SITP项目

第二期SITP项目简介

摩擦驱动系统仿真实验

方虹斌

 

课题名称		摩擦驱动系统仿真实验
申请经费		2000.00		起止时间		2007年6月至2008年6 月
申请人或申请团队	姓名	年级	所在院系、专业		联系电话	E-mail
	方虹斌	2004	工程力学		13601887811	aleck882@hotmail.com
	张晓	2004	工程力学		1391754439
导 师	姓名	徐鉴			职务/职称	教授
	电话	021-65985364			E-mail	xujian@mail.tongji.edu.cn

课题简介

  随着目前科学技术和自动化工业的大发展，机器人的应用日益广泛，从传统的制造领域逐渐扩充到非制造领域，许多高级生产和特种应用（包括管道检修、医疗检查、大规模集成电路等）需要各种微型机器人的参与。在机器人运动过程中，机器人与外界介质存在着摩擦，包括滑动摩擦、粘滞阻尼等，都直接影响到机器人的运动性能。过去的主要研究种，摩擦或者阻尼的动力学特性都没有被详细考虑，而是想通过润滑、修改材料等方法减小其阻碍作用。但是，俄罗斯科学院院士Chernousko经过多年对“多质量系统”的研究，于2005年提出了一种双质量系统??“具有可动内部质量的系统”。一个具有可动内部质量的刚性物体，通过指定形式的内部运动以及刚性物体与外界介质之间的摩擦力，便能够在非光滑的介质上运动。这种运动力学及数学模型相对简单，但在自然科学及工程技术上都有着广泛的应用与研究价值。

  本课题研究的对象就是这种系统，即依靠摩擦驱动的动力系统。对具有可动内部质量的系统进行研究，建立系统的力学及数学模型，通过数值方法求解相应的控制方程，编写程序、开发仿真软件进行虚拟仿真实验。从理论和数值上进行运动分析与优化分析，得出这两类系统的运动规律与动力学特性等。

  对这类系统的研究，是对之前工作的继续和巨大创新；而开发这类系统的虚拟仿真软件，实时动态观察运动状况，也具有极其重要的意义。在进行理论研究的同时，结合工程实际在适当的范围内进行参数选择，将力学模型用数值、动画等方式再现，有效地为微型机器人的研究、设计等提供有力的依据。

课题创新与特色

1、  项目背景意义重大，为目前科学界所广泛关注的微型机器人。

2、  项目所建立得模型简单，但具有深层次讨论的意义，具有重大的科学意义和工程价值。

3、  项目建立的物理环境不同于以往所熟悉的光滑理想环境，而是非光滑环境，目前所有的计算程序和软件都不能处理非光滑环境的力学问题，并且没有成熟的理论。

4、  项目中所研究的物理量不再是简单的线性关系，而是不确定的分段线性关系，与国际前沿相接轨。

5、  项目要求编写适应于此模型的仿真软件，以弥补目前尚没有仿真软件能够处理分段摩擦的问题，具有很大的挑战。

成果

1、建立了具有可动内部质量系统地力学和数学模型；

2、推导其运动规律、平均速度的表达式；

3、编写适应于此非光滑、分段函数的数值计算程序；

4、数值计算，结果与Chernous的理论优化结果对照，效果很好；

5、编写虚拟仿真软件，效果良好。

 

含损伤复合结构的力学性能研究

胡立辛

课题名称			含损伤复合结构的力学性能试验研究
申请经费			10000元		起止时间		2007 年 6 月至   2008年 5 月
申请人或申请团队	姓名	年级		所在院系、专业		联系电话		E-mail
	胡立辛	三		航力学院 工程力学		13818478742		cary100h@yahoo.com.cn
	周杰梁	三		航力学院 工程力学		13916482030
导 师	姓名	袁国青				职务/职称		副研究员
	电话	13601768087				E-mail		gqyuan@mail.tongji.ed u.cn

课题简介

  飞机设计概念历经静强度设计、刚度设计、疲劳设计等多次演变而发展为现在的耐久性/损伤容限设计。损伤容限设计概念承认结构在使用前就带有初始缺陷，但必须把这些缺陷或损伤在规定的未修使用期内的增长控制在一定的范围内，在此期间，结构应满足规定的剩余强度要求，以保证飞机结构的安全性和可靠性。

  用于飞机的复合材料结构的设计也应遵循损伤容限设计准则，而复合材料结构在制造、使用和维护过程中可能会产生这样或那样的缺陷或损伤，如气泡、分层、脱胶、夹杂、贫胶或富胶、刻痕、擦伤、撞击脱胶、纤维断裂、钻孔不当、拧紧力矩过大以及操作者无意间的工具掉落、碰撞或粗暴踩踏等引起的冲击损伤等。凡此种种缺陷或损伤都将对复合材料的性能产生或大或小的影响，使复合材料的静、动强度降低，甚者几近于使复合材料破坏。因此，加强对缺陷和损伤的控制，并对潜在的缺陷和损伤将对产品性能产生的影响给出尽可能接近实际的分析和评价是十分有意义的事情。而由于问题的复杂性，到目前为止，还没有很好的理论分析模型可以对此影响进行满意的分析，试验研究仍是最重要的手段。

  通过预设某种可控缺陷，测试其性能，然后和理想条件下得到的试验结果进行对照，发现该种缺陷对材料性能的影响规律，评估含缺陷/损伤结构的承载能力，以指导材料设计和结构制造，是开展此项试验研究的意义所在。最近，国务院常务会议原则批准大型飞机研制重大科技专项，国务院决定上马大飞机项目，这为开展此项研究提供了很好的一个应用背景，我院参加的目前已在开展的“ARJ21支线飞机全尺寸尾翼与舵面复合材料结构设计、分析、制造与试验验证课题”是对开展此项研究的一个直接支撑。

课题创新与特色

1、 有明确的课题背景和长远的应用前景

2、 现代复合材料飞机结构多采用组件化整体化设计概念，胶接连接应用十分普遍，因此本项目具体结合胶接型复合结构，在胶层预设可控缺陷，定量研究缺陷尺寸对复合结构力学性能的影响，包括对自振特性的影响，这是很有新意的工作。有关结论对实际课题的开展有一定参考价值。

成果

1、符合标准规格的纤维增强塑料试件和含缺陷试件的成功制备。试件的成品。

2、对含缺陷试件的压缩，弯曲，冲击性能的测试，并与不含缺陷试件的试验结果对照。实验数据和结论。

3、通过同样的制板工艺，实验方案对部分实验进行反复试验，并且对原有的方案的不足之处进行了改进。实验数据与结果。

4、通过对试验数据及现象的分析，较为科学的得出结论。论文。

投影栅线法对结构内部缺陷检

黄维妍

课题名称		投影栅线法对结构内部缺陷检测
申请经费		0.2万		起止时间		2007年6月至2008年  5月
申请人或申请团队	姓名	年级	所在院系、专业	联系电话	E-mail
	杨国标		航空航天与力学学院	021-65982388	yanggby@mail.tongji.edu.cn
	佘仁杰	本科 四年级	航空航天与力学学院 工程力学	13764260968	macpherson@163.com
	黄维妍	本科 四年级	航空航天与力学学院 工程力学	13564408160	huangweiyan620@163.com
导 师	姓名	杨国标		职务/职称	所长/教授
	电话	021-65982388		E-mail	yanggby@mail.tongji.edu.cn

课题简介

  结构缺陷主要包括结构本身材料中的缺陷和结构设计中的缺陷，本课题中的缺陷指结构本身材料中的缺陷。包括表面缺陷和内部缺陷，表面的缺陷通常是可以看到的，其检测原理及方法相对简单。隐藏在材料和构件内部的缺陷却是具有隐蔽性和危险性。在这些地方会产生应力集中或者应力突变，影响结构的安全和使用寿命。

  在航空航天领域，飞机结构缺陷是飞机失效的主要因素之一。飞机结构缺陷不但造成巨大的经济损失，还时刻威胁飞机的安全运行，影响使用寿命，而飞机结构缺陷的无损检测是航空公司一直面临的重大技术难题。对飞机结构缺陷的原位无损检测技术的研究，及时检测出隐蔽的结构缺陷，保证飞机至少使用到设计寿命，对航空公司能否安全营运和创造利润具有很现实的意义。

  混凝土结构内部若存在不密实区或空洞等缺陷，必然会严重影响结构的承载能力和耐久性。混凝土及钢筋混凝土结构物在建造施工过程中，易导致混凝土内部形成蜂窝状不密实区或空洞。这种缺陷的存在会使结构或构件的整体承载力严重下降，在实际工程中，由于结构缺陷引起许多工程事故。因此采用有效方法查明混凝土结构缺陷的性质、范围及尺寸，以便进行技术处理,是工程建设中一个重要课题。

  本课题拟从试验的角度出发，应用投影栅线法对已知缺陷的结构进行检测，不仅扩大投影栅线法的应用范围，而且将投影栅线法与数字图像处理相结合，提高对该方法的图像处理能力。将该方法应用于无损检测中，定量的检测缺陷的位置，提高了结构的安全预防能力，同时可以防止意外事故的发生，延长结构的使用寿命，对结构的安全运营和创造利润具有现实意义。

课题创新与特色

创新点：

1、获取到的条纹与缺陷的变化量一一对应；

2、可以定量的解决结构内部缺陷尺寸问题；

3、对深度相同，形状相同，尺寸不同或者深度相同，形状不同的缺陷的定量研究有借鉴意义。

特色：

1、投影栅线法原本用于测量物体三维形貌，现可用于测量物体内部缺陷，扩大了投影栅线法的应用范围；

2、仪器化后可用于测量物体内部缺陷；

3、投影栅线法是一种无损、非接触、操作简单的检测方法

成果

调研资料汇总

理论模型确立

实验器材准备

实验获得的图像

后期处理的图像

数据处理

结题报告

微小飞行器简易风洞的设计与制造

李沙

课题名称			微小飞行器简易风洞的设计与制造
申请经费			3000元		起止时间		2007  年  6月至   2008年  5月
申请人或申请团队	姓名	年级		所在院系、专业		联系电话		E-mail
	李沙	2005级		航空航天与力学学院		13761338952		BillMorgan@126.com
	陈烨	2005级		航空航天与力学学院		13818844183		chenye1717@163.com
	成航	2005级		航空航天与力学学院		13764092965		cha0605@163.com
	裴琦	2005级		航空航天与力学学院		13671563182		jasonpq@163.com
	曾祥	2005级		机械学院		13564981735		myemailfj@sina.com
导 师	姓名	许振宇				职务/职称		副教授
	电话	13818790421				E-mail		xu_zy@mail.tongji.edu.cn

课题简介

  在飞行器设计过程中，一个必不可少的步骤是通过风洞试验，分析不同翼型、气动布局、机翼面积等设计方案的飞行器在气流速度、攻角变化时的升、阻特性，以便改善飞行器外型设计，提高其飞行效率。风洞实际上是一个人造气流通过的管道，是一种利用人造风来进行气动力实验的工具。在风洞中，人们利用人造风吹过飞机或机翼模型、来研究模型上产生的空气动力的大小和变化。项目目标是设计和制造一个低速简易风洞，用于学生的微小飞行器设计和制作，以提高同济大学学生飞行器研制活动的水平。要求风洞的最大气流速度低于50千米/小时，试验段截面积小于1 平方米，可以改变飞行器姿态和攻角角度，能够定量测量翼型或飞行器的升、阻特性。项目经费用于风洞结构的设计制造和简单的测试设备，测力设备、数据采集设备的购买已有其他解决途径。设计方案将在方案选择、材料选择、结构形式等方面遵循节能、高效、环保的原则，充分发挥同学的创造力。在项目进行过程中，使同学在项目策划、组织、管理、实施、协作等方面得到锻炼，并提高自己的科研水平，为今后从事工程项目工作或科研工作打下良好基础。目前，多所航空航天院校都对学生的飞行器设计能力予以重视，加强了学生科研活动的支持力度，纷纷成立学生飞行器创新实验室，并在软硬件建设上、在科研项目资助上提升学生的科研能力。例如，2006年哈尔滨工程大学的学生科研立项之一是“基于嵌入式系统的小型风洞实验装置”设计。本项目研制的低速简易风洞结构，可以帮助同济大学的航空爱好者在从事微小飞行器、航模的设计制造活动中，沿着正确的道路进行科研活动，减少盲目性，并避免时间与资源的浪费。

课题创新与特色

  低速简易风洞的设计与制造的过程，就是开展科学研究和工程实践的过程，需要同学经历从方案设计、结构设计、制造、调试的完整流程，有利于培养同学的项目实施能力和协作精神。同时，风洞设计需要运用空气动力学、结构力学、机械设计、电路设计、测试等多学科的知识，因此能极大地提高同学的专业素质。本项目的创新性体现在以下几个方面： 1.本项目是同学的自主创新活动。主要依靠同学自己提供设计和实施方案。 2.风洞设计是一个需要掌握较多的基础知识，也需要创造力的活动。除了需要学习和掌握空气动力学、结构力学、机械设计、电路设计、测试等理论知识，如何将这些知识工程化，也需要同学寻求创造性的解决思路。 3.节能、高效、环保原则的实现方式需要同学的创造性思路。例如，如何降低制造成本，如何减少气流的能量损失，如何减振降噪等等。

成果

1、完成调研工作，确定所要制作的风洞类型为“直流式风洞“，并大致确定尺寸范围及技术参数。

2、每位成员根据上一阶段的成果提交自己的方案，小组成员一起讨论确定了两个候选方案，并综合各个方案的优点，得到一个最优方案。

3、根据最优方案进行详细的结构设计，确定了各部分的尺寸，并根据实际情况进行相应的必要修正。

4、由最优方案及确定的其尺寸进行了CAD图的绘制，三维模型制作。

 

主洞体：                                蜂窝器截面：    

            

试验段截面：                            三维模型：

                    

 

低速翼型升阻特性研究和优化设计

李青

课题名称			低速翼型升阻特性研究和优化设计
申请经费			1500.00元		起止时间		2007年6月至2008年5月
申请人或申请团队	姓名	年级		所在院系、专业		联系电话		E-mail
	李青	05		航空航天与力学、飞行器制造工程		13795263379		liqing_003030@hotmail.com
	骆斌	05		航空航天与力学、飞行器制造工程		13918790837		aresleif@126.com
	薛邵哲	05		航空航天与力学、飞行器制造工程		27093354		55661230u@163.com
导 师	姓名	李军				职务/职称		讲师
	电话	65981290				E-mail		muziyi@mail.tongji.edu.cn

课题简介

  翼型是影响飞机气动特性的主要因素之一，不同翼型适合于不同的飞行速度，相同的翼型在不同的飞行速度、攻角下其升阻特性有很大差别。飞机设计的科学方法，需要通过风洞试验分析不同翼型在气流速度、攻角、飞行高度变化时的升、阻特性。

项目目标是根据空气动力学原理，设计各种低速翼型，经过数值风洞计算和风洞吹风试验，测量各翼型在不同气流速度、攻角、飞行高度时的升阻曲线，分析比较其升阻特性，选择超低速条件下具有最佳气动特性的翼型参数，为超低速飞行器的设计提供试验数据，以帮助同济大学的航空爱好者在微小飞行器的设计中，沿着一条科学研究的道路前行，减少盲目性和时间与资源的浪费。

项目组在学习翼型相关知识的基础上，收集了大量的翼型数据，并通过仿真实验比较各种翼型在不同雷诺数下的升阻特性，筛选出适合低速低空飞行的翼型，并取得适合低速飞行翼型定性的参数变化规律。然后通过科学的分类，将筛选出的低速翼型分组进行比较研究，通过数据统计和比较，得到翼型相对厚度、最大厚度位置、相对弯度和最大弯度位置对翼型升力系数、阻力系数和升阻比的影响敏感度，并研究出上述参数与翼型升阻特性的量化关系，可以在超低速微小飞行器设计中更加合理的选择翼型，并根据需要对翼型进行必要的修改设计，具有一定的应用价值。同时项目的实施帮助同学们养成了正确的研究方法，同学们的工程实践能力得到锻炼和提高。

课题创新与特色

  虽然飞机百年历史中已经有成千上万的翼型供后来者选择，但超低速翼型有其特殊的性能要求，而且在飞机历史上并非主流翼型，研究的不够充分，因此可以充分发挥同学的创新能力，项目研究的成果能够在一定程度上弥补超低速翼型选择和修改设计中缺乏数据支持的问题。

  项目研究采用两次比较研究，先定性研究，完成实例筛选，在进行分组进行定量分析和比较研究的方法，在相对较短的时间内，完成了课题的研究工作。

  项目同时兼顾了兴趣和工程应用的关系，既发挥了同学们的创新能力，同时培养了工程实践严谨的工作作风，同学们的创新实践能力得到了锻炼和提高。

成果

1、完成了航空模型飞行包线内常用低速翼型的升阻特性数据文件；

2、研究报告《低速翼型升组特性研究和优化设计》，研究得到了低速翼型在主要参数改变时升阻特性的改变规律，为自行设计修改翼型打下了理论基础。

航空用复合材料服役行为评价

王诗婷

课题名称		航空用复合材料服役行为评价
申请经费		2000元		起止时间	2007.7至2008.6
申请人或申请团队	姓名	年级	所在院系、专业	联系电话	E-mail
	王诗婷	大四	航空航天与力学学院飞行器制造工程	13701762383	waterbanboo@163.com
	董闽沈	大四	航空航天与力学学院飞行器制造工程	15900965861	Cndmscqq123@126.com
	罗业	大四	航空航天与力学学院飞行器制造工程
	欧阳小穗	大四	航空航天与力学学院飞行器制造工程
导 师	姓名	李岩		职务/职称	副教授
	电话	021-65985919		E-mail	liyan@mail.tongji.edu.cn

课题简介

  纤维增强高分子基复合材料在航空航天领域的应用越来越广泛，在波音新发展的B787上将采用50%（结构重量）的复合材料，空客A380也采用了25%（结构重量）的复合材料。复合材料已成为除铝合金、钛合金、钢材以外的第四大类航空材料，其使用范围已从最初的非承力件、次承力件到现在的主承力件。到目前为止，复合材料在航空中的应用已有五十多年的历史。然而，复合材料在航空领域使用过程中，不可避免地要经受各种各样的环境和外部荷载的考验。例如：外界温度的变化、各种湿度的影响（雨、雪、洪水以及潮湿的环境）、太阳光的辐射甚至各种化学物质的侵蚀 (盐水、碱溶液以及酸性介质)，交变荷载等等。随着复合材料在航空中的大规模应用，人们越来越意识到该材料的力学、化学以及热性能等方面均受到上述外界因素的影响。因此，充分了解航空用复合材料的服役行为，以保证复合材料在航空领域内的安全大规模应用，充分发挥其高强、高模、低密度、耐腐蚀性以及结构可设计性，是一项切实而必要的课题。本项目旨在通过研究、监测航空用复合材料在几种典型环境条件下性能随时间的变化，探讨该种材料在航空应用中的耐久性能，即长期性能。并利用扫描电子显微镜、动态力学分析仪，红外以及液相色谱, 分析材料降解的机理。 在对材料降解机理充分理解的基础上，合理设计加速实验，建立有效的适用于复合材料耐久性的预测模型，旨在通过短期的加速实验来预测材料的长期性能，并将预测的结果与实验结果相比较，从而验证模型的有效性。通过本项目的研究，我们期望通过对复合材料在各种环境下性能变化的监测及分析，为复合材料在航空应用中的耐久性提供有效的数据库。并通过预测模型的建立，使得通过短期的加速实验，即可获得可靠的长期性能数据，从而为纤维增强复合材料在航空领域内的大规模应用提供切实可行的理论基础。

课题创新与特色

1、复杂材料体系降解机理的研究：同金属材料、陶瓷材料、高分子材料等单一传统材料不同，纤维增强高分子基复合材料由增强材料、高分子基体以及它们之间形成的界面组成，因此，其老化行为表现得更加复杂。本研究拟从增强材料、高分子基体材料以及两者之间形成的界面分别入手，通过预先设计的各种能够在一定程度上区分各组成部分性能变化的实验，研究这些组成部分各自物理、化学以及微观结构变化与复合材料整体老化性能的关系，以及它们之间的交互作用，这些研究结果将是揭示复合材料老化机理的基础，具有重要意义。

2、基于材料降解机理的老化模型的建立：以往的材料长期性能预测模型多是建立在材料物理变化、化学热力学以及反应动力学的基础上，本研究将在这些经典模型的基础上，紧密结合纤维增强高分子基复合材料的降解机理，力争建立起能更加准确反映该种材料老化行为的预测模型。因此，所建立起的模型将是针对不同时间段内材料的降解机理，建立相应的材料在不同阶段的性能预测模型，以确保预测结果的准确性和真实性。

成果

1、通过实验得到航空用碳纤维增强环氧树脂基复合材料的制作工艺及参数，为今后的航空用复合材料制作工艺方法提供参考。

2、得到湿热及紫外光对碳纤维增强复合材料力学性能的影响数据。并通过分析得到材料力学性能与吸水量、紫外光照射时间之间的关联，得出了碳纤维增强复合材料在湿热和紫外老化条件下的老化机理，为今后提出基于降解机理的航空用复合材料的长期性能预测模型奠定了实验基础。

新型光纤传感器研究及检测应用

王晓亮

课题名称		新型光纤传感器研究及检测应用
申请经费		2000.00		起止时间	2007 年6月至2008年5月
申请人或申请团队	姓名	年级	所在院系、专业	联系电话	E-mail
	王晓亮	2005	航力学院 工程力学	13671862426	Machel_Bryant@yahoo.com.cn
	蔡秋琦	2005	航力学院 工程力学	15921205913	With11best3wishes@yahoo.com.cn
	胡大硕	2004	航力学院 工程力学	13764120221	Always_tj@hotmail.com
导 师	姓名	朱启荣		职务/职称	讲师
	电话	65982388 13601969769		E-mail	Zhuqr@mail.tongji.edu.cn

课题简介

  从上世纪70年代美国率先研究应用光纤传感器埋入复合材料至今，经过30多年的发展，光纤传感器技术已经成为结构物的智能化主动控制与无损检测的主流技术。光纤传感器埋入或粘贴于结构物中，测量内应变，探测结构损伤，对结构的振动进行传感，即形成光纤智能化材料。目前已经能够利用光纤传感器对各种的应力、应变、温度、固化度、振动、损伤与断裂等开展进行实时的监测，因此，光纤传感器研究有着诱人的前景。

  本项目中研究并应用基于马赫曾德干涉机构的新型光纤传感器，其优点为: 传感光纤结构灵巧，易于埋入待测结构内；灵敏度高，能感受到材料内部的微小变化；测量原理简单可靠，信号容易探测。这种传感器将可以检测应变、振动等参量，为工程结构的长期健康监测提供了强有力的保证。

主要内容包括：

（1）研究马赫曾德干涉型光纤传感检测系统：应用基于马赫?曾德干涉机构的新型光纤传感器，获得亮度高、反差好的条纹干涉图案；研制高耦合效率的激光、光纤耦合输入部件，并将激光光源与耦合输入部件连接成一个整体；由光电转换暗盒接收输出的干涉信号；

（2）应用该新型光纤传感器，在实验室环境下测量构件的的一般力学参量，为进一步的工程检测应用建立基础。

课题创新与特色

1、研究基于马赫曾德干涉原理的新型光纤传感器；

2、系统硬件调节方便，性能稳定，抗干扰能力强，直观可用于工程现场检测。

成果

1．关于光纤及光纤传感器理论基础、国内外研究及其应用现状等的文献查阅；

2．完成基于马赫曾德干涉原理的全光纤传感检测系统基本方案设计；

3．完成全光纤传感检测系统实验硬件设施建立。

4．应用基于马赫?曾德干涉机构的新型光纤传感器，获得亮度高、反差好的条纹干涉图案。

5. 在实验室环境下，通过成熟的电测系统测量值对整套系统进行较精确的标定。

6. 利用该新型光纤传感器进行静态载荷测试，验证了本系统的可靠性。

重型汽车非线性系统动强度研究

魏昊岩

课题名称		重型汽车非线性系统动强度研究
申请经费		2.5万元		起止时间	2007 年7月至2008年 5 月
申请人或申请团队	姓名	年级	所在院系、专业	联系电话	E-mail
	李鲲鹏	大四	土木学院
	魏昊延	大三	航空学院
	冯殿垒	大二	航空学院
导 师	姓名	方明霞		职务/职称	副教授
	电话			E-mail	mingxiafang@mail.tongji.edu.cn

课题简介

  随着公路交通系统的蓬勃发展，重型汽车作为大批量货物运输工具已经成为人们的一个重要选择，这就带动了重型汽车等大型复杂结构系统逐渐向高速度、大功率方向发展，系统的振动和动强度等问题越来越受到人们的关注。

  由于橡胶元件具有良好的减振和密封特性，在汽车上得到日益广泛的应用。橡胶元件的减振效果好，能够承受多项荷载；利用内摩擦产生的阻尼，可以较好的吸收振动和冲击能量；利用应力和应变之间的延迟性，可以得到较为理想的非线性特性等，因此汽车中安装了很多橡胶支承元件。在传统的整车动强度研究中，一般不考虑汽车中橡胶的迟滞特性的影响，而是将结构作为线性系统来考虑。在汽车低速运行情况下，由于线性系统和非线性系统的响应相差不大，可以满足研究精度的要求，所以在汽车速度不高的时代，在重型汽车运动状态分析中使用线性系统模型是可以满足要求的。而随着重型汽车向高速化、舒适化、大吨位迈进，同时考虑到人们对汽车高速行驶时稳定性和安全性的要求，必须充分考虑橡胶元件迟滞特性对整车运动特性的影响。

   本课题将以上海汇众汽车制造有限公司生产的重型汽车为例，考虑整车系统中橡胶的迟滞特性的影响，用动态子结构方法建立整车非线性系统的动力学模型，并对系统进行响应分析，为橡胶支承元件的选用以及整车系统动强度研究提供理论依据。

课题创新与特色

本项目虽然研究的是目前汽车上的热点问题??汽车非线性系统动强度研究,但运用的背景知识简单，主要涉及到理论力学、材料力学知识。通过对这些问题深层次的讨论，并结合目前应用比较广泛的Matlab软件、ANSYS软件，对汽车非线性系统动力学特性进行研究。本项目的创新性和最大特点体现在：

（1）背景知识简单，可利用理论力学、材料力学的基本知识，进行汽车动力学问题研究，增强学生利用基础知识解决工程实际问题的能力，同时提高学生学习基础理论知识的积极性。

（2）改变学生对弹性连接件动刚度的传统认识。一般情况下动刚度是变形量的单值函数，但对于橡胶连接件往往具有多值性和与变形历史有关的记忆特性。本项目将根据现有的迹法模型，通过实验和理论相结合的方法，对橡胶迟滞特性进行数学建模并进行参数辩识。

（3）采用动态子结构方法建立重型汽车随机非线性动力学模型；将复杂系统划分为包括线性和非线性连接子结构的多个子结构，并将线性连接子结构作为软子结构看待，而将非线性连接子结构用获得的非线性力来替代。采用含局部非线性的自由界面模态综合法，建立复杂系统在随机荷载作用下的刚-弹耦合系统模型。

（4）对整个系统采用半解析半数值方法进行仿真，以获得复杂系统中各点的动力学特性

成果

为后继工作提供理论研究框架

建立整车模型提供子结构的几何模型

建立整车模型提供子结构的固有频率和振型

力学结构动态模型的建立和制作

赵鹏抟

课题名称		力学机构动态模型的建立和制作
申请经费		2000		起止时间	07年10月至08年05 月
申请人或申请团队	姓名	年级	所在院系、专业	联系电话		E-mail
	赵鹏抟	大三	航空航天与力学学院 工程力学	13402116819		zhaopengtuan@yahoo.cn
	赵莹	大二	航空航天与力学学院 工程力学	13761391509		mail_to_me_zy@163.com
导 师	姓名	韦林		职务/职称		副院长
	电话	13901727047		E-mail		tjweilin@163.com

课题简介

  理论力学是高等学校工科专业的技术基础课，研究物体机械运动的一般规律及其在工程实际中的应用，同时也是后续力学课程和某些专业课程的理论基础，理论力学非常的重要，而且理论力学重在理论和基本概念，比较抽象，也比较乏味，所以同学们在学习者们学课的时候经常会出现缺乏兴趣或者因为其中一些机构的动态过程过于复杂而很难想象的问题，所以我们就创建了这个力学机构动态模型的建立和制作这个项目。

机构动态模型的建立和制作包括静力学，动力学和运动学等方面，就是运用FLASH，3DMAX等一些动画制作软件将理论力学课本上的一些不能动的力学机构通过动画很形象很具体的演示出来，这样同学们在学习理论力学的时候就不会觉得很乏味，而且因为动态的过程也能很直观的呈现在眼前，所以就不存在过程过于复杂而久学无果的问题了，这样就大大地提高了同学学习理论力学的效率。

目前我们就理论力学中的一些问题，比如质点运动，牵连运动，点的加速度合成，质点在有心力作用下的运动等一些比较难以想象的动态机构建立并制作了动画过程，而且可以运用到理论力学的教学中，可大大地增强老师的教学效果。

课题创新与特色

  图片是不动的，当这个机构有很复杂运动的时候，只看一张图很难把整个过程想象出来，但动画不同，它可以把很复杂的过程很形象的展示出来，如果课本的动态机构的图片都能变成动画，那该有多好，那么学习起来就不会那么枯燥乏味了，我们的工作就是运用FLASH，3DMAX这些动画制作软件将这些不变的图片变成一个一个的动画，让同学们在学习的时候能够有一个很形象地思维，而不会因为过程抽象而难以想象。而且一个机构系统由许多模块组成，如果能将它们相互关系整理出来做成模型，就可以使问题简单化和整体化，使解决问题更加科学。

成果运用FLASH，3DMAX建立并制作了静力学，动力学和运动学三大方面包括质点运动，质点相对运动，牵连运动，刚体转动，平面运动物体碰撞，自由振动和刚体定点运动的近50例机构动态过程动画，并有一部分已经运用到理论力学的教学中。

先进翼型后缘设计的启动研究

周煌星

课题名称		先进翼形后缘设计的气动研究
申请经费		6000.0		起止时间		2007年5月至2008年5月
申请人或申请团队	姓名	年级	所在院系、专业		联系电话		E-mail
	周煌星	05届	航空航天与力学学院；飞行器制造工程专业		13636466558		Starjoe1987@hotmail.com
导 师	姓名	周华			职务/职称		副教授
	电话	13524336616			E-mail		zhouhua@mail.tongji.edu.cn

课题简介

  Mini-TED后缘设计是欧洲AWIATOR计划中提出的一种流动控制技术，通过小的结构变化，可以实现高升力、低噪声，并在实验中得到验证。这是几年前由德意志联邦共和国经济部支持的"增升概念"项目，在直角型的格尼襟翼的基础上研制出了一种可调偏转角度的多功能后缘襟翼，将其命名为"微型后缘设计"（Mini-TED），实际上这是一种微型的后缘开裂式襟翼(Mini Trailing edge design)。MiniTED是欧洲空中客车最先提出的一种新型气动操纵装置，与传统开缝式操纵面相比具有结构简单、气动效率高等优点，这项技术有望在将来的大型客机、运输机设计中得到应用，国内尚无相关研究，对于我国大飞机研制具有前期技术储备的意义，可以让学生直接进入航空科学的前沿领域，培养创新精神和科研工作的能力。

课题创新与特色

先进后缘设计通过改变后缘流场结构，可以直接改变机翼表面转捩、分离和激波的出现时机，对于增升、降噪都有好处，是在“欧盟框架5”计划中出现的一个新的研究方向，为大型飞机气动设计提供了一个新思路，国内尚无相关研究，因此开展这项研究肯定很有意义。

成果

完成了翼形，网格的绘制，用Fluent模拟计算了翼形的流场等并做了相关比较，得出了与实际实验结果基本一致的结果，拟写相关论文一份。

 

第三期SITP项目简介

基于热致变形形状记忆聚合物的航天智能材料研究

陆闻

 

课题名称		基于热致变形形状记忆聚合物的航天智能材料研究
申请经费		3000元		起止时间	2008年5月至2009年3月
申请人或申请团队	姓名	年级	所在院系、专业	联系电话	E-mail
	陆闻	三	材料科学与工程	13801684344	lucy8826@hotmail.com
	王?	三	材料科学与工程	13524514250	qbidp@yahoo.cn
导 师	姓名	李文晓		职务/职称	副教授
	电话	65987475		E-mail	wxlee98@gmail.com

课题简介

  形状记忆材料具备一些特殊性能，如感应性、激励性、抗振性等，可对温度、光、应力和场等外部刺激做出适应反应，所以在智能产品的开发中有极大的应用潜力。依据形状记忆聚合物实现记忆功能的条件可将其分为感光型、感酸碱型、感温型(热致型和冷致型)等三种。热致变形形状记忆聚合物的形状记忆功能是通过以下过程实现的：将已赋形的材料加热到一定的温度，并施加外力使其变形(也称预变形过程或二次赋形)，然后在变形状态下冷却冻结应力；当再加热到一定温度时，材料内的应力释放，材料自动恢复到原来的赋形状态。形状保持率、形状恢复率、恢复力、恢复速度和重复记忆效果都是衡量形状记忆性好坏的重要指标。

近十年来，热致变形形状记忆聚合物材料因其独特的优异性能得到了广泛应用，如电线电缆的接续与保护，石油化工管道防腐，医疗器材，在航空、汽车、电子、报警、生活用品等领域用作电子线路的分束识别、报警装置的热敏元件、儿童玩具等。但这些传统的形状记忆聚合物存在形状恢复力小、恢复速度较慢、恢复精度低、重复记忆效果不够理想、机械强度和化学耐久性还不够好等缺点，不能满足现代航天智能结构对材料的高性能要求。

因此，从航天智能结构的设计、选材要求出发，通过对材料进行改性提高形状记忆材料的性能是非常有必要的。对聚合物进行结构设计或者以纤维进行增强形成复合材料是比较有效的方法，所研制出的新型材料可以进一步产业化，从而对我国的深空探索、微型卫星技术的发展产生积极的影响。由于传统的航天智能结构用形状记忆材料均基于质量较重的形状记忆合金（SMA），本项目拟在现有形状记忆聚合物研究的基础上，研制热致变形形状记忆聚合物，并通过与增强纤维的复合提高综合性能，得到新型的可用于航天智能结构的轻质形状记忆材料。希望能跨学科指导化学或材料学院的同学完成该材料的研制。

课题创新与特色

1. 本项目综合运用材料学和力学的跨学科研究方法，通过对材料的设计来实现热致变形功能及材料力学性能的提高。

2. 形状记忆聚合物是一种很有发展前景的材料，由于与现有航天智能结构所用的材料相比，它可以室温贮存，产业化后可节约大量能源。

3. 通过材料的复合技术解决传统形状记忆材料的缺点如形状恢复力小、恢复速度较慢、恢复精度低、重复记忆效果不够理想和机械强度不够好等问题。

成果

1. 用两种不同类型的配方制出聚苯乙烯试件和环氧树脂试件,研究出了配方比例和加工工艺条件,并得到样条。

2. 对样条的力学性能，如材料的恢复温度，材料的恢复力，材料弯曲时的曲率半径进行表征，以指导配方的改进和实验的设计。

新型风力发电机方案

沈沉

课题名称		新型风力发电机方案
申请经费		2000元		起止时间	2008年6月至2009年2 月
申请人或申请团队	姓名	年级	所在院系、专业	联系电话	E-mail
	沈沉	06	飞行器制造	13482806050	tony-sh@163.COM
	吴旭?	06	飞行器制造	13524049378	251celebi@tongji.com.cn
	朱涛	06	飞行器制造	13472746132	king_zt_flypig@163.com
导 师	姓名	刘瑞同		职务/职称	讲师
	电话			E-mail

课题特色

  本课题组旨在提出一种新型风力发电机方案已达到提高发电效率，降低叶片制造成本的目的。在研究过程中，本课题组优选了涵道轴流式方案，并对其进行了叶片的非定常空气动力学数值模拟、涵道非定常空气动力学数值模拟、定转子对尾流分析以及海上平台模态分析，最终提出了一整套方案的数字模型，有着积极的现实意义。

课题创新与特色

  传统风力发电机已日趋大型化，有的叶片已经超过30米，发电机有近百米高，由于风力发电机叶片多采用复合材料制造，大型叶片的成本必然很高。本课题研究了在保持输出功率不变的同时，减小叶片尺寸，已达到降低叶片成本的目的。使用涵道预加速空气，使较高速的空气进入叶轮。采用定子整流，多转子协同发电的结构。

成果

对风力发电机进行初步设计，建立初步数字模型，初步确立叶片定转子结构

对涵道空气动力学进行数值模拟

对定转子对进行空气动力学数值模拟

对叶片进行空气动力学数值模拟

风力发电机海上底座的模态分析

对风力发电机进行总体设计（包括布线并网）

撰写结题报告

遥控空投装置设计

孙博

课题名称		遥控空投装置设计
申请经费		3000元		起止时间	2008年05月至2008年  11月
申请人或申请团队	姓名	年级	所在院系、专业	联系电话	E-mail
	孙博	05	航力学院/飞行器	13564330804	sbslek@163.com
	刘天一	07	电信中意	13524057331	liu_tianyi@qq.com
	王子梁	08	航力学院/飞行器	13122512018	wangziliang1314@163.com
导 师	姓名	李军		职务/职称	讲师
	电话	13916730763		E-mail	muziyi0226@126.com

课题简介

  本课题基于全国航空模型载重比赛的需要，目的是设计制作一种小型无人机空中投放机构。可用于载重比赛等各种有投放需求的无人机上。可按需求准确投放，把物品空投于目标处。该装置推广性良好，稍作近改装还可用于空投救援物资、空投灭火剂、农药化肥投放以及其他投放作业中。遥控空投装置采取遥控方式人为控制，由舵机执行投放动作，如飞行器带有智能控制芯片和传感器，还可实现自动化投放，不需要人为干预。整个装置借助起落架与重物相互支撑的作用，因此使其设计轻巧、简易，由轻木构成，分内壳、外壳两部分。其中外壳与机身连接，起到支撑内壳的作用，同时与内壳共同完成释放与锁闭重物的运动。同时能达到静力自锁，即在装载后，若舵机不执行投放指令，结构自身在重物的作用下能形成紧闭的弯矩，可避免因过载机构自行打开。在整个装填重物时仅需要两个动作，不需要其他机构的配合，因此操作员能非常迅速的完成。

课题创新与特色

  结构承载10kg，在承载状态下能够保证承载物品不晃动、不脱落，在空中可以由操纵手控制快速自由的释放承载物品；

空投装置在锁闭和释放状态下都不会影响飞机的飞行和起降；

能实现承载物品的快速装卸，在8秒钟内完成装卸和机构锁闭；

起落架和承载物能够互相起到支撑的作用，起落架和空投装置都实现了轻量化。

成果

1、空投装置结构设计的三维模型

2、实际比赛进行验证，空投装置成品

3、获投放装置科技创新三等奖

初级飞行模拟器设计

朱珩

课题名称			初级飞行模拟器设计
申请经费			6000元		起止时间		08年6月至09年10月
申请人或申请团队	姓名	年级		所在院系、专业		联系电话		E-mail
	朱  珩	07级		航力学院航空航天		13636509781		zhuhengw12@sina.com
	刘淑峰	07级		航力学院航空航天		13816651362		793061265@qq.com
	仓定西	07级		航力学院航空航天		13795306131		378566917@qq.com
	陈  航	05级		航力学院航空航天		13917964236
	罗泽义	07级		机械学院		13621809747		lzy8069@yahoo.com.cn
导 师	姓名	李  军				职务/职称
	电话	65981290				E-mail

课题简介

  飞行器工程相关专业教学中，希望有一套飞行模拟器帮助同学们直观感受相对真实的飞行体验。目前非专业级的飞行模拟器大约需要6、7万元人民币，而且不符合教学要求。现计划与教学结合，利用现有的飞行模拟软件设计制造一套初级飞行模拟器，一方面设备的研制可以提高教学的效果，另一方面通过项目的实施，可以发挥同学们的创造力，提高专业素养和工程实践能力。飞行模拟器采用完整的交互式模拟系统，基本型包括驾驶舱外壳、驾驶杆、方向舵脚蹬、油门操纵杆、襟翼操纵杆、座椅、基本仪表盘、pc显示等，可以比较完整的模拟飞机从起飞、爬升、巡航、机动、下降到降落的完整飞行包线，飞行中可以通过驾驶杆和脚蹬操控飞机姿态和飞行任务，仪表盘可以实时显示飞行状态，包括地平仪、高度表、空速表、罗盘等。使用现有软件模拟不同飞机和飞行环境，采用单通道视景仿真，具有较好的临场感；操纵伺服系统由步进电机、各种传感器、机械传动系统和PLC控制器等组成；座椅可根据飞行员体形适当地前后上下调节，座舱可实现俯仰和横滚二自由度运动，以增进飞行体验的真实感，但此运动由机械控制和传动系统组成，并不反映真实的飞行状态；仪表采用旧的飞机仪表改装，采用PLC控制驱动，能够指示飞行状态，但并不反映真实的状态。所以初级的飞行模拟器主要提供比较真实的飞行视景仿真和操纵模拟，提供基本的座舱运动响应和飞行状态数据显示，但后两项并不要求实时响应的真实性，只是提供一个直观的感受，增强模拟的临场感，一般非专业级的初级飞行模拟器也只能实现这些功能。故项目的难度和所需经费并不太高，通过SITP和教学实验的支持可以实现。

课题创新与特色

  项目采用现有的飞行软件作为飞机和飞行环境模拟视景通道，设计难度、所需经费和时间可以大幅度降低，与物理模拟座舱结合，可以大幅度提高原计算机飞行模拟的真实感和临场感。采用传感器、步进电机和机械控制系统可以将各操纵系统的机械运动传递给计算机，实现对虚拟飞机的实时操纵，控制飞行状态和飞机姿态。利用飞行员的操纵力和身体响应，通过重心运动驱动座舱的二自由度运动，同时通过改变旧仪表盘的驱动方式，控制仪表盘读数的变化，增加飞行的临场感和真实体验。项目利用基本的和成熟的技术和系统，经过一定的开发设计，可以大幅度增加设备的效果，属于技术的集成创新，而且同学们在现有水平上经过一定的学习，完全可以满足项目的要求。

成果

1、初级飞行模拟器总体设计方案，飞行控制系统方案，基座动力系统设计方案。

2、影像资料：视景仿真软件操作视频 图片。

航拍无人机

苗桦林

课题简介

  该项目以国家级创新项目为基础，在其上进行二次开发。通过将原固定光学拍摄仪器与自行设计的双自由度云台的有效结合，使航拍无人机具备了原始试验机所不具有的大范围视野以及获得了更佳优良的拍摄可操控性；同时通过舱内设备的模块化设计放置方式，使得机舱内的空间得到进一步的释放，在保持无人机原有机动性能的前提下，将GPS导航仪及自动驾驶装置所结合，进而使航拍无人机具备了无人驾驶及远距离巡航拍摄的能力。上诉两项功能使原试验机具备了同级别无机中的专业性，在一定程度上提升了定点拍摄的精确性，并且使得原始无人航拍机的功能得到进一步的扩展。

航拍无人机制作过程中，通过对轻木，桐木，层板和碳杆等低成本原材料的有效结合，使该无人机获得了较大的结构强度，进而在多种恶劣气候条件下都可以有效的解决被赋予的任务。在成品机作为09年航拍比赛用机的过程中，可以充分的证实该结构的合理性。

航拍设备选择中，团队选择的光学拍摄仪器采用了性价比高同时具有广角端的数码相机，在同样的高度，可以获得相较于不具备广角相机的更大视野。

课题创新与特色

1.该项目是在国家级创新平台上进行应用开发，从而本方案更加的可靠，合理且经济；

2.在航拍设备中使用双自由度云台，进而使航拍定点拍摄质量得到更优良的保障；

3.该项目基于现有的专业航拍比赛设计，使得项目成果的应用更加的清晰；

4.完成后的项目将完善现有的设计平台，并可以通过不断改进、拓展已有系统，实现无人机的多功能化；

5.项目中，航拍设备与机舱布局采用模块化设计，使得设备在同类机种间的移植更加的方便可行，从而实现单系统适配多机的降低成本的构想。

成果

1、无人机整体设计方案完成；

2、机载航拍设备及地面接收系统对接试验成功，可获得清晰地实时监控画面；

3、航拍无人机多次成功试飞，并且取得清晰航拍照片；

4、成品机在国内专业比赛中已证明其结构的合理可靠性。

Mini-TED在地效飞行器设计中的应用

姜胜东

课题名称		MiniTED在地效飞行器设计中的应用
申请经费				起止时间	08年10月至09年10月
申请人或申请团队	姓名	年级	所在院系、专业	联系电话	E-mail
	姜胜东	大二	航力、飞行器	13816635053	Jiangsd1001@163.com
	韩陈越	大二	航力、飞行器	15900780746	han_chenyue@126.com
导 师	姓名	周华		职务/职称
	电话	13524336616		E-mail

课题简介

MiniTED先进后缘设计方案是欧洲空中客车公司在AWAITOR计划中提出的一种新型高升力装置设计，原来用于推迟高亚音速飞行时激波的出现，提高发散马赫数，从而提高客机的巡航马赫数。本项目计划将其转用于地效飞行器，解决地效飞行器在复杂飞行条件下飞行时，纵向安定性和操纵性问题。

首先我们利用数值模拟方法模拟常用地效翼型加装MiniTED后机翼流场的变化，判定影响二维翼型分离的主要机理；

利用数值模拟方法模拟三维小展弦比地效机翼加装MiniTED后翼面流场的变化。三维地效飞行器机翼均为小展弦比设计，这类机翼三维效应显著，二维结果可能无法直接使用到三维机翼。这里再次利用数值模拟方法研究流场变化，主要观察翼尖涡流、翼面流动在加装MiniTED后的变化；

利用小型模型进行验证性试验，检验数值分析结果的正确性。

课题创新与特色

1、MiniTED是高亚音速飞机的高升力装置，本项目将其转用于速度相对较低的地效飞行器。从结构角度看，MiniTED与传统襟翼相比，结构尺寸更小，不仅可以节省结构空间，还可以大大降低输入能量，同时解决传统襟翼在地效飞行时容易碰浪的问题。

2、MiniTED在高亚音速飞机上的作用原理与地效飞行器上完全不同，前者主要用于推迟激波发生，提高发散马赫数，改善飞机巡航性能；后者则主要用于控制翼面分离，增强地效机翼的纵向稳定性和操纵性。

成果

了解了MiniTED在大飞机上的具体作用以及地效飞行器在发展过程中的问题与挑战，掌握了gambit与fluent软件的使用，并相继做出了基本几何结构的创建和网格化、3D几何结构的创建和网格化的软件实例。

 

力学模型在经济学领域的应用浅究

赵星蔚

课题名称		力学模型在经济学领域的应用浅究
申请经费		2000		起止时间	2008年5月至2009年5月
申请人或申请团队	姓名	年级	所在院系、专业	联系电话	E-mail
	赵星蔚	2006	航空航天与力学学院	13564740521	zhaoxingwei_89511@hotmail.com
	赵思奕	2006	土木学院	13817632870
导 师	姓名	胡振东		职务/职称	教授
	电话	13661679883		E-mail

课题简介

  马克思认为＂科学，只有从自然科学出发，才是现实的科学。历史本身是自然史的，即自然界成为人这一过程的现实部分。自然科学将来会统括人的科学，正如人的科学也会统括自然科学一样，二者将来会成为一种科学。＂本项目力学与经济学的结合并不是凭空臆想而来的，早在几年前就有人提出了经济力学的概念，并有力学研究者运用连通器模型成功地阐释了亚太金融危机的产生机制。随着各学科的不断融合，力学模型已经开始登上解决和决策社会经济的舞台。本项目正是对这种力学模型的应用做初步的探讨。

在项目的实践过程中我们也逐渐印证了力学模型在经济学领域中应用的可行性，并且通过文献检索，我们了解到计算力学，振动的时滞控制系统以及混沌科学在金融决策方面的应用。

资本市场符合耗散结构理论的要求，它在常态下是一个高度开放、远离平衡的耗散结构，而目前以线性范式为基础、以均衡理念为核心的资本市场理论不过是耗散结构的一种极限形式。借助耗散结构的理论方法，并结合混沌理论、分形理论、自组织理论等其他复杂科学的方法，是能够对资本市场结构及其价格变化动力学和运动学规律作一个完整的描述的。

彼得斯将分形几何学与混沌理论应用于对资本市场的分析，提出了与有效市场假说（EMH）相对的分形市场假说（Fractal Market Hypothesis，FMH）。

瓦加（TonisVaga）协同市场假说。瓦加将协同学应用于资本市场的分析提出了一个非线性统计模型。提出市场的概率分布基于下列因素在时间上的变化的基本假设：1.基本的或经济的环境；2.市场中存在的情绪偏倚或“集体思维”水平。随着这两个因素的组合的变化，市场的状态也变化。出现的相过渡就是概率密度函数的形状的变化。瓦加指出，市场可以到达四个不同的相：随即游动、过渡市场、混沌市场和协同市场。

20世纪90年代以后，越来越多的物理学家从事金融市场的分析和建模，他们用本学科的研究工具和范式从事这方面的研究。“可预测性多年以来都被物理学视为一个有意义的命题”其目标是：1.以利于更好地理解金融市场并为金融市场建模；2.推进物理学理念与多学科研究方法和技术在风险管理上的应用。

现实的资本市场并不符合主流经济学家的假定，有效市场假说不能很好地描述资本市场的真实情况，价格的变化并不是独立的，收益率的分布是尖峰态的而不是高斯型的。我们正是从对现实的数据分析出发，构建模型和解释资本市场。

在技术方法上，我们主要采用的是计算力学的方法。

迄今为止，有关资本市场的行为模型已有很多。但是，人们对资本市场的认识还存在很大的差异。尽管如此，有一点可以说是已为大家所普遍接受的，即资本市场是一个开放的非线性复杂动力学系统，系统中非线性作用的结果可以提供丰富的可能性和解释。

课题创新与特色

顺应学科交叉的趋势，将力学与经济学相结合，探索传统学科力学向其他领域的渗透应用。

成果

论文。

设计铲雪除冰车模型

聂帅

课题名称			设计新型铲雪除冰车模型
申请经费			5000		起止时间	08年9月至09年7月
申请人或申请团队	姓名	年级		所在院系、专业	联系电话	E-mail
	聂帅	二		航空航天与力学学院、飞行器制造专业	13816635872	nieshuai686@163.com
	刘一聪	二		航空航天与力学学院、飞行器制造专业	13816358470	78980144@qq.com
	李生飞	二		航空航天与力学学院、飞行器制造专业	13636409159	841401840@qq.com
	张超	二		航空航天与力学学院、飞行器制造专业	13636407982	307099182@qq.com
	邱骁	二		航空航天与力学学院、飞行器制造专业	13681724147	1060689578@qq.com
	仓定西	二		航空航天与力学学院、飞行器制造专业	13795306131	378566917@qq.com
	韩辰越	二		航空航天与力学学院、飞行器制造专业	15900780746	han_chenyue@126.com
导 师	姓名	朱延娟			职务/职称	教师
	电话	13761922187			E-mail

课题简介

  众所周知，去年冬天我国南方遭遇了百年不遇的特大雨雪天气。给我国的交通运输造成了极大的阻碍，使旅客滞留，交通事故屡屡发生。而且在对公路积雪的问题处理上效率不高，更是加大了雪灾的危害。因此我认为一种能高效处理冰雪的工具的产生势在必行，因此铲雪除冰车的想法便出现了。

铲雪除冰车，顾名思义就是将铲雪除冰装置和机车联系在一起。这样能很大的提高铲雪除冰的效率。目前国外已经出现了这种车，国内也有了这种车的雏形。但效率商仍有待改进。我想通过这次机会，实验和研究出这种新型机车模型。

课题创新与特色

  此项目基于现实生活问题（南方雪灾），通过所学的理论知识（物理与汽车类知识），提出解决问题的方案（生产一种铲雪除冰车）。比较实际可行，而且有创新的思维（将机车与铲雪除冰联系在一起）。

同时将微波用于除雪，属于创新。

成果

1、掌握所设计的铲雪除冰车原理，并进行了一定的实验。

2、市场调研。

3、进行图纸设计。

喷管内准一维流动的数值模拟

王晓亮

课题名称		喷管内准一维流动的数值模拟
申请经费		2000		起止时间	2008年5月至2009年5 月
申请人或申请团队	姓名	年级	所在院系、专业	联系电话	E-mail
	王晓亮	2005	航力学院 工程力学	136671862426	Machel_bryant@yahoo.com.cn
导 师	姓名	周华		职务/职称	副教授
	电话	13524336616		E-mail

课题简介

航空航天、车辆工程、环境工程均涉及流场分布的问题，为首的航空航天更是对此要求苛刻。拉法尔喷管内的流动问题是气体动力学中较为经典的问题，因此对喷管内流场模拟既具有训练意义，又对后续更大工程问题的流场模拟方法具有指导意义。

计算流体力学(CFD)是一门集理论与艺术的学科，它是航空航天、车辆、环境等工程问题必不可少的一种方法。因此结合CFD与一个经典空气动力学问题是一个不错的选择。

本课题我们编写程序，针对喷管内准一维流动进行ＣＦＤ数值模拟，主要包括跨声速流（subsonic-supersonic flow）、亚声速流（Pure subsonic flow）、激波捕捉（ Shock Capturing）这三个问题。

课题创新与特色

自主设计喷管内不同流动情况的数值格式，主要包括以下三个部分：

1、喷管内subsonic-supersonic flow的数值模拟，采用非守方程形式下的MacCormack’s方法；

2、喷管内pure-subsonic flow 的数值模拟，采用守恒方程形式下的MacCormack’s方法；

3、喷管内的激波捕捉（Shock Capturing），采用人工粘性法(artificial viscosity)；

我们自行编写程序实现以上三个问题的求解，该部分工作的成果既可以为高超声速领域的数值模拟奠定一些基础，又可以为以后的ＣＦＤ教学提供一些范例。

成果

1、熟悉成熟相关理论（一维气体动力学、ＣＦＤ计算方法、Ｃ／Ｃ＋＋编程技巧、Matlab&Tecplot软件应用技巧）；

2、建立喷管内准一维流动的数值格式；

3、确定喷管内激波捕捉方法，建立完成其数值格式；

4、构建完成程序主体框架；

5、编写完成跨声速流动的程序模块，得到了稳定的流场分布。

水面波动对地效飞行器翼型气动性能的影响

王泽海

课题名称		水面波动对地效飞行器翼型气动性能的影响
申请经费				起止时间	08年5月至09年5月
申请人或申请团队	姓名	年级	所在院系、专业	联系电话		E-mail
	王泽海	2007	航力学院飞行器制造	15801924208		wzh881230@163.com
	张衡飞	2007	航力学院飞行器制造	13816353519		zhanghengfei686@126.com
导 师	姓名	周华		职务/职称
	电话	13524336616		E-mail		zhouhua@tongji.edu.cn

课题简介

  地效飞行器利用地面效应空气动力学原理贴近水面飞行，升阻比大，气动效率高。地效飞行器的飞行稳定性明显受到水面波动或者地形起伏的影响，因此对翼型进行相关研究对我校研究地效飞行器有重要价值。所以我们开展课题，通过风洞实验等来研究翼型所受到的水面波动或地形起伏的影响；使用Fluent软件求解标准k-ζ湍流模型，使用滑移网格处理地效飞行器和波浪地面间的相对运动；选择能直接反映机翼整体特性的升阻比和应变等参数作为响应量，通过一些实验分析状态变量，建立响应量关于设计变量的近似模型，通过模型来研究翼型的优化设计。

课题创新与特色

  采用多种软件相结合，进行实验模拟，结果一目了然。通过地面的起伏来代替水面的波动，使得实验简单易行。

成果

能够比较熟练的使用Fluent和Gambit软件对翼型进行网格绘制和实验

对无地面效应不同攻角情况下的数据进行对比

对无地面效应和地面效应下的实验数据对比

对地面效应下不同攻角的离地高度的数据进行比较

水面波动对地效飞行器影响

    应用高变焦比视频显微镜实现材料微观力学性能测试

邱广凯

课题名称		应用高变焦比视频显微镜实现材料微观力学性能测试
申请经费		5000元		起止时间	2008 年06 月至2009年06月
申请人或申请团队	姓名	年级	所在院系、专业	联系电话	E-mail
	邱广凯	06	工程力学	13501993606	henryfun2632@sina.com
	杨青山	05	土木工程	13611778166	younglive@qq.com
	祖云飞	06	土木工程	13761191998	windzyf@126.com
导 师	姓名	朱启荣		职务/职称	讲师
	电话	13601969769		E-mail	zhuqr@mail.tongji.edu.cn

课题简介

  随着大规模集成电路制造技术和以计算机为代表的微电子工艺的发展，越来越多的电子元件、电器组件及计算机配件等相关零件开始采用微成形方法开始生产。近年来，以形状尺寸微小或操作尺度极小为特征的微机电系统（Micro Electro Mechanical System, MEMS）受到人们的高度重视，逐渐成为航空航天、精密仪器、生物医疗等高精尖领域的研究热点。在微小尺寸下，材料的各种性质发生了变化，材料的本构关系不再是简单的应力??应变之间的关系，而是更加复杂的关系，需要从细观力学的角度去研究。本课题拟应用超高放大倍率连续变焦视频显微镜来研究微小尺寸材料的力学性能，通过研制小型拉伸加载装置实现小尺寸试件的力学性能测试。

课题创新与特色

1、研制小型拉伸加载装置，广泛适用于各类材质试件。

2、通过超高放大倍率视频显微镜，实时观测微小拉伸试件的各类变化。

成果

微小轴向拉伸机械装置。可用于在视频显微镜的观察区域这一有限空间内对材料进行拉伸实验。

上海市创新项目

基于内部质量系统的水上驱动器设计与制作

那帅

项目名称		基于内部质量系统的水上驱动器设计与制作
申请经费		10000		起止时间	09年3月至10年3月
申请人或申请团队	姓名	年级	所在院系专业	联系电话	E-mail
	那帅	06	航空航天与力学学院 飞行区制造工程	13564362756	Na.shuai@yahoo.com.cn
导师	姓名	徐鉴		职务/职称	教授
	电话	021-65985364		E-mail	xujian@tongji.edu.cn

申请理由

 舰船螺旋桨传统的密封方法是采用一种特殊的木头，这种木头密度很大，非常耐磨，遇水还会略有膨胀。用这种木头配合尾轴的形状做好轴封，可以基本保证密封性，渗水较少。随着舰船的大型化，尾轴的承受水压越来越大，转速也越来越高，仅靠普通的木环和黄油盒不能保证密封效果。所以，现代战舰上，尾轴的密封是由多道油封和水封实现的。但对于尾轴水压式水面舰艇几十倍的潜水艇来说，需要极其复杂的断面密封结构才可以实现密封。

了解到这些，我时常思考，怎样找到一种具有科学原理并可以实现的驱动方式，使得水面上的舰船不用螺旋桨就可以航行，这样不但可以使船体保持完整的密封性，也可以避免一因为螺旋桨被水底异物缠绕而无法正常航行的事故。

最近我了解到一种叫做“可动内部质量系统”的新型驱动系统，这种系统给我的第一印象就是不可思议，很难想象一个密封的盒子不用轮子就可在地面山行进的样子。通过对此系统的理论推导和研究，我法相用此原理还可以实现无螺旋桨驱动舰船的驱动，并且其原理和自身学习过的理论力学和材料力学知识有着密切的联系。此外，我发现目前国内外都还没有任何人制作出针对这种动力学系统的实物模型，因此我对此系统产生了浓厚的兴趣。我希望借此机会能根据理论设计并制作出一只不用螺旋桨驱动的航模，实现一直以来的梦想，并通过亲手实践来证明这种理论的可行性。

在同济大学航空航天与力学学院飞行器制造工程2年中，通过学习理论力学、材料力学和流体力学的学习，并利用课余时间，在学长的的帮助下，自学了结构力学和振动力学，具备了一定的力学分析能力，也为更深层次的学习和研究打下了扎实的理论基础。此外，大学里通过多门计算机课程的学习和实践，我的计算机运用能力和编程开发能力也得到了明显的提高，自身的英语素质也较好。正是因为这些，我认为我有凝立做好一些创新实践工作。

要从事好创新课题的研究与实践工作，需要具备较强的动手实践能力。我平时很注意对自己动手能力的培养，曾经只做过多个机动遥控车模，并在大一参与制作了同飞航模协会的无人机“蛮牛号”；此外，金工实习中我也进一步锻炼了自身的动手能力，初步掌握了车铣刨磨钻等机械加工方法，为以后的创新是假制作模型打下了基础。

另一方面，徐鉴教授在力学方面研究很深，对可动内部质量系统的机理也有很深入的理解和研究，他也一定能在本课题的实施上给与很多帮助和建议。俄罗斯院士Chevousko在此方面做了比较全面的研究贡献，并且方虹斌学长在第二期SITP上已完成了理论的拓展和数值模拟分析等工作，该工作目前在国内是首创的，并因此获得了第二期SITP一等奖和十佳项目，其基于此的毕业论文也被评为校优秀毕业论文。我将在前人的基础上进行实验研究，以印证理论和数值结果的正确性。

项目方案

1、  理论模型

“可动内部质量系统”原理图为图1所示的模型。一个能够沿着水平直线运动的刚性质量M，在其内部有一个同样能够水平晕的刚性质量m，质量M和质量m相互接触，且接触面不光滑，用F表示质量m对质量M的作用力，则作用在质量m上的反作用力为-F。由于地面与质量之间也不光滑，一个外部的摩擦力R作用在质量M上。

 

本模型中考虑内部质量作两相运动（two-phase motion），其运动形式如图2所示。

当质量m沿x轴正向运动时，就会对质量M作用一摩擦力F，这时如果质量M与地面摩擦力R小于上述摩擦力F时，质量M就会因受到不为零的合力二产生沿着x轴方向移动。在质量m达到最大位移（未与质量M右端内壁碰撞），质量m改变速度方向并回到起始点。通过选择合适的材料或设计质量M的外形，使质量M在向x正方向和负方向运动时的摩擦系数不一致，使质量M能够最终实现向前运动（理论上，质量M一定存在向x负方向的运动，希望通过设计尽可能使其后退量达到最小，具有较大的正向移动）。目前，此理论经过俄罗斯科学院院士Chernousko多年的研究，已经较为成熟，并且在方虹斌的前期工作（第二期SITP）中已经进行了相应的拓展，并通过自行便携计算程序，取得了成熟的数值和仿真结果。

2、本项目方案设计

本项目拟按以下过程展开：

1）分析已有的“可动内部质量系统”动力学模型，详细了解可动内部质量系统的理论推导和数值模拟现象。拟定水上驱动器的设计目标，希望实现持续的正向运动。制定总体设计方案，制定制作步骤。

2）设计动力系统，本驱动器的关键和难点在于内部质量的two-phase motion的实现。其中包括选择何种马达；采用何种传动机构将转动转变为平动；如何实现均匀速度等。本项目拟采用点击带动连杆机构的系统来实现。如图3所示

3）设计船体结构。包括如何估算或测量船体与水的粘滞阻尼系数；船体采用何种材料；船体几何参数；内部质量与船体的接触面形式等。

4）综合以上工作，提出提高船体运动的效率的方法。

此方案希望购买市场上现有的电力马达电力原件，动手制作船体和内部驱动系统的传动机构；考察内部质量块和船体的材料，选择购买适合的摩擦系数的材料。

制作模型过程中需要利用实际基地器材，完成船体外形成型、传动连元件和其他零件制作。

 

创新与特色

具有可动内部质量系统是Chernousko等人于2005才提出来的新型动力学模型，目前只有极少一部分学者在进行相关研究，实物模型更是没有，本实验将次于此原理制作出其实物模型，主要有以下几方面的出创新：

1）“可动内部质量系统”理论是2005年首次在国际上提出，他区别于以往的驱动方式，模型试验可以直接验证目前以求出的理论结果正确与否。

2）基于此模型的实物模型国内还没有任何人制作出来，制作过程中材料的选用、集合尺寸的确定等都是新的尝试，没有可借鉴的实物实验。

3）此模型的制作涉及力学、机械学、材料学、电工电子等多学科的综合，具有很强的挑战性。

预期成果

1）考察综述国内外文献；

2）实现对可动内部质量系统的深入理解，并实现自主设计船体机械结构

3）找到一种内部质量块玉船体接触的材料，并制作出实物模型，实现能在水面航行的目标；

4）对模型进行改进，提高机械效率；

5）撰写实验报告，详细阐述理论原理和制作过程。

天然纤维复合材料假山的工艺设计与制作 

张禹

项目名称		天然纤维复合材料假山的工艺设计与制作
申请经费		10000	起止时间	2009年1月-2010年5月
申请人或申请团队	姓名	年级	所在院系、专业	联系电话	E-mail
	张禹	2006	飞行器制造	13701968860	panjinzy@hotmail.com
导师	姓名	李岩	职务/职称	副教授
	电话	13585593180	E-mail	liyan@mail.tongji.edu.cn

申请理由

中国的造园艺术源远流长，而假山作为其中必不可少的部分更是随着园艺的发展而发展。现代社会中，随着人们生态和环保意识的增强，越来越多的城间广场花园，屋顶花园被建造起来，也使得园中假山的需求增大。当前最流行的假山材料是玻璃纤维复合材料，但玻璃纤维复合材料有几个最主要的缺点：1.制造过程对工人的健康有严重的危害，同时也就增加了制造成本。2.产品如果废弃后无法处理，只能掩埋。3.原料的来源是石油的化工产品，原材料越来越少。如果能采用天然纤维增强的复合材料不仅可以保留玻璃纤维复合材料的强度高，耐水，工艺性能好的特性，还能有效弥补玻璃纤维复合材料的不足，更加环保，同时它的密度更小，从而大幅度的降低成本。

项目方案

.1、天然纤维的选择：麻、棉、木等点天然纤维来源广泛，对人体无害，价格低廉，符合当今的环保理念。而最新研究的水果纤维也有他们独特的优点。我们初步决定选用剑麻纤维，剑麻作为一种一年生的农作物的副产品，有比重轻、强度高、模量高、来源广泛等特点，价廉是它最大特点。最后我们将综合考虑性能、工艺性、成本的条件来选择合适的材料作为天然纤维增强。

2.基体的选择：由于考虑到假山实际的耐水、耐蚀、强度等要求，我们初步定依然选用树脂作为基体，但也会将其他的材料考虑在内选择合适的基体，同时要考虑到假山的逼真性等方面。

3.材料的加工：复合材料的加工工艺在很大程度上决定了制造材料的性能。各种不同的工艺有不同的优缺点，同时考虑到天然纤维的亲水性和树脂基体的憎水性导致两者结合方面的问题，我们将在纤维表面处理方面进行研究。最后我们将根据实际假山需要提出加工方案，测试方案的工艺性，最后选取合适的方案。 4：对制作的假山的外观、性能做全面的分析，确定是否满足实际需求。

创新与特色

1.首次提出用天然纤维复合材料代替玻璃纤维复合材料制作假山，解决了旧材料不能处理只能掩埋的问题，更环保，成本更低。

 2.假山只是新材料一方面的应用，可以以此材料的制备工艺为基础研究更多方面的应用，比如汽车、飞机的内饰，房屋装修材料的应用都将有广阔的前景。

预期成果

1.提出完整的制作工艺流程。

2.成功制作天然纤维增强复合材料的假山石块。

3.申请1~2项专利。

叠合曲梁在不同约束条件不同荷载情况下的静力学和动力学分析

刘凌

                                        

申请理由

1.本次实验对象：由两种不同材料叠合成一体而制成的曲梁，是一个有着极大工程应用背景但又无现成比较完善的公式推导和工程实验理论，所以对此对象的研究符合大学生创新项目的核心所在。

2.本次创新活动除了在力争在理论上得到研究对象在一般受力情况下的静力学和动力学经典公   式，并且在实验中验证所推导的公式正确性，并对公式进行简化修改和完善,符合创新活动对于大学生提高实验能力和理论实验相结合的要求

3.本次创新活动最终的目的是对众多工程运用中找到可以理论支持的力学模型和运用范围广泛     的经典公式和实验理论，使得研究成果最终服务与工程实际应用，符合创新活动对于大学生理论与实际相结合的要求

4．本次创新活动结题后，可以将研究成果，包括实验模型，研究论文等，留给实验中心，作为本科学生开放、创新实验项目之一，可以为后面的同学提供课题和实验项目机会。

项目方案

1.基于现学材料力学和弹性力学知识对于叠合材料曲梁在简支或其他情况下荷载受力分析进行理论公式的推导并在实验验证的基础下进行修改完善。

2.基于结构动力学和振动理论等知识对于叠合材料曲梁在简支或其他情况下进行动力学分析并在实验验证后，进行软件的动力学模拟以及实验模态分析。

3.基于理论公式在工程运用方面进行简化和延伸，使适合与实际工程运用，并探讨更多特殊情况下研究对象的力学特性。

创新与特色

1.基于书本的现有知识对与书本未探讨的问题进行创新型研究，达到源于书本，高于书本的创新宗旨。

2.在对于特定力学模型进行理论推导得到经典公式之后，运用实验进行验证和公式修改和完善，并改造力学模型使之适应更多力学问题，先复杂问题简单化，再复杂化推广到更多应用领域中。

3.运用有限元软件进行比较直观形象的力学数值模拟计算和动画模拟，达到利用计算机等现代科技帮助科学理论发展的要求

4.在结合工程中对经典公式进行简化和延伸，并对一些特定的工程问题进行分析。使得理论研究能够与工程实际相结合。

预期成果

1.推导出对于一般截面（如矩形，梯形）叠合材料曲梁在简支情况、梁表面受荷载的静力学  经典公式，并得到一些特殊曲梁模型的重要的静力学参数，如主应力大小方向，应力在截面积分布基本情况等。

2.推导出对于一般截面（如矩形，梯形）叠合材料曲梁在简支情况、梁表面受荷载的动力学经典公式，并得到一些特殊曲梁模型的重要动力学参数，如频率，振型，阻尼等。

3.结合工程实际运用对经典公式的简化和延伸，并对一些常见的工程问题建立力学模型研究，如大跨度重力对曲梁受力影响，次等荷载多样性的应力重分布，大扰度大应变的公式修正，孔洞的应力集中问题等。

冰雪气候下防止高压输电线塔倒塌的最优化方案设计

谢庆光

项目名称		冰雪气候下防止高压输电线塔倒塌的最优化方案设计
申请经费		30000	起止时间	2009年1月-2010年12月
申请人或申请团队	姓名	年级	所在院系、专业	联系电话	Email
	周冉	07	工程力学类	13816656391	zhou6264@126.com
	谢庆光	07	工程力学类	13818957899
导师	姓名	黄本才	职务/职称	博导
	电话		Email	huang801@tongji.edu.cn

申请理由

  今年我国南方遭遇雪灾，出现高压输电线塔倒塌事件，造成巨大损失，影响社会生活。输电线塔是输电设施中的重要构件，承受着输电线的垂直荷载和张力荷载，一旦倒塌，会引起电力线路中断且短时间内无法修复。且当前全球环境形势不容乐观，气候会更加多变，我国未来遭受罕见雪灾的概率会增大，为了国民经济的长足发展，有必要预防冰雪气候下高压输电线塔的倒塌。输电线塔主要采用钢铁结构，造价很高，铁塔投资占线路工程总造价的20%，为了保证塔的强度而盲目增加投资，是不经济的，是极大的浪费。为解决这一问题，我们提出冰雪气候下防止高压输电线塔倒塌的最优化设计方案探究。

项目方案

  我们分析了冰雪中南方输电线塔倒塌原因：1、南方线塔设计时并没有按照几十年不遇的冰雪天气条件设计，以湖南为例，设计时考虑的冰厚因素为10mm，而今年线路冰厚达50-100mm。塔身承受了几十倍的张力，致使倒塌。而且铁塔两边电线覆冰荷载不同，荷载大的一方会给铁塔施加较大弯矩，造成铁塔倒塌。2、南方遭受冰冻，温度降低，根据钢铁热胀冷缩的物理特性判断，导线的缩短增加了对塔身的纵向张力，钢铁构件又会因低温而导致延展性降低，变得脆弱，钢铁的抗拉性能降低，荷载拉力超过钢铁材料屈服强度，线塔结构薄弱处急剧缩小，塑性变形迅速增加，产生“颈缩现象”而导致断裂。 3、施工过程中可能存在着工程质量问题，焊接的质量，钢材选用均会影响到塔身的抗拉强度；在除冰过程中也存在不当之处，有些电力职工从下往上除冰，下部钢材的覆冰除掉后增加了钢材的荷载，使钢架更容易弯折。我们初步设想了防止冰雪气候下高压输电线塔倒塌的设计方案：（一）、电热融冰法 基本原理：增加高压线路中的电流，因导线有一定电阻，通电会产生热量，使电线温度上升至 以上，使得覆冰融化。 经初步计算，达到融冰效果，所需电源电压U=133.67V。若电网尚能运转，可直接由线路提供电压；若电网瘫痪，应用柴油发电机供电,所需柴油发电机功率为P=29.78KW，柴油发电机一般功率为3~1000KW，可以满足要求，但是发电机的搬运以及调度比较困难。所以采用此方案应做预案，在线路达到需要融冰的覆冰厚度, 必须立即组织融冰, 不要等到覆冰达到线路极限，而致使线路倒塌后，再组织融冰，造成困难。综上分析，此方案具有一定可行性，需要准确评估。 （二）、自动融冰和铲冰装置： 基本思路：使自动融冰装置在覆冰导线上滑动，利用电能或其他能源产生热量使冰融化，并安装机械装置对冰进行敲打，辅助除冰。经初步计算，达到融冰效果，该装置所需电源电压为23.15V，所以该装置对电压要求不高。 该装置在导线上滑动，设计要求重量小，体积小，而要要自身携带电源长时间供电，很难做到，需使用导线上的电力，所以适合在导线尚未中断时采取此措施。加载机械装置：若机械装置采用锥子垂直敲击冰面，为使敲击不引起电线摆动，用三个锥子成120 角均匀分布敲击，造成冰面破坏的最小打击力为200N，可采用机械杠杆等原理制作以达到目标。 综上，自动融冰和铲冰装置有较大可行性及应用前景。需进行实际制作，我们将与已开始研制此设备的创新团队合作，对研制出的设备进行造价评估。（三）高压输电线塔加固法 1、通过增加杆件数量，增大杆件横截面积等增加线塔的强度。 首先必须考虑经济元素，目前，高压线路单位造价为200万/公里左右，若单纯依靠增加杆件数量，增大杆件横截面积来达到预期效果，使线塔强度增大五倍左右，高压线路单位造价相应增加至即1000万元/公里，是不经济的，我们将会进行详细分析。 2、采用新的材料，在钢结构应力集中部位选用性能更好的材料，如陶瓷，合金，高分子材料，钢管混凝土等，增加塔架强度。 3、设计新的线塔结构，增加塔身耐张力：尝试在线塔中间立一根立柱，或增大塔身基础面积等方法达到目的。 （四）、其他可行性方案：（1）经统计整理倒塌钢塔资料，发现线塔弯折部位多为距塔基为塔高的1/3~2/3处，可利用Ansys软件构建线塔有限元模型，对线塔模型塔身的1/3~2/3处加固，模拟覆冰导线加载，进行强度测试，得出数据，分析选择最佳优化方案。可以采取部分加固的方法，对冰雪气候中线路覆冰的情况下最易发生弯折的构件进行加固，达到防倒塌的效果，又节省成本。（2）线路设计：可在两高强度新型高造价的线塔中搭建一普通线塔，研究出最适合档距，减少总造价。对于不处于同一水平线上的高压输电线路，高地势处的线塔容易倒塌，所以可将高地势处的线塔设计成高强度线塔，增强整个线路的抗冰雪气候能力。我们会尝试、实验并探索新的方案，并可以将几种方案结合使用，以期达到线塔强度与工程造价的最优化配置。项目成果以冰雪气候下防止高压输电线塔倒塌的最优化方案形式展示。

创新与特色

  本项目采用创新性设计，采用新思路、新方法、新材料，研究成果具有很大的实际应用潜力；本项目研究设计到的领域广、难度大，是对学生项目综合把握能力的高难度锻炼，对学生科研思想、方法的等的提升也有很大帮助；项目研究中能培养并加深学生的创新思维，有助于学生学习并掌握新的知识，同时加深专业理论水平；了解到有其他抗冰抗雪高压线路相关项目在进行，可以与这些项目组合作，进行方案评估，进而培养合作、交流等科研工作所需能力

预期成果

完成1-2篇学术论文；得出冰雪气候下防止线塔倒塌的优化方案，或制作出抗冰抗雪高压输电线塔模型，申请专利；项目最终研究成果推广给电力部门，使成果发挥市场价值。

图书馆防占座系统的设计与实现

陈翼

项目名称		图书馆防占座系统的设计与实现
申请经费		10000	起止时间		2009年3月到2010年3月
申请人或申请团队	姓名	年级	所在院系 专业		联系电话	Email
	陈翼	2006	飞行器制造工程		13918232506	xiaochennol@hotmail.com
	胡?乐	2006	飞行器制造工程		13764100130	H.Y.L.516@hotmail.com
	马豪	2006	飞行器制造工程		13917124996	mahaotongji@126.com
	汪逸?	2006	应用物理学		13918905654	wym_maomao@hotmail.com
导师	姓名	许震宇		职务/职称	副教授
	电话	13818790421		Email	xu_zy@tongji.edu.cn

申请理由

来到同济的第三个年头了。再过不久就不得不面临告别母校，踏上社会的现实。所以我们非常想在临走之前。以自己所学的知识为母校贡献一份自己的力量。

    我们在这两年多大学生活中发现。随着社会的发展和高校的扩招，学显得资源 逐渐不能满足师生的需要，尤其是高校图书馆阅览室的座位资源愈加紧张，这就引起了抢占座位的一系列问题。但是有些同学贪图一时的方便，经常啊离开后还将自己的书本，水壶，甚至书包等物品放在座位上??形成了一种特有的“占座”现象。

     尽管图书馆规定如果有事离开，可以占用座位20分钟，但需要留下纸条说明，否则后来的人就有权将前者的占座物品挪开，使用该座位。但是通常情况下，后者由于不知道座位上的人究竟离开了多少时间，也不清楚该座位是否被别人故意占座，所以很难用图书馆的规定来保证自己的权益，因此收效甚微。

     很多心理实验表明，要根本上帮助一个人改掉长期的习惯，只有运用硬性约束行为，才能有所成效。因此，我们想通过开发一套图书馆的监控系统，来防止这种现象的愈演愈烈，还广大读者一个公正的阅读空间，更进一步帮助同学树立真正的公共意识观念，为学生提供一个良好的学习环境。

     如果该项技术成熟应用后，还有望向社会生活的其他领域发展。比如说解决市中心地区停车难的问题，我们可以监控该地区所有停车位的使用情况，并通过网络传输到车载GPS上面，驾驶员可以通过GPS屏幕了解附近哪些地方可以停车。从而解决市中心车辆乱停放的问题，缓解市中心交通压力。

项目方案

整个系统有两大功能：

   1，防止不合理占位

    （1）在图书馆每个座位下安装一个电阻应变片，当人坐在座位上时（即正常使用），应变片可将力学信号转变为电信号，传输到信号发射器内，信号通过导线传授给接收装置。一旦人选择暂时离开座位，又可以将另一个信号传输到接收装置，此时，系统开始自动计时（按图书馆有关规定，离开座位20分钟以上，后来的同学就能使用这个座位），所以我们将系统的控制值设定为20分钟。20分钟后，程序会自动显示该位置目前的使用状态为可用。

    （2）第二部分将由控制中心（即第一台电脑）与显示屏输出组成，控制中心将接收器接收到的信号进行处理，然后由安装在阅览室门口的显示屏输出，并通过不同的颜色来反映出使用状态。这样，每个同学就可以在进阅览室之前就预先从显示屏上得知空位的具体位置，即使发现那个座位正被别人占用着，也能理直气壮地使用那个位置了。

    2，查询空位信息

      我们设想，如果未来这套系统能够成熟运行，只要做一些简单的后期程序优化，将上述各控制中心所采集到的数据输入到图书馆的网站中，读者就可以啊任何一台联网的电脑上查询到图书馆的空位。那么，不但能使一个在图书馆八楼的读者查询到二楼综合阅览室的座位情况，甚至在寝室的同学也能很方便的在去图书馆之前就是先通过访问图书馆的网站来查询到具体座位情况的实时信息了。

创新与特色

1，通过使用应变片将力学信号转换为电信号的方法，以较低的成本解决了空位的侦测方法。

2，不但能解决图书馆目前的占座现象，甚至能进行系统升级，通过采集到的人流量信息自动控制灯光和空调系统，为日后建立全天无人监控的自动化图书馆打下基础。

3，能将此系统稍加改进，运用到人流量同样大的学校浴室，方便同学在去浴室之前就能事先在网上，查好浴室的使用情况。

预期成果

1，通过在我校图书馆安装此系统，有望较好解决“占座”现象

2，申请1?2项专利

3，如果此系统在我校成功运行，能与其他兄弟学校共享成果，甚至将其推广到全国其他各高校。

国家创新项目

人力飞机

薛栋

申请理由

  从开创性来说，人力飞机本身在我国基本属于空白，能够展示同济大学学生的科研实力和风采。其次，人力飞机具有新颖性和完整性，能够吸引更广泛的青少年主动积极的参与其中，进一步激发由神舟飞船引发的航空航天热潮，推动青少年投身国家的国防科研事业。并且从青少年的适合性来看，人力飞机趣味性强，一般在2米以下以低于5米/秒的速度飞行，危险度低，非常适合帮助青少年了解飞行器，并实现飞行体验，可广泛用于航空航天类的各种科普活动。总的来说，人力飞机不需考虑燃油、动力、机载设备、起落架收放等，飞行性能要求和结构比较简单，设计制造方便，主要结构可以通过手工加工实现，资金投入少，而又能完整体现飞行器设计及制造的主要过程和环节。人力飞机的设计主体是结构设计，又因其比较简单，因而是学生参与飞行器结构创新设计的良好平台。

项目方案

该飞机由充气翼，螺旋桨，碳酸酯材料机身，传动装置，操作系统，轮车系统和方向舵等部分组成。

预计飞机总重：    23KG

        巡航速度：5m/s

        翼展：    8m

        机长：    4m

        机高：    1.6m

        操纵手：  1名

人力飞机的初步方案如下：

可行性分析

一个青年男子骑自行车做的平均功率约为367W，

由公式W＝mgv/η螺K,

若飞机以5m/s的速度飞行且取有利迎角下翼型的升阻比K=15计算得m＝89.8Kg

计划采用桁架式充氦机翼，由于充气结构本身具有一定的承载和保持气动外形的能力，加上人力飞行器飞行速度很低，由上可知为小翼载布局，气动载荷有限，所以可以大幅度降低机翼的结构重量。同时机翼采用小展弦比2：1，翼型厚度很大，计划选取低速eppler翼型，初估体积为12.4立方米，囊重约3kg，充入氦气为两倍大气压，除抵消气囊重量还可以提供一定的浮力，约为79 N

螺旋桨取1.5米直径，重量约为1?，机身的透明材料用聚碳酸脂约2?。于是充气后飞机总重为23?。当驾驶者为60?时，总重力：

G＝mg－F浮＝83×9.81－79＝735N＜89.8×9.81＝880N

所以该飞机的重量可满足飞机起飞的设计要求。

螺旋桨传动系统及起飞性能

升阻比取15，阻力约为55N，螺旋桨直径取1.5米，效率取0.8，根据公式

P=C_Pρn²D⁴

可估算出飞机定直平飞时的转速n至少约为3.3转/秒，所以可能需要增速装置。

若以60N的拉力以5m/s的速度平飞，螺旋桨产生的功率为300W，考虑螺旋桨的效率，需要驾驶员提供0.51马力的功率。

由于剩余推力几乎没有，所以只靠螺旋桨驱动则起飞滑跑距离非常长，所以设计由人力直接驱动起落架车轮前进加速，则起飞距离可以非常短。

由于人的功率为367W，在5m/s的速度下可产生的推力约为73N，

且一般路面上的滚动摩擦系数为0.03    

 由于速度取的是最大速度，即力为最小值，可得最大起飞距离

L1=18m，这在现实中是完全可行的。所以该飞机的重量可满足飞机起飞的设计要求。

创新与特色

  该机的机翼采取充气式囊状结构，不但可以解决机翼的重量，还可获得额外的升力，而且囊状体充气后可以保持其翼型的稳定，这在人力机甚至飞机史上为首创。

该机的机翼外端计划悬挂侧板，利用地效原理，增加升阻比获得更大的升力，从而减小起飞速度，降低对飞行员的体力要求，这种在人力机上结合地效原理的思路在国内外都是首创。

预期成果

1.制造一架在正常情况下滑跑二十米左右即可起飞的,动力完全由一个成人来提供且飞行高度在0.5到2米左右的人力飞机.

2.确定超低速低空飞行下的合理布局和气动特性

3.申请一到两项专利

输液管道非线性振动实验研究

吴绍海

项目名称		输液管道非线性振动实验研究
申请经费		80000	起止时间	2008年12月-2010年11月
申请人或申请团队	姓名	年级	所在院系 专业	联系电话	Email
	冯殿垒	2006	工程力学类	13564418783	vincentbush_7@yahoo.com.cn
	吴邵海	2007	工程力学类	13621810695	wushaohai1314@126.com
	李舒雅	2008	工程力学类	13918066812	lsy1wx2@sina.com
导师	姓名	徐鉴	职务/职称	教授、博导
	电话	13611872360	Email	xujian@mail.tongji.edu.cn

申请理由

  输液管道非线性振动问题一直都是众多国内外学着所关心的问题。看似简单的物理模型实际上蕴含着丰富的工程背景。该问题的研究与人们的生活生产有着极为密切的联系。从近年来的研究成果来看，流体在管道中流动存在一个临界速度，当流速大于临界速度时管道就会产生振动，随着流速的进一步增大甚至会出现混沌现象，这对管道会产生巨大损伤。对于该问题的研究成果可直接应用于海底输油管道工程、动力水能工程、航空航天领域、生物工程以及核工程。以海底输油管道问题为例：在进行海底输油时，我们希望管内流体的流速能够尽可能的大，因此怎样提高临界速度就显得极为重要。如果能很好地解决这样的振动问题将会为我们直接带来巨大的经济效益。但想要控制临界速度首先就要对理论模型的可靠度以及适用条件进行分析。于是我们就希望通过试验来对理论模型进行验证、研究。同时这个问题还具有相当重大的学术意义。输液管道振动问题的物理模型结构简明，易于设计制造，因而易于进行实验研究。其控制方程蕴含着丰富而复杂的非线性动力学内容，可以作为研究高维非线性动力学的基本模型，进而方便我们今后研究发展高维非线性动力学的分岔与混沌理论。从创新角度来讲，这个实验到目前为止还未有人做过，因而实验的提出本身就是一项创新。同时，由于该问题的实验和理论均具有相当的前沿性，在项目进行中相信还会迸发出更多创新的想法。

项目方案

我们计划按照以下步骤完成本项目：

（1）对力学模型进行详细分类。仔细研究近年来对该问题提出的理论模型，不难发现对于这个问题所建立的力学模型是从主要从“梁”理论和“壳”理论出发的。对于“梁”模型，其固端的约束形式主要有悬臂（自由）、简支、固定等形式。针对不同模型，我们将进行深入的理论研究，以对不同模型的试验结果做出理论上的预期。

（2）对于同一力学模型所提出的不同的数学模型进行分类研究。鉴于理论界对于同一力学模型（如悬臂管模型）给出过多种不同的数学模型，对同一力学模型的不同种数学模型进行详细分类研究就变得很有必要，这对今后实验现象的解释是至关重要的。

（3）实验方案的设定。试验方案设定是基于上述理论研究基础的。计划采用空气压缩机把储液罐内液体压出，当然在空气压缩机和储液罐之间需要安装一个压力调节仪以起到流速控制作用。空气注入储液罐将液体压出随后注入一个集流腔中，然后流入管道。管道侧壁将会布置一系列振动传感器，用于对管内流体流动时动力学参数进行测定。传感器将与信号处理系统连接，应用已有的振动信号处理分析软件对所得数据进行分析。

（4）安装实验设备。在实验方案制定完整后，我们将着手安装实验设备以及信号采集设备。

（5）启动实验。首先，我们将对前人做过的相关实验进行重复。然后根据近些年来提出的相关理论进行实验，从而检验各种理论的精确程度和适用条件。初步的试验步骤为：①通过控制压力调节仪控制压入管道液体的流速。②不断加大流速，测出临界速度。③继续加大流速，测出周期振动频率。以及周期振动与倍周期振动之间的临界速度。④随着流速的继续增大，观察到混沌现象。并测得混沌开始点的速度值。

（6）分析实验数据，总结实验结论，发表试验结果。

创新与特色

对于输液管道非线性振动问题的研究，其创新与特色主要集中于以下几点：

（1） 理论上的创新：该实验所基于的理论基础是输液管道非线性振动方向近年来最新提出的理论，我们的主要目的即在于验证该理论。当然，事先我们会先验证前人理论中所提到的现象。并希望通过实验在理论上有新的发现。

（2） 实验上的创新：①在实验方案设计上，我们希望能够通过微小的装置改动即可将自由端约束变为简支约束，这在装置设计上就需要有创新的想法。②在测试过程我们既要考虑流体参数的测试又要对固体动力参数进行测试，因而在测试环节上是一个创新的体现。③该实验具有相当的前沿性，到目前为止这样的实验还未有人做过，所以实验本身就是一个极大地创新。

（3） 本科课程学习及思维方法的创新：输液管实验项目中几乎涉及了工程力学专业所有的主干专业课。从基本的理论力学、材料力学到结构振动力学、实验力学、弹性力学、流体力学以及计算机编程甚至专业英语等一系列重要课程在项目进行中都有体现。这对我们对专业知识的深入理解以及感性认识具有重大意义。同时，为了解决项目中所遇到的可预知和未预知的各种挑战，我们还需要自学一些与项目有关的知识，这对我们本科生自学能力的培养和学科知识融会贯通也具有一定意义。

预期成果

1.完成实验方案设计并做出实际的试验装置；

2.根据实验结果撰写学术论文

新型低空低噪音飞行器外观造型实验研究

白银标

项目名称			新型低空低噪音飞行器外观造型实验研究
经    费			8000		起止时间	07年11月至09年10月
申请人或申请团队	姓名	学号		所在院系、专业	联系电话		E-mail
	白银标	073254		航空航天与力学学院	13816291384		baign20071201@163.com
	徐涵	073273		航空航天与力学学院	13816635830		654671859@qq.com
	朱珩	073271		航空航天与力学学院	13636509781		zhuhengw12@sina.com
	张超颖	073262		航空航天与力学学院	15800365388		zhchy_1989@126.com
导 师	姓名	朱延娟			职务/职称		副教授
	电话	13761922187			E-mail		zhu_yj@ tongji.edu.cn

研究工作总结

  项目申请立项时，我们九个人的小团队没有接触过过多的专业知识，甚至对飞机总体结构的了解都是寥寥的，朱老师鼓励我们不要灰心，通过多种渠道我们了解了相关知识，很多老师和学长给予了很多的建议，最终我们顺利地完成了这个项目。

自项目申请成立以来，我们的工作大致经历了这样3个阶段:

1．  学习调研，设计要求和技术指标确定

2．  不同外观造型飞机的设计和制作

3．  四种飞机的试飞，结构分析和比较

优化方案的确定、设计改进和成品机制作

首先我们进行了资料的查询，我们九个人奔波于沪西校区图书馆、本部图书馆之间，上海的一个成员同学还去了上海图书馆找到并借阅了相关书籍，这一阶段我们对飞机有了大体的认识，并比较了电动机和油动机的优缺点，对飞行器低噪音的特点需要什么样的翼型和气动布局进行了讨论。

第二阶段，我们设计制作了四架具有不同外观造型的飞机，照片分别见附件图。接下来进行了试飞，我们进行了多次试飞，主要进行低空飞行性能、操稳性和噪音（具体表现为分贝数的大小）的比较。

本课题的目标是通过外观造型实验研究设计适合低空飞行的低噪音飞行器，为突出这样的特色，我们首先选择了电动机作为动力以降低噪音，然后通过实验研究比较不同外观造型对飞机低空飞行性能、操稳性和噪音的影响。四种外观造型飞机的优缺点如下：

纯杆式结构：机身重量轻，但是由于没有舱身，飞机的所有电子设备包括任务舱必须外挂，这样明显增大了飞机的迎风面积的气动干扰，对飞行性能有较大影响；同时这样的外挂设备会产生比较大的气动噪声。

全舱身结构：常规布局，舱身结构制作相对简单，后机身只起到尾梁作用，增加了结构重量、制造难度和时间。

舱身机翼融合飞翼结构：飞机结构制作相对较难，飞机翼载荷较大，实现低速飞行较难，起降距离较远，特别是飞机稳定性和操纵性很差。

舱身杆式混合结构：这种结构重心布置方便，制作工艺比全舱身结构更简单，重量更轻，结构利用率高，实际飞行产生的噪音与全舱身布局表现同样出色。

我们通过试验比较了每架飞机的飞行性能和噪音表现，综合分析试验结果，我们选择了舱身杆式混合结构作为低空低噪音飞行器的基本造型，然后对飞机的总体设计进行了优化修改，最终制作出了一架成品机，并搭载航空拍摄云台参加了2009年全国航空航天模型锦标赛，虽然由于意外情况成绩不够理想，但证明飞机设计非常成功。

从刚刚开始接触飞机我们申请了这个项目，经过两年的努力，我们完成了一架自己设计，自己亲手制作的飞机，不仅按时完成了项目，又锻炼了自己的动手能力，增长了专业知识，为今后的学习工作打下了坚实的基础。