涂層/基體材料界面結合強度測量方法的現(xiàn)狀與展望

楊班權，陳光南，張坤，等

力學

涂層/基體材料界面結合強度測量方法的現(xiàn)狀與展望

楊班權，陳光南，張坤，等

界面結合強度是涂層/基體材料體系中的一項重要力學性能指標.而表征與評價涂層/基體材料的界面結合強度又得依靠實驗方法的測定.由于涂層/基體材料體系的多樣性與復雜性，至今還沒有形成適合于測量這類材料的界面結合強度的標準方法.目前，常用來測量涂層/基體材料的界面結合強度的方法有：拉伸法、剪切法、彎曲法、劃痕法、壓入法等.該文就目前表征與評價涂層/基體材料界面結合強度的測量方法做了綜述，討論了它們的適用范圍，比較了它們的優(yōu)勢與不足.

涂層/基體材料；界面結合強度；測量方法

來源出版物：力學進展，2007，37（1）: 67-79入選年份：2012

動態(tài)載荷下剪切變形局部化、微結構演化與剪切斷裂研究進展

徐永波，白以龍

總結和評述了近年來金屬與合金變形局部化的形成、微結構演化與剪切斷裂方面作者和相關的研究工作成果.材料包括低碳鋼，SS304不銹鋼，F(xiàn)e-15%Ni-15%Cr單晶，Al-Li合金，α-Ti和Ti-6Al-4V，Al/SICP復合材料等.綜述內容主要包括：采用改進的HOPKINSON扭桿裝置，對剪切變形局部化形成、發(fā)展和演化過程進行了實驗觀察與數(shù)值模擬；采用“側剖”與“對接”等定點方法制備電子顯微鏡薄膜試樣，對剪切帶內相變與再結晶、非晶轉變、旋渦結構等動態(tài)變形現(xiàn)象，以及與宏觀動態(tài)力學行為對應的位錯胞的形成、發(fā)展和坍塌等微結構特征進行了觀測；提出了應變和應變率同時作為剪切帶形成的兩個必要條件的直接實驗證據(jù)；在剪切帶內發(fā)現(xiàn)了α''-馬氏體相變現(xiàn)象，以及相變產(chǎn)物與母體之間的晶體學關系；通過位錯單滑移或交滑移等微觀剪切最后發(fā)展成為宏觀剪切的機制；對剪切帶內再結晶結構的觀測和對再結晶動力學本構關系的定量描述；對剪切帶特別是“白色”腐蝕帶（或相變帶）的形成機制的分析和新的解釋，指出“白色”是帶內亞結構取向趨于一致，其在光學或掃描顯微鏡下很難辨認這些亞結構的取向差所致，并非表明剪切帶內一定發(fā)生了相變；通過截斷實驗和實時跟蹤觀測發(fā)現(xiàn)，剪切帶內微裂紋的萌生與聚合是材料承載能力驟然下降并導致最后斷裂的主控因素.此外，該文對近年來在準靜態(tài)和循環(huán)加載下材料的局部化形變與剪切斷裂的實驗結果予以簡要評述，指出其微觀機制與動態(tài)載荷下的截然不同，是由位錯的平面滑移所控制的，與熱效應無關的等溫變形.

動態(tài)載荷；剪切變形局部化；微結構演化；相變與再結晶；非晶化；位錯平面滑移

來源出版物：力學進展，2007，37（4）: 496-516入選年份：2012

超越攝動：同倫分析方法基本思想及其應用

廖世俊

介紹一種新的、求解強非線性問題解析近似的一般方法——同倫分析方法.該方法從根本上克服了攝動理論對小參數(shù)的過分依賴，其有效性與所研究的非線性問題是否含有小參數(shù)無關，因此，適用范圍廣.此外，不同于所有其他解析近似方法，同倫分析方法提供了一個簡單的途徑，確保所得到的級數(shù)解收斂，從而獲得足夠精確的解析近似.而且，不同于所有其他解析近似方法，同倫分析方法（HAM）提供了選取基函數(shù)之自由，從而可以選擇較好的基函數(shù)，更有效地逼近問題的解.同倫分析方法為非線性問題的解析近似求解提供了一個全新的思路，為非線性問題（特別是不含小參數(shù)的強非線性問題）的求解開辟了一個全新的途徑.簡要描述同倫分析方法的基本思想，其在非線性力學、物理、化學、生物、金融、工程和計算數(shù)學等領域的應用舉例，以及與攝動方法、LYAPUNOV人工小參數(shù)法、δ展開法、ADOMIAN分解法、同倫攝動方法之區(qū)別和聯(lián)系.

非線性方程；解析近似；無窮級數(shù)；同倫分析方法；HAM

來源出版物：力學進展，2008，38（1）: 1-34入選年份：2012

添加劑湍流減阻流動與換熱研究綜述

焦利芳，李鳳臣

添加劑湍流減阻是指在液體的管道湍流中添加少量的高分子聚合物或某種表面活性劑從而使湍流阻力大大降低的現(xiàn)象.從其被發(fā)現(xiàn)至今，經(jīng)過近半個世紀的研究（實驗研究、理論分析、數(shù)值模擬和實際系統(tǒng)的應用研究），盡管對這一現(xiàn)象及其實際應用價值已有了較為深入的認識，但仍有許多方面尚有欠缺，例如對湍流減阻的機理仍然在探索中.該文歸納評述了高分子聚合物或表面活性劑添加劑湍流減阻流動與換熱現(xiàn)象的研究現(xiàn)狀，從湍流減阻劑的特性、減阻劑的湍流減阻機理、湍流減阻發(fā)生時的換熱機理、減阻流動速度場分布和換熱控制等幾個方面綜述了添加劑湍流減阻流動與換熱特性，并綜述了湍流減阻劑在實際工業(yè)系統(tǒng)中的應用情況，在對添加劑湍流減阻機理、有湍流減阻發(fā)生時的對流換熱機理等的理解方面進行了新的總結.

高分子聚合物；表面活性劑；湍流減阻；對流換熱；節(jié)能

來源出版物：力學進展，2008，38（3）: 339-357入選年份：2012

航天器動力學與控制大研究進展與展望

黃文虎，曹登慶，韓增堯

開展航天器動力學與控制的研究在航天技術的發(fā)展中起到舉足輕重的作用，其目的在于發(fā)展有效的方法促使航天器在各階段平穩(wěn)可靠地運行.航天器技術發(fā)展迅速，其形式日趨多樣化，功能與構造日趨復雜，已經(jīng)向大型空間站、微小衛(wèi)星、深空探測等方向發(fā)展.航天器結構表現(xiàn)出多耦合、非線性、極端外界環(huán)境，以及大尺度柔性結構等特征，由此激發(fā)起航天器動力學與控制領域各方向的深入研究.航天器動力學與控制的研究方法覆蓋理論分析、數(shù)值仿真，以及實驗模擬等諸多方面，研究內容十分豐富.本文概括介紹了近年來航天器動力學與控制研究方面的發(fā)展狀況，綜述了跨航天器動力學與控制、航天器系統(tǒng)級動力學與振動控制、航天器部件級動力學與振動控制等航天領域中的若干基礎問題.內容主要集中于航天領域中不同應用范圍、不同層次結構的航天器動力學模型的建立和動力學響應與振動控制的研究方法及已取得的成果.最后，提出了該領域中值得進一步考慮的科學問題及未來的發(fā)展方向.

航天器；動力學特性；耦合；柔性；非線性

來源出版物：力學進展，2012，42（4）: 37-394入選年份：2012

新型復合材料點陣結構的研究進展

吳林志

復合材料點陣結構是一種具有輕質、高比強、高比剛以及多功能潛力的新型結構材料，近幾年受到國外學者的極大關注，是新一代結構材料一體化的理想結構材料.復合材料點陣結構的發(fā)展是一個漸進的過程，纖維增強復合材料在夾芯結構中的應用已由部分向整體過渡.纖維增強復合材料相對金屬材料具有更高的比強度和比剛度，而且可設計性優(yōu)勢更加明顯，采用復合材料制備成型的點陣結構表現(xiàn)出更加優(yōu)越的力學和多功能優(yōu)勢.各種制備技術的提出，使得復合材料點陣結構的發(fā)展取得重要進展，為今后應用和深入研究打下堅實的基礎.

在拓撲構型設計和制備工藝方面，首先對Z向增強泡沫夾芯結構進行簡單概述，具體包括縫紉泡沫夾芯結構、Z-Pin增強泡沫夾芯結構和三維中空夾芯結構形式.在此基礎上，指出復合材料點陣結構出現(xiàn)之前夾芯結構領域的發(fā)展現(xiàn)狀，由此引出復合材料點陣結構的概念，介紹了直柱型、斜柱型、金字塔型、四面體型、Kagome型和編織芯子點陣結構等多種形式.然后，簡要概述了復合材料格柵結構和多層級點陣等其他特殊構型的夾芯結構.

在力學性能及失效模式方面，人們通過縫紉、Z-pin增強、三維編織等手段來改善面芯間的界面性能，進而提高結構的整體強度和剛度.對于纖維增強復合材料點陣結構，國內外學者對其做了廣泛的研究和概述，在此主要概述其平壓、剪切、側壓、彎曲、沖擊力學性能及失效模式，建立了預報復合材料點陣結構力學性能的理論及數(shù)值模型.為了便于讀者了解整體內容，我們采用了圖表綜述的方式直觀描述.匯總了目前復合材料點陣結構性能指標，給出了修正之后的強度-密度表.

最后，本文對復合材料點陣結構可能應用的領域進行預測，復合材料點陣結構除了具有高的比強度、比剛度外，其內部開放的空間為結構/功能一體化提供了理想的結構平臺，同時也為部分替代傳統(tǒng)的蜂窩或泡沫夾芯復合材料結構提供了技術支持.復合材料點陣結構獨特的輕質特性及多功能性等優(yōu)勢將使得其在軌道交通、航海、航空、航天等領域擁有很大的應用潛力.在復合材料點陣結構設計/制備/表征/評價/應用方面，我們系統(tǒng)總結了目前復合材料點陣結構已完成和未開展的研究工作.從總體上看該方向依然處在基礎研究階段，同時指出了該結構未來的發(fā)展方向.

復合材料點陣結構；制備工藝；力學性能；輕質；夾芯結構

來源出版物：力學進展，2012，42（1）:入選年份：2012

基于CFD的氣動力建模及其在氣動彈性中的應用

張偉偉，葉正寅

CFD技術為帶有氣動力非線性的氣動彈性分析提供了一種研究途徑，但是基于CFD的氣動彈性直接數(shù)值模擬方法的計算量很大，不便開展定性分析和參數(shù)設計.基于 CFD的非定常氣動力模型的降階技術為緩解計算效率與計算精度之間的矛盾以及系統(tǒng)的復雜性與易分析、易設計性之間的矛盾提供了行之有效的技術途徑.綜述了近年來發(fā)展的兩類基于 CFD技術的非定常氣動力降階技術和一種非線性氣動力的諧波平衡方法，以及這些方法在非線性氣動彈性研究中的運用.對比了各種方法的優(yōu)越性并作了進一步的展望.

非定常氣動力模型；非線性氣動彈性；CFD；ROM

來源出版物：力學進展，2008，38（1）: 77-86入選年份：2013

土木工程結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的研究狀況與進展

李宏男，高東偉，伊廷華

土木工程結構健康監(jiān)測的研究是近年來國際學術研究的熱點問題之一，涉及許多不同的研究領域，如數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、信號處理、結構分析等.闡述了實施土木工程結構健康監(jiān)測的必要性和迫切性，介紹了結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的概念、組成及其應用，分析研究了結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)的功能、特點和實現(xiàn)方法，重點討論了實現(xiàn)各子系統(tǒng)的理論、方法和存在的若干力學問題，論述了結構健康監(jiān)測在國內外土木工程領域的應用狀況，最后對結構健康監(jiān)測領域的幾個重要問題做了展望.

土木工程結構；健康監(jiān)測；監(jiān)測系統(tǒng)；損傷診斷；安全性評估

來源出版物：力學進展，2008，38（2）: 151-166入選年份：2013

層狀鹽巖力學特性研究進展

楊春和，李銀平，屈丹安，等

鹽巖具有孔隙度低，滲透率小，損傷自恢復和塑性變形能力大等特性.該文著眼于深部鹽巖能源地下儲備，在簡要介紹國內外鹽巖力學特性研究現(xiàn)狀基礎上，著重綜述了近期關于層狀沉積型鹽巖工程力學特性研究的進展.層狀鹽巖壓縮試驗表明泥質硬石膏夾層對鹽巖體的變形和破壞特性有明顯的影響，揭示了復合巖體的變形和破壞機制；層狀鹽巖流變試驗表明層狀鹽巖的蠕變主要由鹽巖層控制，硬央層的存在對溶腔圍巖的長期蠕變起到抑制作用；為了深入了解界面的力學特性，開展了層狀鹽巖直接剪切試驗、間接拉伸試驗和界面微觀分析試驗，試驗表明層狀鹽巖體中鹽巖央層界面具有較強的黏結力，這十分有利于鹽巖溶腔的密閉性和穩(wěn)定性；針對特殊的層狀巖體提出了復合巖體 COSSERAT介質擴展本構模型，并應用于層狀鹽巖構造中能源儲庫穩(wěn)定性分析中.最后指出了層狀鹽巖工程力學特性研究中值得關注的幾個重點研究方向.

層狀鹽巖；能源地下儲存；壓縮試驗；直接剪切試驗；界面；本構關系

來源出版物：力學進展，2008，38（4）: 484-494入選年份：2013

機械系統(tǒng)中摩擦模型的研究進展

劉麗蘭，劉宏昭，吳子英，等

摩擦現(xiàn)象在機械系統(tǒng)中的作用日益突出，合理地解決機械系統(tǒng)中摩擦環(huán)節(jié)尤其是非線性摩擦環(huán)節(jié)的制約問題已成為當前研究的重點.由于摩擦的復雜性，很難從機理上獲得其準確唯一的數(shù)學模型，迄今已提出的摩擦模型有數(shù)十種.鑒于目前機械系統(tǒng)中摩擦建模的發(fā)展狀況，首先描述了幾種重要的摩擦現(xiàn)象，如庫侖摩擦、黏性摩擦、STRIBECK效應、預滑動摩擦、可變的靜態(tài)摩擦力和摩擦記憶效應等.其次，系統(tǒng)地介紹了幾種較為重要的、常用的摩擦模型，包括6種靜態(tài)摩擦模型和7種動態(tài)摩擦模型，并對每一種模型的構成，特點和適用范圍等進行了較為詳細地論述.比較而言，靜態(tài)摩擦模型結構簡單，參數(shù)辨識容易，但是無法描述摩擦的動態(tài)特性，動態(tài)摩擦模型能夠比較全面的描述摩擦現(xiàn)象，但結構復雜，參數(shù)辨識難度較大.再次，簡要概述了摩擦建模對機械系統(tǒng)動力學行為的影響，以及在高精度定位系統(tǒng)的控制中的作用.最后，針對當前機械系統(tǒng)中摩擦建模方面存在的一些不足提出了幾點展望.為今后摩擦模型的選用和新摩擦模型的建立提供了參考.

摩擦；靜態(tài)摩擦模型；動態(tài)摩擦模型；機械系統(tǒng)；控制

來源出版物：力學進展，2008，38（2）: 201-213入選年份：2013

流體流動的邊界滑移問題研究進展

吳承偉，馬國軍，周平

最近十幾年來，隨著現(xiàn)代微/納米測試以及分子動力學模擬技術的出現(xiàn)和發(fā)展，流體流動的邊界滑移問題研究獲得了突飛猛進的發(fā)展.邊界滑移相關研究大體可分為3個方面：實驗、分子動力學模擬和理論數(shù)值分析，前兩者主要以發(fā)現(xiàn)邊界滑移現(xiàn)象、探索邊界滑移的產(chǎn)生機理以及各因素對邊界滑移的影響規(guī)律為主要研究目的，而后者主要研究邊界滑移的物理模型、相關問題的計算方法以及邊界滑移對流體系統(tǒng)流體動力學行為的影響.該文首先簡要回顧了液體流動的邊界滑移及其相關問題的早期研究歷史，隨后對邊界滑移問題的研究現(xiàn)狀進行了綜述，最后展望了該領域今后的研究重點及其應用前景.

邊界滑移；流體動力學；微/納米；滑移長度；極限剪應力

來源出版物：力學進展，2008，38（3）: 265-282入選年份：2013

網(wǎng)絡科學中統(tǒng)一混合理論模型的若干研究進展

方錦清，李永

復雜網(wǎng)絡的理論模型研究一直是網(wǎng)絡科學的最重要課題之一.首先概述網(wǎng)絡科學理論發(fā)展史上的3個里程碑以及有權演化網(wǎng)絡的發(fā)展概況.為了全面反映確定性與隨機性混合的真實世界的統(tǒng)一性、多樣性和復雜性，使網(wǎng)絡理論模型更加接近實際網(wǎng)絡的全面特性，著重評述近年來發(fā)展的統(tǒng)一混合網(wǎng)絡理論模型的3部曲:和諧混合擇優(yōu)模型、統(tǒng)一混合網(wǎng)絡模型和統(tǒng)一混合變速增長網(wǎng)絡模型，總結和評述了混合理論模型3部曲的不同特點和相互聯(lián)系，揭示了統(tǒng)一混合網(wǎng)絡的復雜性與普適性及其錯綜復雜的轉變關系.最后指出，該理論在多層次高科技網(wǎng)絡等實際網(wǎng)絡中的應用前景.

網(wǎng)絡科學；統(tǒng)一混合網(wǎng)絡理論模型3部曲；復雜性；普適性；小世界；無標度

來源出版物：力學進展，2008，38（6）: 663-678入選年份：2013

無網(wǎng)格法的理論及應用

張雄，劉巖，馬上

詳細論述了近年來迅速發(fā)腱的無網(wǎng)格法的理論基礎及其在各個領域內的應用.無網(wǎng)格法網(wǎng)格依賴性弱，避免了傳統(tǒng)的有限元、邊界元等基于網(wǎng)格的數(shù)值方法中可能出現(xiàn)的網(wǎng)格畸變和扭曲，在一些有限元、邊界元等方法難以較好處理的領域體現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢.以加權余量法為主線歸納了已有的 30多種無網(wǎng)格法，各類無網(wǎng)格法的主要區(qū)別在于使用了不同的加權余量法和近似函數(shù).詳盡介紹了各種無網(wǎng)格近似方案（包括移動最小二乘近似、核近似和重構核近似、單位分解近似、徑向皋函數(shù)近似、點插值近似、自然鄰接點插值近似等）和無網(wǎng)格法中常用的各類加權余量法（伽遼金格式、配點格式、局部弱形式、加權最小二乘格式和邊界積分格式等），并討論了數(shù)值積分方法和邊界條件的處理等問題.在此基礎上較系統(tǒng)地總結了無網(wǎng)格法在沖擊爆炸、裂紋傳播、超大變形、結構優(yōu)化、流崮耦合、生物力學和微納米力學等領域的應用，展示了無網(wǎng)格法相對于傳統(tǒng)數(shù)值方法的優(yōu)勢.

無網(wǎng)格法；無單元法；高速沖擊；裂紋擴展；大變形

來源出版物：力學進展，2009，39（1）: 1-36入選年份：2013

顆粒流動力學及其離散模型評述

孫其誠，王光謙

顆粒流是由眾多顆粒組成的具有內在相互作用的非經(jīng)典介質流動.自然界常見顆粒流都是密集流，顆粒間接觸形成力鏈，諸多力鏈相互交接構成支撐整個顆粒流重量和外載荷的網(wǎng)絡，其局部構型及強度在外載荷下演化，是顆粒流摩擦特性和接觸應力的來源.該文介紹球形顆粒間無粘連作用時的HERTZ法向接觸理論和MINDLIN-DERESIEWICZ切向接觸理論.CAMPBELL依據(jù)是否生成較為穩(wěn)定的力鏈把顆粒流分為彈性流和慣性流兩大類，其中彈性一準靜態(tài)流和慣性-碰撞流分別對應準靜態(tài)流和快速流，作為兩種極端流動情況通常處理成連續(xù)體，分別采用摩擦塑性模型和動理論予以描述，但是表征接觸力鏈的顆粒彈性參數(shù)并不出現(xiàn)這兩個模型和理論框架中，如何進一步考慮顆粒彈性參數(shù)將非常困難.目前離散動力學方法逐漸成為復現(xiàn)其復雜顆粒流動現(xiàn)象、提取實驗不可能獲得的內部流動信息進而綜合起來探索顆粒流問題的一種有效工具，其真實性強于連續(xù)介質理論的描述.軟球模型對顆粒間接觸力簡化處理，忽略了切向接觸力對法向接觸力及其加載歷史的依賴，帶來了法向和切向剛度系數(shù)如何標度等更艱難的物理問題，但由于計算強度小而廣泛應用于工程問題中.硬球模型不考慮顆粒接觸變形，因而不能描述顆粒流內在接觸應變等物理機理，僅適用于快速顆粒流，這不僅僅是由于兩體碰撞的限制.因此基于顆粒接觸力學的離散顆粒動力學模型是嶄新的模型，適用于準靜態(tài)流到快速流整個顆粒流態(tài)的模擬，可以細致考慮接觸形變及接觸力的細節(jié)，建立更為合理的顆粒流本構關系，進而有力的促進顆粒流這一非經(jīng)典介質流動的研究.

顆粒流；接觸力學；力鏈；離散元；軟球模型；硬球模型

來源出版物：力學進展，2008，38（1）: 87-100入選年份：2013

城市大氣環(huán)境的大渦模擬研究進展

崔桂香，張兆順，許春曉，等

本文回顧城市大氣污染擴散的研究實踐與進展，介紹城市大氣環(huán)境流動的特點和用現(xiàn)代計算流體力學手段開展城市大氣環(huán)境的大渦模擬研究方法，包括：數(shù)學模型，控制方程、亞網(wǎng)格湍流模式、定解條件及其數(shù)值方法.其中，重點介紹中尺度到微尺度的耦合模型與適用于復雜城市下墊面（滿足大渦模擬分辨率要求且計算量較小）的組合模型；并給出實際算例和結果分析，包括準確度的統(tǒng)計估算和湍流特性等.最后，討論城市大氣環(huán)境數(shù)值模擬方法進一步改進的方向和城市大氣環(huán)境流動與污染物擴散數(shù)值研究應重點關注的幾個問題.

城市大氣環(huán)境；大渦模擬；多尺度耦合；下墊面模型

來源出版物：力學進展，2013，43（4）: 295-328入選年份：2013

空間激光干涉引力波探測

羅子人，白姍，邊星，等

為印證廣義相對論和開拓引力波天文學窗口，引力波探測是當前國際研究熱點.本文圍繞空間激光干涉引力波探測，對其科學意義、發(fā)展狀況、關鍵技術等進行了回顧.與地面激光干涉引力波探測相比，空間探測的工作頻段更低，從104～10 Hz，在工作距離為百萬公里量級上，預計能探測到雙致密星系統(tǒng)、超大質量比雙黑洞繞轉系統(tǒng)、中等質量比雙黑洞繞轉系統(tǒng)，以及星系合并引起的超大質量黑洞并合等波源.為此，測距精度須達到皮米的量級，并且保證測距技術有效工作的無拖曳航天技術亦有很高的要求.本文以歐洲的空間激光引力波探測計劃為例，主要對上述兩項技術進行分析和闡述，并展望了空間引力波探測在我國的發(fā)展趨勢和前景.

引力波探測；激光干涉測距系統(tǒng)；無拖曳航天技術；慣性傳感器；微推進器；引力波天文學

來源出版物：力學進展，2013，43（4）: 415-447入選年份：2013