高速冲击载荷下考虑乘员安全的均质梁动态响应

1

作者 张杜江 赵振宇 +2 位作者 张智扬 高辉遥 卢天健 《应用数学和力学》 北大核心 2025年第3期271-282,共12页

为了提升装甲车防护结构抗爆性能,保障乘员生命安全,开展了高速冲击载荷下考虑乘员安全的均质梁动态响应研究.首先,基于泡沫铝弹丸冲击均质梁-弹簧-质量块样件实验工装,测量了不同冲击速度下的质量块位移随时间变化曲线;然后,建立了相... 为了提升装甲车防护结构抗爆性能,保障乘员生命安全,开展了高速冲击载荷下考虑乘员安全的均质梁动态响应研究.首先,基于泡沫铝弹丸冲击均质梁-弹簧-质量块样件实验工装,测量了不同冲击速度下的质量块位移随时间变化曲线;然后,建立了相应的数值模型进行仿真计算,并开展理论计算,当泡沫铝弹丸速度较高时,仿真、实验与理论结果吻合较好;最后,基于验证的数值仿真方法,系统讨论了泡沫铝弹丸冲击速度、质量块质量、弹簧刚度和阻尼系数对质量块峰值位移、峰值加速度的影响.结果表明:随着泡沫铝弹丸速度增大,质量块峰值位移、峰值加速度都增大;质量块峰值位移对质量块质量、弹簧刚度变化不敏感;质量块峰值加速度随其质量增加而降低,随弹簧刚度、阻尼系数增加而增加.研究结果验证了理论和仿真方法的正确性,为使用理论、仿真方法快速设计高速冲击载荷下的高性能防护结构提供了支撑. 展开更多

关键词 冲击 乘员安全 质量-弹簧-阻尼系统 动态响应

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浅埋爆炸下考虑乘员安全的防雷底板设计理论模型 被引量：1

2

作者 张杜江 赵振宇 +3 位作者 褚庆国 贺良 任建伟 卢天健 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期786-796,共11页

浅埋爆炸载荷下,为更好地开展装甲车防雷底板设计,建立了考虑附加质量-弹簧-阻尼系统的均质梁动态响应理论模型,并采用有限元仿真分析进行验证,理论与仿真结果吻合良好。基于所建立理论模型,分别讨论了炸药质量、均质梁屈服强度、弹簧... 浅埋爆炸载荷下,为更好地开展装甲车防雷底板设计,建立了考虑附加质量-弹簧-阻尼系统的均质梁动态响应理论模型,并采用有限元仿真分析进行验证,理论与仿真结果吻合良好。基于所建立理论模型,分别讨论了炸药质量、均质梁屈服强度、弹簧刚度、阻尼系数和边界条件对均质梁中点和质量块峰值位移、速度、加速度的影响。结果表明:随着TNT质量增大和均质梁屈服强度减小,均质梁中点峰值位移、质量块峰值位移、速度、加速度都增大;当弹簧刚度相同时,随着阻尼系数的增加,均质梁中点峰值位移减小,质量块峰值加速度增大;当阻尼系数一定时,弹簧刚度对均质梁中点的峰值位移和质量块峰值加速度影响较小;针对不同弹簧刚度,选择适当的阻尼系数可以降低质量块峰值速度。 展开更多

关键词 浅埋爆炸 防雷底板 乘员 理论模型 质量-弹簧-阻尼系统

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速度滑冰比赛服个性化样板生成方法

3

作者 肖伯祥 张悦 +2 位作者 胡志远 赵欲晓 刘莉 《纺织学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期146-153,共8页

速度滑冰比赛服是重要的运动装备,为解决速滑比赛服定制中样板与个性化体型匹配度较差和制版效率低的问题,提出一种基于质点-弹簧系统的样板生成方法。首先,扫描运动员三维体型,根据体型特征和比赛服分割线提取各主要衣片的三维模型网格... 速度滑冰比赛服是重要的运动装备,为解决速滑比赛服定制中样板与个性化体型匹配度较差和制版效率低的问题,提出一种基于质点-弹簧系统的样板生成方法。首先,扫描运动员三维体型,根据体型特征和比赛服分割线提取各主要衣片的三维模型网格;基于三维网格建立质点-弹簧模型;同时,对比赛服弹性面料进行多角度拉伸试验测量面料力学属性,以确定质点-弹簧模型的参数;然后,将衣片三维模型向二维平面投影,给定模型参数和约束条件在二维平面内对质点-弹簧模型进行迭代,在内部能量最小化目标约束下模型收敛后,获得的边界形状即认为是该衣片的样板;最后,经过服装CAD样板调整和裁剪缝纫等加工工艺步骤制作比赛服样衣,经运动员试穿评价后微调得到最终的个性化比赛服样板。试验结果表明,生成样板的测量误差在可接受范围以内,运动员主观试穿反馈样衣合体度良好,本文方法能够有效实现速度滑冰比赛服个性化样板生成,从而为速滑比赛服定制制版提供有效的技术支持和实用工具。 展开更多

关键词 速度滑冰 比赛服 样板制作 个性化定制 样板生成 质点-弹簧系统

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应用弹簧-质点模型的双贾卡提花织物形变仿真 被引量：9

4

作者 张爱军 蒋高明 +1 位作者 李欣欣 李红梅 《纺织学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期146-151,共6页

为改善双贾卡提花经编织物的结构形变仿真效果,在分析双贾卡织物线圈结构形变影响因素的基础上,建立了成圈型、压纱型和衬纬型线圈几何结构模型;在传统的弹簧质点模型基础上进行改进,取线圈根部作为质点,线圈之间的延展线为弹簧,根据双... 为改善双贾卡提花经编织物的结构形变仿真效果,在分析双贾卡织物线圈结构形变影响因素的基础上,建立了成圈型、压纱型和衬纬型线圈几何结构模型;在传统的弹簧质点模型基础上进行改进,取线圈根部作为质点,线圈之间的延展线为弹簧,根据双贾卡提花特点,针对压纱贾卡与衬纬贾卡设定虚拟质点,建立双套弹簧系统;根据牛顿第二定律和显式中点法,计算质点在二维平面的运动形态,从而确定线圈的偏移方向和偏移量;利用建立的弹簧-质点模型与力学分析模型在VC++语言下实现了双贾卡提花经编织物的二维静态仿真,通过实际样例与对应仿真效果对比,验证仿真方法。 展开更多

关键词 经编 提花织物 压纱贾卡 衬纬贾卡 弹簧-质点模型 仿真

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薄膜型声学超材料的低频吸收性能研究 被引量：13

5

作者 曹卫锋 白鸿柏 朱庆 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2018年第14期188-194,238,共8页

设计一种能够有效吸收低频声波的镶嵌薄膜结构,镶嵌薄膜结构是由若干个质量-弹簧振子系统和带有硬质边框的硅橡胶薄膜构成。当进入镶嵌薄膜结构中的弹性波与质量-弹簧构成的谐振系统发生共振时,就可实现对低频声波起到理想的吸收效果。... 设计一种能够有效吸收低频声波的镶嵌薄膜结构,镶嵌薄膜结构是由若干个质量-弹簧振子系统和带有硬质边框的硅橡胶薄膜构成。当进入镶嵌薄膜结构中的弹性波与质量-弹簧构成的谐振系统发生共振时,就可实现对低频声波起到理想的吸收效果。研究了镶嵌薄膜结构的声学机理,建立一种局域共振形式的胞元模型,探讨了负有效质量的材料属性。利用有限元仿真模拟,得到了子结构胞元和镶嵌薄膜结构的振动形态,通过谐振单元的理论形式与结构胞元的振动形态进行比较,得到二者吸收机理相同的结论,进一步证明了薄膜对集中质量的牵引力作用与入射声波激励作用的等效关系。同时,对两种不同刚度的薄膜材料进行仿真分析,比较振动形态对声波吸收形式的差异。分别对两种刚度不同的薄膜的声学超材料进行试验研究,同时,研究了结构胞元与周期结构的声学特性关系。结果表明:质量-弹簧系统对低频声波的吸收有很大影响。 展开更多

关键词 薄膜超材料 质量-弹簧系统 局域共振 负有效质量 子结构胞元

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一种新型压电俘能器的振动特性分析及性能研究 被引量：6

6

作者 曹东兴 吴鹏 +1 位作者 张伟 姚明辉 《动力学与控制学报》 2015年第4期300-307,共8页

基于压电效应设计了一种包含屈曲梁、质量块和非线性弹簧的新型压电俘能器结构,并对其进行了振动响应分析.首先基于Euler-Bernoulli梁理论,利用Hamilton原理建立了压电俘能器结构的非线性动力学方程,通过Galerkin离散后数值分析了结构... 基于压电效应设计了一种包含屈曲梁、质量块和非线性弹簧的新型压电俘能器结构,并对其进行了振动响应分析.首先基于Euler-Bernoulli梁理论,利用Hamilton原理建立了压电俘能器结构的非线性动力学方程,通过Galerkin离散后数值分析了结构参数对系统一阶固有频率的影响;进一步利用多尺度法对系统进行摄动分析,研究了系统的稳态幅频特性,数值分析了各系数对幅频响应曲线的影响,结果表明该结构在简谐激励作用下会存在多种跳跃现象;最后数值分析了压电俘能器的发电性能,讨论了激励幅值和初始静挠度对发电电压的影响. 展开更多

关键词 能量采集 屈曲梁-质量-弹簧系统 幅频特性 非线性振动

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任意移动质量弹簧列作用下梁桥动力响应分析 被引量：2

7

作者 李小珍 单春胜 +2 位作者 张志俊 吴金峰 张景峰 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第5期693-699,801,共7页

将简支梁简化为Euler梁,基于振动理论推导建立了用于桥梁动力响应分析的任意移动质量弹簧列模型,并通过适当的参数选取将其退化成任意移动荷载列模型,使得两类经典模型合二为一。通过计算表明:在共振车速下,质量弹簧列模型条件下的桥梁... 将简支梁简化为Euler梁,基于振动理论推导建立了用于桥梁动力响应分析的任意移动质量弹簧列模型,并通过适当的参数选取将其退化成任意移动荷载列模型,使得两类经典模型合二为一。通过计算表明:在共振车速下,质量弹簧列模型条件下的桥梁响应较荷载列模型小;而在非共振车速下,两类模型条件下的桥梁响应差别不大。此外,对高铁简支梁应用分析可知:一定条件下在32m梁上行驶的车辆长度控制在19-23m范围内较合适;且该梁的共振车速约为156m/s、52m/s、39m/s,消振车速约为134m/s、78m/s、57m/s。这在实际应用时应予以注意。 展开更多

关键词 移动质量弹簧列 移动荷载列 动力响应 数值分析 实例验证

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船艏正撞刚性墙力—撞深关系的简化公式研究 被引量：11

8

作者 孟德巍 王君杰 《防灾减灾工程学报》 CSCD 2011年第2期160-165,共6页

面向工程应用,基于船艏正撞刚性墙的有限元碰撞计算,提出了撞击力—船艏撞深关系的基本简化公式,以应用于船撞桥的质量-弹簧体系简化动力分析模型的有限元计算。使用LS-DYNA软件,通过3000~50000 DWT（dead weight tonnage,载重吨）范围... 面向工程应用,基于船艏正撞刚性墙的有限元碰撞计算,提出了撞击力—船艏撞深关系的基本简化公式,以应用于船撞桥的质量-弹簧体系简化动力分析模型的有限元计算。使用LS-DYNA软件,通过3000~50000 DWT（dead weight tonnage,载重吨）范围内4艘典型船舶的有限元碰撞分析,得到了船舶在1.0~5.0 m/s冲击速度范围内,与刚性墙面正撞的撞击力—撞深样本曲线。根据对样本曲线的观察,提出了一种基本的撞击力—撞深关系的简化数学公式,并统计得到了公式中各参数的表达式。船桥碰撞实际工况的有限元计算对比表明,提出的简化公式可以满足船桥碰撞简化动力分析的需要。 展开更多

关键词 船桥碰撞 质量-弹簧体系 撞击力—撞深关系 简化公式

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实时布料运动仿真技术 被引量：2

9

作者 蔡洪斌 靳碧鹏 何明耘 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期242-245,共4页

针对同时要求布料运动实时性、真实性和稳定性的应用,该文从简化布料运动仿真模型和改进积分方法着手,提供了实时布料运动仿真方法。使用该方法实现的布料仿真系统速度快、稳定性好,且易于实现。

关键词 布料运动 质点-弹簧系统 Verlet积分

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弹簧质量对弹簧谐振子圆频率的影响 被引量：20

10

作者 刘大鹏 关荣华 《大学物理》 北大核心 1995年第10期22-24,共3页

将弹簧质量离散化后，导出弹簧振子系统的本征方程，指出系统的本征回频率不只一个，并且给出了求弹簧振子回频率的公式。

关键词 弹簧振子系统 本征方程 圆频率

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二阶振动系统的解耦条件及算法研究 被引量：1

11

作者 沈继红 胡波 +1 位作者 王侃 金鑫 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2012年第18期89-92,156,共5页

针对二阶振动系统的解耦问题,给出了二阶振动系统可解耦的条件及其相应证明。针对可解耦的二阶振动系统,提出同谱构造解耦算法。数值试验中验证了解耦条件的正确性,实现了一个二自由度质量弹簧系统的同谱解耦,并与近似解耦算法的谱特征... 针对二阶振动系统的解耦问题,给出了二阶振动系统可解耦的条件及其相应证明。针对可解耦的二阶振动系统,提出同谱构造解耦算法。数值试验中验证了解耦条件的正确性,实现了一个二自由度质量弹簧系统的同谱解耦,并与近似解耦算法的谱特征进行了对比。结果表明:解耦条件判断简便且适合所有质量矩阵非奇异的二阶振动系统,同谱构造解耦算法实现完全同谱。 展开更多

关键词 二阶振动系统 解耦条件 同谱解耦 质量弹簧系统

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基于自适应网格划分的针织物仿真 被引量：2

12

作者 胡新荣 汪卓 +3 位作者 刘军平 彭涛 李敏 李丽 《现代纺织技术》 北大核心 2022年第5期21-30,59,共11页

为了提高针织物仿真效率并保证仿真效果的真实性,提出一种利用纱线模型周期性的方法。该方法首先建立网格与纱线模型之间的对应关系,然后对网格模型与纱线模型分别进行仿真。在整体形变效果方面以网格仿真为主,为了加快网格仿真速度、... 为了提高针织物仿真效率并保证仿真效果的真实性,提出一种利用纱线模型周期性的方法。该方法首先建立网格与纱线模型之间的对应关系,然后对网格模型与纱线模型分别进行仿真。在整体形变效果方面以网格仿真为主,为了加快网格仿真速度、提高低分辨率网格下的形变效果,仿真过程中使用自适应网格划分技术,根据形变的程度适当地细分与粗化相应位置的网格模型,并计算网格面的应变。在微观形变细节方面,使用不同的应变参数的输入对纱线最小重复单元进行仿真,得到该重复单元的输入应变参数与能量密度之间的关系。最后通过网格模型中得到的应变参数输入,将仿真结果映射到经过网格仿真输出的网格模型上。对5种不同针法的织物进行仿真实验,结果表明该方法比起传统网格仿真方法有更接近真实的形变效果,仿真过程中使用的模型顶点与网格数量相比输入网格减少20%~30%,并且在时间效率上最多能够提升39.7%。 展开更多

关键词 自适应网格划分 纱线模型 弹簧质点模型 针织物仿真

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基于弹簧-质点系统的薄膜结构曲面展开算法 被引量：12

13

作者 毛国栋 孙炳楠 徐浩祥 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第8期1238-1242,共5页

将用三角形描述的空间膜片映射到初始二维膜片上,并使初始二维膜片与被展空间膜片在参数域与空间域具有相同的拓扑结构.描述空间膜片的三角形与描述平面膜片的三角形的边长存在差异,采用单元节点力代替此差异,节点质量由节点周围的膜单... 将用三角形描述的空间膜片映射到初始二维膜片上,并使初始二维膜片与被展空间膜片在参数域与空间域具有相同的拓扑结构.描述空间膜片的三角形与描述平面膜片的三角形的边长存在差异,采用单元节点力代替此差异,节点质量由节点周围的膜单元面积确定,得到了描述系统运动的拉格朗日方程.在求解方程时,每个时间段迭代初始速度置为零,计算过程中节点匀速运动,从而有效地避免了振幅过大和发散问题,收敛速度明显加快.平面膜片的局部精度通过弹簧弹性变形系数予以控制,能够满足膜片边界要求.该曲面展开方法具有精度高、计算速度快和易收敛的特点. 展开更多

关键词 膜结构 弹簧-质点系统 膜面展平 动力算法

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基于质点刚性杆模型的织物三维模拟 被引量：2

14

作者 修毅 李长锋 《纺织学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第10期112-116,共5页

分析质点弹簧模型的基本原理、方法及其特性,将织物离散化成呈正方形分布的质点网格,把质点的弹簧连接变成刚性杆相连,并将作用在质点上的外力通过刚性杆直接传递到相邻质点上,构建了质点刚性杆模型。根据牛顿基本物理学定律,建立织物... 分析质点弹簧模型的基本原理、方法及其特性,将织物离散化成呈正方形分布的质点网格,把质点的弹簧连接变成刚性杆相连,并将作用在质点上的外力通过刚性杆直接传递到相邻质点上,构建了质点刚性杆模型。根据牛顿基本物理学定律,建立织物的力学方程,采用Verlet积分法对质点空间位移进行计算,利用Jacobi松弛算法保证质点间刚性杆的约束特性,实现对织物三维状态的模拟。同时,设置了空间物体,实现了织物对外界物体碰撞的简单处理,验证了模型对多约束叠加的适应性。该模型简单实用,其算法收敛稳定,并获得良好的实时效果。 展开更多

关键词 织物三维模拟 弹簧质点系统 刚性杆 Verlet积分法 Jacobi松弛算法

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基于集中质量法的普通圆锯片及基体开槽圆锯片振动响应分析 被引量：6

15

作者 姚涛 段国林 +1 位作者 张家谔 田永军 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第3期496-501,13,共6页

针对普通圆锯片及基体开槽圆锯片的振动响应问题,首次引入集中质量法建立了圆锯片无阻尼多自由度弹簧-质量系统模型。将开槽等效为去除槽分布对应区域内的弯曲弹簧,分别构造了普通圆锯片、基体开径向槽以及周向槽三类圆锯片振动系统模... 针对普通圆锯片及基体开槽圆锯片的振动响应问题,首次引入集中质量法建立了圆锯片无阻尼多自由度弹簧-质量系统模型。将开槽等效为去除槽分布对应区域内的弯曲弹簧,分别构造了普通圆锯片、基体开径向槽以及周向槽三类圆锯片振动系统模型的质量矩阵与刚度矩阵,并进行了简谐激励响应分析。采用振幅强度因子作为衡量锯片振动强度的指标,通过求解获得了振幅强度因子与频率关系的幅频响应特性曲线,将计算结果同有限元法的结果进行对比分析,结果表明：当峰值对应频率在0～750Hz范围内时,二者的一致性较好;当峰值对应频率大于750Hz时,开始出现较大偏差,验证了集中质量法用于计算圆锯片结构低频固有特性的正确性。本文研究结果对于求解存在几何缺陷的连续体弹性薄板的振动响应具有一定的参考价值。 展开更多

关键词 开槽圆锯片 多自由弹簧-质量系统 集中质量法 固有频率

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固定-固定型无阻尼弹簧质点系统的质量约束问题 被引量：1

16

作者 黄贤通 胡锡炎 张磊 《应用数学》 CSCD 北大核心 2007年第1期70-75,共6页

本文讨论了系统总质量约束下的固定-固定型无阻尼弹簧质点系统的构造问题,得到了该问题的可解性条件,给出了解的表达式和数值算法,算例说明算法是有效的.

关键词 逆振动问题 逆特征问题 弹簧质点系统 优化设计问题

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充气薄膜结构的SMS展开分析方法 被引量：2

17

作者 肖潇 关富玲 徐彦 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期302-306,共5页

为有效分析充气薄膜结构的展开,提出基于能量原理分析充气薄膜结构展开的SMS方法,即弹簧-质点系统方法.对卷曲折叠充气直管采用SMS方法进行数值模拟,并与实验结果进行对比分析,发现其结果吻合良好,验证了这种方法的正确性.运用SMS方法... 为有效分析充气薄膜结构的展开,提出基于能量原理分析充气薄膜结构展开的SMS方法,即弹簧-质点系统方法.对卷曲折叠充气直管采用SMS方法进行数值模拟,并与实验结果进行对比分析,发现其结果吻合良好,验证了这种方法的正确性.运用SMS方法分析不同充气速率对卷曲折叠充气管展开过程的影响以及充气圆环管和充气膜面的展开过程及动力性能.与传统的有限元方法比较,SMS方法建模简单,思路清晰,数值稳定性好. 展开更多

关键词 充气结构 展开动力学 膜 展开分析 弹簧-质点系统

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基于质点弹簧模型的织物形象化仿真技术与展望 被引量：7

18

作者 顾沁婷 李艳梅 刘翔 《纺织学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期147-153,共7页

基于质点弹簧模型的织物变形仿真技术是当前织物仿真模拟的研究热点,为此,简要综述了织物变形仿真技术的几种典型模型,着重阐述了由Provot提出的基于质点弹簧模型的织物变形仿真方法。其次,从优化模型参数、提高模拟系统的稳定性以及减... 基于质点弹簧模型的织物变形仿真技术是当前织物仿真模拟的研究热点,为此,简要综述了织物变形仿真技术的几种典型模型,着重阐述了由Provot提出的基于质点弹簧模型的织物变形仿真方法。其次,从优化模型参数、提高模拟系统的稳定性以及减缓超弹性现象3个方面介绍了基于质点弹簧模型的优化手段,并分析比较各优化模型的优缺点,提出计算机视觉技术与算法应同织物的物理模型相结合的仿真思路。最后,对质点弹簧模型的未来研究方向进行展望,认为质点-弹簧模型应在建立仿真效果评价,提高模型整体性能与应用领域等方面深入研究,从而更加有效地帮助生产者或设计者合理地选择和使用织物。 展开更多

关键词 织物仿真 质点-弹簧模型 模型参数 系统稳定性 超弹性现象

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双弹簧振子的振动分析 被引量：4

19

作者 蔡旭初 高脐雯 吴文英 《东华大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2004年第5期136-138,共3页

利用分析力学中的拉格朗日方程,推导出了双弹簧振子在小振幅情形下的非线性微分方程,并采用同伦摄动法解出了方程的一阶近似解及一阶近似周期,为工程应用提供了理论基础。

关键词 双弹簧振子 拉格朗日函数 同伦摄动法 一阶近似解 近似周期

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基于机械振动理论方法的有机磷杀虫剂分子的QSAR研究 被引量：1

20

作者 仇明华 赵立刚 曾荣今 《湘潭大学自然科学学报》 CAS CSCD 2004年第3期77-82,共6页

　将有机磷杀虫剂分子当作一个多自由度弹簧-质量振动系统处理,用机械振动理论方法计算出分子系统的自由振动固有频率,选择其中的基频和总频作为分子结构信息指数,构建QSAR数学模型:logLD50=a+bW0+cΣWi.通过多元回归分析,得到有机磷杀... 　将有机磷杀虫剂分子当作一个多自由度弹簧-质量振动系统处理,用机械振动理论方法计算出分子系统的自由振动固有频率,选择其中的基频和总频作为分子结构信息指数,构建QSAR数学模型:logLD50=a+bW0+cΣWi.通过多元回归分析,得到有机磷杀虫剂的定量结构-毒性相关模型:logLD50=-10.2290-17.0472W0+2.0664ΣWi(n=47,r=0.9444,s=0.2628,F=182).用该模型计算了47种有机磷杀虫剂分子的急性毒性指标LD50值,计算结果与实验结果的平均绝对误差小于0.22,优于其它方法的研究结果. 展开更多

关键词 有机磷杀虫剂 急性毒性(LD50) 多自由度弹簧-质量振动系统 固有频率 定量结构-活性关系(QSAR)

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