摘要：针对现有机械陀螺结构复杂或通常只能单方向进动的不足问题，提出一种自转轴能够按任意方向进动的新型球形陀螺机构，重点对系统运动学原理进行分析和试验。采用球形外壳作为机械陀螺的浮动支撑，以三对全向轮为系统的驱动输入，通过全向轮带动球壳运动设计出球形陀螺机构；根据全向轮与球壳接触的纯滚动假设以及相对运动原理分析系统的运动学特性，建立系统的运动学耦合数学模型；采用物理样机试验对建立的运动学模型进行试验验证，结果表明。无论是在电机驱动下还是人工手拨动球壳，数学模型计算值均能够对实测值进行较好地跟踪。本文研究可为球形机械陀螺的陀螺力矩控制提供理论依据。

摘要：自主研发的可视化裂隙渗流试验装置,应用颜色示踪的图像数字化处理技术,在不同渗透压和法向应力分级加卸载耦合作用下,进行空间垂直角度的砂岩裂隙可视化渗流试验。通过毫秒级分帧技术捕捉裂隙渗流状态并对渗流面积色域分区,基于数字化图像技术进行二值化处理,通过图层二次叠加渲染,自识别渗流面积参数,建立渗透压与法向应力作用下的渗流面积扩散规律。研究裂隙渗流优势路径各断面的过流宽度变化特征,提出可视化渗流速度求取公式,指出渗流速度沿流径变化为骤增、骤降、均匀损耗3个阶段,建立最小断面宽度对应的峰值流速与渗透压和法向应力耦合作用下的函数模型。基于实测数据建立主渗流路径中法向应力、渗透压与雷诺数的幂函数关系,标定渗流状态的惯性作用区与黏性作用区的转变临界点,构建可视化裂隙渗流雷诺数预测模型,对裂隙渗流中真实渗流路径识别、流速矢量实时变化、流体状态判定等关键科学问题提出了新的研究理论及方法。