水流流速分布应该遵循尾流定律。提出的公式是： 在这个公式中：卡门常数是用K来表示；尾流系数用W来表示，但是之后的很多研究都指出了其中的缺点，因此，在之后就得到了不断的完善和研究。例如Ferro等一些人利用了水槽实验来分析了断面流速分布等；Nezu等利用水槽实验来测量水位变动区表面的紊动参数，他们得出卡门常数仍为0.41，前提是在非恒定流下。这些学者在每一个研究的时候都利用了不一样的手段和技术，伴随着计算机科技的不断发展，基于上面的研究，以后一定会使得更多人们对于紊流难题进行深入的研究。 二、泥沙运动与紊流强度和猝发的关系 泥沙的存在对于紊流强度有很深的影响，针对这个影响，在我国还是有不同的观点，例如：王兆印等认为粗沙能够增强平均能量向着脉动能量转移的机会，具体是在清水中加入粗沙从而测试流场，结果发现平均流速减小但是紊动强度增加。但是如果沙子的颗粒较细，在水中悬挂着运动,就会吸收紊动能量，从而使得紊动强度减弱；在1950年开始，Kline等一些学家就利用氢气泡等对于紊流进行了许多的观察，这些紊流是处于平板边界层中，他们发现在一定的条件下，在壁面上面有几个小点会突然爆发，这些小点被叫做紊流斑点，然后紊流斑点会进入流动深处，这就是猝发，更加说明了泥沙的起悬与紊动猝发有很紧密的关系；Nikora等利用了ADV即超声多普勒测速仪，目的测量在准二维流场下，两种泥沙未起动。之后一种在弱动时的平均流速是沿着垂线分布等，但是有一个值得注意的点就是当弱动时，卡门常数在减少，这样的结果是和光滑流场时情况是不一样的。 目前情况来看，在研究紊动猝发和泥沙运动的关系时候，不管是近床面泥沙跟随性还是浓度都很难能够得到可以信任的定量结论。这个难题需要在之后不断的摸索中被解决。 三、河道阻力规律 对于河道阻力的问题进行研究,不仅是对于理论上面有很深的意义，并且对于实际的生产也有很大的意义。阻力的公式可以表现为： 在这个公式中：断面平均流速用u来表示，如果在已经知道流速分布的情况下，通过一些变化可以知道管道和明渠相应的阻力系数。因此肖勇等给出了关于阻力系数的表达形式,并且得到了验证，结果表明这个符合程度很好。在实际的工作中，河床阻力可以划分被河底阻力还有河岸阻力两种，河底阻力还可以分成沙粒阻力还有沙波阻力两种。Robert通过计算了平滩流量时候的两种河底阻力，得到了结论是以总阻力为总数1，但是沙波阻力占据了其中的0%～ 90%。这说明沙波的存在对于阻力有很大的影响，但是却没有具体的曲线；王兆印等在实验床面抗冲性时，提出了一个新概念，叫做“床面惯性”，他们认为“床面惯性”是一个特性，并且开始做出实验，他提出的公式为： 在这个公式中，水流的推移质挟沙力为gb，gbin是指进入河段的推移质输沙率，而河床冲刷率用dD/dt来表示。为了能够更加准确的数据说明，王兆印利用了100组的清水试验还有33组的挟沙水流来做出说明，得出的结论是床面惯性随泥沙的分选而增多。 四、水流挟沙能力规律 所谓水流挟沙能力是指在固定的水流泥沙和本河段河床为组成的条件下，单位的水体带来的泥沙的数量。在解决工程泥沙问题之前，