课程文献中心 更多>>

关键词： 氨   一氧化二氮   乙烯   高能电子散射   非共振X射线散射   动力学参数   一阶玻恩近似  

摘要： 探索原子分子的微观性质和相互作用规律一直都是物理学的一个重要研究领域。原子分子是构成宏观物质世界的基本单元,它们与光子、电子、离子等其他粒子的相互作用广泛存在于天体、大气、等离子体等客体环境中。原子分子的微观性质和相互作用规律由其结构和动力学参数定量描述,这些参数不仅能够揭示原子分子的波函数信息,还能作为重要的基础数据应用于等离子体物理、大气物理、天体物理等领域。因此,获取精确的原子分子结构和动力学参数对深入理解微观世界的物理机制以及促进相关领域的发展具有重要意义。本论文基于高能电子散射和非共振X射线散射两种实验方法,开展了 NH3、N2O和C2H4分子的电子结构和激发动力学参数研究。主要的研究成果包括: 1.在入射电子能量1500 eV、能量分辨约80 meV的实验条件下,测量了氨分子（NH3）从基态X1A'1;跃迁到高里德伯态（?）1E"、（?）'1A'1、（?）1E'+（?）"1A"2、（?）1E'（ν'2=0-7）+(（?）1E'+（?）1A"2)（ν'2=0-4）和 （?）(ν'2=0-4)的广义振子强度。实验结果证实了最近的理论预测——（?）1E"←（?）1A'1跃迁的广义振子强度具有显著的振动效应。利用Lassettre公式拟合并外推测量的广义振子强度,我们获得了相应跃迁的光学振子强度。在此基础上,将拟和的广义振子强度曲线对动量转移平方积分,得到了各个激发态的玻恩截面,通过BE-scaling方法将偶极允许跃迁的玻恩截面重新标度后,得到了更为可信的BE-scaled积分截面。本工作报道的振子强度和截面数据不仅可以补足NH3分子的基础数据库,还加深了我们对散射机制的认识; 2.在入射电子能量1500 eV、能量分辨约80 meV的实验条件下,测量了笑气分子（一氧化二氮,N2O）A1Σ-+B1Δ、C1Π、D1∑+、21Π等价壳层激发态的广义振子强度。通过详细比较本次实验结果与文献中报道的数据,我们发现在碰撞能较低或动量转移较大时,高阶玻恩项对所测C1Π和D1Σ+态的广义振子强度有显著贡献,且之前用气室测量的实验中A1Σ-+B1Δ态和C1Π态的广义振子强度可能受到了气压效应的影响。利用Lassettre公式拟合测量的广义振子强度,我们确定了相应激发态的光学振子强度,并基于BE-scaling方法获得了 N2O分子态分辨的电子碰撞积分截面。本工作测量的振子强度和积分截面不仅交叉检验了已有数据,还补充了 N2O分子的基础数据库,可以作为基准数据检验理论模型和计算代码; 3.在入射光子能量约10keV、能量分辨约1.3 eV、散射角20°-100°的实验条件下,测量了N2O分子（NT-NC-O）的弹性形状因子平方、K壳层跃迁NT/Nc:3π←1s的激发能化学位移以及相应的广义振子强度。本实验得到的K壳层激发能化学位移与之前的电子散射实验和X射线吸收实验的大部分数据相吻合,弹性形状因子平方和广义振子强度测量结果与我们的理论计算值以及文献中报道的数据也符合得很好。基于独立原子模型和测得的弹性形状因子平方,我们拟合得到了 N2O分子中N-N键的键长rNTNC=1.144±0.092 ?和N-O键的键长rNCO=1.174±0.094?,并分析了N2O分子的成键效应,发现小动量转移处成键效应更为显著。与此同时,本工作还从实验上阐明了化学环境对NT和NC原子K壳层激发态的广义振子强度的影响。由于X射线散射满足一阶玻恩近似,本工作报道的弹性形状因子平方和广义振子强度可以作为基准数据检验理论方法和传统的电子能量损失谱实验结果; 4.在入射光子能量约10 keV、能量分辨约1.3 eV、散射角30°-100°的实验条件下,测量了乙烯分子（C2H4）的弹性形状因子平方与K壳层跃迁C:π*←1s的广义振子强度。利用Lassettre公式拟合并外推测量的广义振子强度,获得了该跃迁的光学振子强度。实验数据与我们的（含时）密度泛函理论计算结果符合较好。基于独立原子模型和测得的弹性形状因子平方,我们分析了 C2H4分子的成键效应,发现小动量转移处成键效应更为显著。同时,通过对比文献中报道的理论和实验数据,我们发现Hitchcock小组通过光电离截面归一的光学振子强度与目前的结果相吻合,但他们测量的广义振子强度很可能不满足一阶玻恩近似,而且他们使用的计算方法也可能存在系统误差,导致实验与理论给出的光学振子强度和广义振子强度均出现了较大的差异。本工作阐明了已报道的理论和实验数据之间出现差异的原因,获得了经交叉检验的广义振子强度和光学振子强度实验基准。本工作对理解C2H4分子的基态电子结构和定量描述其C边K壳层激发过程具有重要意义。

关键词： 混联稳定平台   参数辨识   前馈控制   绳索驱动  

摘要： 随着陆地资源的不断消耗,各国纷纷转向对海洋资源的开发,对各种海洋作业设备的需求也逐渐提高。其中,出于对安全性的考虑,各种海浪运动补偿装置以及智能无人设备广受关注。目前,大部分海浪补偿装置使用无模型轨迹追踪的控制方案,但对于各类小型舰艇来说,其在海上受风浪影响更易发生剧烈摇荡运动。此时,传统的运动学控制就无法满足需要快速动态响应的要求。 本文以一种安装于小型无人艇的海上混联稳定平台为框架,展开基于并联稳定平台动力学模型的前馈补偿控制与基于绳驱稳定平台自运动特性的优化控制研究,从而改善机构动态响应。 首先,本文基于螺旋理论对选取的机构进行了完整的运动学分析,在验证了运动学结果准确性后,运用虚功原理结合牛顿-欧拉法建立机构的动力学模型。 此外,因为本文研究的机构是由传统的多刚体并联稳定平台与绳索驱动的绳驱稳定平台组成的混联稳定平台,先进行多刚体机构控制的优化,对于刚体机构优化的思路在于基于动力学参数将模型线性化,然后设计合适的激励轨迹,使用数据拟合的方法获取更加准确的动力学参数,最后搭建前馈控制系统来满足机器人高性能运动控制的要求。 对于柔性绳索驱动的绳驱稳定平台,其机构本身因为绳索的惯性小所以拥有快速响应的特性,对其控制方案进行改进的思路主要集中于设计目标函数进行优化控制,节省绳索使用过程的形变与损耗。

关键词： 中子动力学参数   蒙特卡罗方法   OpenMC   反复裂变几率法   共轭通量  

摘要： 在宽范围次临界工况下测量准确的控制棒价值,是棒控长寿期反应堆工程领域急需突破的关键技术。针对目前次临界反应性测量在效率、准确度及安全性方面所面临的问题,为了准确获得合理的绝对反应性,需要精确的中子动力学参数。中子动力学参数是建立反应性实验测量值与理论计算的绝对反应性值的桥梁,是反应堆动力学过程的表征参数。然而现有的中子输运计算程序无法在深次临界条件下同时计算得到接近真实的中子动力学参数。 本文针对基于中子动力学参数的宽范围次临界绝对反应性测量需求,分析了目前主流的中子动力学参数计算方法,其中确定论方法计算得到的中子动力学参数不够精确,与此同时,更精确的蒙特卡罗方法大多采用传统λ本征值模式的正则中子通量计算中子动力学参数,依然无法计算深次临界问题。因此本文提出了基于α模式正则通量的中子动力学参数计算方法,采用λ模式共轭通量和更具中子实际动态渐进行为的α模式正则通量来计算深次临界度下的中子动力学参数。在保证计算精度的前提下,同时考虑程序实现规模,本文基于反复裂变几率法,以开源蒙特卡罗输运程序OpenMC为基础,开发共轭通量计算功能。结合α本征值问题计算程序OpenMC-PA提供的α本征值及α模式的正则通量,开发了基于α模式的连续能量蒙卡程序次临界中子动力学参数计算程序OpenMC-KP,从而计算得到接近真实的缓发中子有效份额βeff、有效中子代时间Λeff。最后以Godiva临界实验装置与不同次临界度MUSE-4次临界实验装置为验证对象进行方法确认以及程序应用。 结果表明,对于结构简单的Godiva临界实验装置,本文开发的OpenMC-KP程序计算得到的共轭通量与实验值相比,平均偏差在5%以内。对于结构复杂的MUSE-4次临界实验装置,共轭通量计算结果与实验值平均偏差在5%以内,最大偏差8.8%。其中子动力学参数计算结果与实验结果最大偏差153pcm,都在相应的统计误差要求范围内。通过对比基于不同模式下的正则通量的中子动力学参数计算结果可以发现,基于α模式正则通量计算得到结果比基于λ模式正则通量得到的结果更接近实验值。证明了本文研究的次临界中子动力学参数计算方法的正确性和程序研制的有效性。在对不同次临界度的MUSE-4装置进行应用研究中,随着次临界度的加深,α本征值逐渐变小,而βeff与Λeff逐渐增大,符合中子动力学参数物理特性,证明了本文开发的中子动力学参数计算程序在宽范围次临界度问题计算应用的适用性。实现了宽范围次临界中子动力学参数的高精度计算,为反应堆宽范围次临界状态下高精度、高效率绝对反应性测量提供数据支持。

关键词： 学制   音乐课标   音乐教育   学科建设   社会历史变迁  

摘要： 学制与课标是贯彻实施音乐教育方针、政策的重要文件，体现着政府教育主管部门的行政意志，指引着音乐教育学科的发展方向，对其进行梳理和分析，是把握音乐教育学科历史演变的必要手段，也是进一步探究我国音乐教育学科发展理路的重要补充。本文将学制与课标放置于社会历史变迁的宏阔语境中进行观照，通过考察学制、课标对音乐教育的指引作用，以及与社会历史变迁之间的互动关系，揭示我国音乐教育学科建设理路，以期助力学科多层面、多维度纵深发展。

关键词： 微小型机器鱼   尾鳍推进   动力学分析   机载传感器  

摘要： 有别于常规水下螺旋桨推进系统,模仿生物系统的柔性身体和横摆尾翼的仿生推进方式提高了水下机器人的推进效率,减弱了噪声和尾流的产生。新型驱动方式以及集成控制传感技术使得智能水下机器人得以微小型化。微小仿生型机器鱼,在军事侦察、海洋生物监测等应用领域有很大潜力,其中尾鳍驱动的微小型机器鱼成为了研究的主要方向之一。相较于常规尺寸的螺旋桨推进的水下设备,尾鳍驱动的微小型机器鱼的推进机制和机身结构都有很大的区别,对于微小型机器鱼的动力学模型研究及其仿真模型参数辨识需要考虑其驱动和机体运动特点进行更具针对性的研究。本文以一种压电驱动式双尾鳍驱动微小型机器鱼为研究对象,建立了从压电驱动到机器鱼运动动力学模型,重点针对模型中的动力学特性参数,结合集成应变传感器的尾鳍摆动传感数据和搭载惯性传感器的机体游动状态传感数据进行动力学模型参数辨识,并以此建立尾鳍驱动机器鱼动力学仿真模型,以应用于机器鱼的机体设计与控制设计研究。 首先建立双尾鳍推进的机器鱼动力学模型。对机器鱼原型机的压电驱动器和传动机构、尾鳍驱动原理以及机体平面运动进行研究,建立包含驱动源-传动放大-推进力-机身运动的完整映射链解析模型。对于该非线性模型,除去机身本身质量与转动惯量等结构固有参数,其它动力学特性参数需要通过机体集成传感器对驱动与运动信息的测试并解算获得。 动力学模型参数辨识研究重点在于水动力系数的确定,包括尾鳍流体系数和机体阻尼系数。为确定尾鳍驱动部分的动力学参数,设计并制作了压敏电阻式和压电式两种尾鳍集成式传感器,用于感知尾鳍摆动中流体作用在柔性尾鳍面上的横向力变化,基于柔性敏感膜材料以及高精度激光加工技术实现尾鳍集成传感结构的制作,通过仿尾鳍摆动测试获得尾鳍受横向力传感数据。然后为准确获得机体运动状态信息,针对机载六轴惯性传感器,进行传感器输出加速度与角速度数据标定,并通过扩展卡尔曼滤波进行姿态估计,获得无重力加速度影响的机体加速度数据以及精确估计的姿态数据。 通过尾鳍摆动测试、机体推力测量和游动测试,基于传感器测量数据实现了尾鳍驱动力系数和机体运动惯性与阻尼系数的解算与辨识。在Simulink实验平台上搭建了尾鳍驱动机器鱼动力学仿真模型,并进行了初步的运动控制仿真应用。 本文创新性提出了一种尾鳍驱动式微小型机器鱼动力学仿真模型建立实验方法,针对动力学模型参数解算进行的传感模块及算法开发和解算方法设计,以及建立的仿真模型,为仿生机器鱼的设计和控制研究提供了高效的仿真平台技术支持。

关键词： 月壤   动力学参数   图像处理   动弹性模量   动阻尼比   参数反演  

摘要： 月壤力学参数的确定决定着探月工程与月球科研站建立的成功与否。目前,我国所拥有的科技技术难以实现月球原位测试并直接获得月壤力学参数性质,且由月球探测器携带返回的月壤珍贵稀少并不能用于大型室内动力学试验。人类对月壤力学参数的认知仍停留在阿波罗11号月壤,而月壤的力学性质将直接影响月球探测器的安全降落与月球科研站的建立。基于探月雷达监测到的月面下月壤的分层结构,若想获得多层月壤的不同力学性质存在一定难度。 鉴于此,本文依据前人研究进展,利用软着陆冲击动力学模型,制作嫦娥四号1/6比尺模型,自主设计室内月面还原性冲击试验,提出了一种基于机器视觉原理的非接触的方式,并结合信号处理技术、图像识别处理技术、位移反分析法等技术手段,对嫦娥四号着陆区域的艾特肯盆地(SPA)月表土壤的动力学参数进行反演分析。研究主要获得以下成果: (1)设计室内着陆冲击试验获取位移轨迹曲线。 通过制作1/6比尺模型并设计着陆冲击试验,利用动态信号处理技术,获得了着陆冲击过程中的加速度、位移曲线数据,并分析着陆冲击过程的加速度、位移变化特性;通过降落相机采集试验过程中的影像,并利用图像处理技术编写GUI界面以实现图像数据的批量处理,获得了足垫面积占比随时间的变化曲线及拟合方程;通过机器视觉成像原理,计算获得足垫面积占比与着陆器竖向位移之间的相关关系方程。 (2)通过室内参数测定试验,获得试验砂土物理力学参数取值。 通过设计进行量筒法和振动法试验,获得了砂土的密度;通过进行饱和砂土直剪试验,获得了砂土的内摩擦角及抗剪强度;通过室内三轴压缩试验,获得砂土的动弹性模量及动阻尼比与应变的相关关系,并获得动弹性模量与动阻尼比之间的相关关系方程。 (3)提出力学参数反演方法,获得砂土动弹性模量及动阻尼比组合最优解。 通过进一步推导着陆冲击动力方程,分别获得了动弹性模量及动阻尼比与位移之间的相关关系;采用二分法对动弹性模量及动阻尼比组合值进行反演分析,利用对动弹性模量及动阻尼比组合循环取值直到使反演位移与实测位移几乎重合,获得了砂土动弹性模量及动阻尼比组合的最优解。 (4)编写图像处理GUI界面进行嫦娥四号降落序列图像处理。 通过MATLAB自行编制的图像处理软件,对嫦娥四号影像资料进行逐帧取图及图像预处理并成功获取足垫面积占比变化曲线;依据机器视觉成像原理,获得了嫦娥四号的位移轨迹曲线及方程。 (5)利用力学参数反演方法,结合仿真分析,获得月壤动弹性模量及动阻尼比组合最优解。 基于上述力学参数反演方法,获得了嫦娥四号着陆区月壤动弹性模量及动阻尼比组合的最优解;采用有限元仿真的方式,将反演结果作为输入值进行模拟分析获得其位移轨迹曲线;仿真位移轨迹与反演位移轨迹几乎重合,最终验证了动弹性模量及动阻尼比组合值的有效性。