研究綜述

原子力顯微鏡在二維材料力學(xué)性能測試中的應(yīng)用綜述(929-943,doi:10.6052/0459-1879-20-354)

高揚(yáng)

本綜述回顧了原子力顯微鏡在二維材料彈性力學(xué)性能測試方面的相關(guān)工作.基于原子力顯微鏡的納米壓痕技術(shù)可精確測量二維材料面內(nèi)彈性模量,但在層間彈性模量測試方面有一定局限性.基于原子力顯微鏡的埃壓痕技術(shù)能將位移尺度控制在0.1 nm以內(nèi),從而精確地表征和調(diào)控二維材料的層間范德華作用力,即層間彈性模量.

流體力學(xué)

水中高壓脈動氣泡與浮體流固耦合特性研究(944-961,doi:10.6052/0459-1879-20-357)

胡振宇,曹卓爾,李帥,張阿漫

本文依據(jù)邊界積分法建立了高壓脈動氣泡與浮體的非線性流固耦合動力學(xué)模型,并通過電火花氣泡實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其正確性.研究表明不同無量綱氣泡?浮體距離參數(shù)下,弱浮力氣泡會出現(xiàn)5 種典型的潰滅模式,氣泡射流速度可達(dá)1000 m/s,其背后的力學(xué)機(jī)理為:氣泡?浮體的流固耦合效應(yīng)導(dǎo)致氣泡底部產(chǎn)生局部高曲率現(xiàn)象,進(jìn)而誘發(fā)更快的水射流.

不同壁面取向下超疏水平面直軌道上的氣泡滑移(962-972,doi:10.6052/0459-1879-20-405)

葉煜航,凃程旭,包福兵,汪鈺錕,楊森森

本文采用高速陰影成像技術(shù)研究了不同壁面取向(?90?β90?) 及軌道傾角(45?α75?)下,氣泡在超疏水直線軌道上的運(yùn)動特性.根據(jù)氣泡滑移過程中的形狀演化可分為波動型和穩(wěn)定型.根據(jù)傾角不同滑移速度關(guān)于β 有2 種變化規(guī)律:當(dāng)α65?,氣泡滑移速度近似為關(guān)于β=0?的單峰分布；當(dāng)α70?,氣泡滑移速度在不同的方位角下保持穩(wěn)定

基于WENO-THINC/WLIC 模型的水氣二相流數(shù)值模擬(973-985,doi:10.6052/0459-18-79-20-430)

韋志龍,蔣勤

本研究針對開敞水域的大變形自由表面流問題,采用五階加權(quán)基本無震蕩(WENO) 格式求解描述流體運(yùn)動的NS 方程,利用基于加權(quán)線性界面算法改進(jìn)的多維雙曲正切函數(shù)界面捕捉法(THINC/WLIC) 追蹤水氣界面,建立WENO-THINC/WLIC 水氣二相流運(yùn)動數(shù)值模型.對線性液艙晃蕩、潰壩等問題的數(shù)值模擬結(jié)果表明本模型能較為準(zhǔn)確地模擬大變形自由表面流運(yùn)動.

基于特征分裂有限元準(zhǔn)隱格式的共軛傳熱整體耦合數(shù)值模擬方法(986-997,doi:10.605-2/0459-1879-20-299)

劉瑜,鄧家鈺,王成恩,蘇紅星

本研究發(fā)展了一種數(shù)值模擬不可壓縮層流共軛傳熱的整體耦合方法.采用基于特征分裂的有限元法的準(zhǔn)隱格式模擬流動,通過區(qū)別處理物理推進(jìn)時間步長與穩(wěn)定項(xiàng)中的時間步長改進(jìn)了該方法的穩(wěn)定性.在此基礎(chǔ)上,利用改進(jìn)了的準(zhǔn)隱格式和整體耦合方法實(shí)現(xiàn)了不可壓縮流體和固體間共軛傳熱的數(shù)值模擬.本文還研究了固體區(qū)域時間步長對定常共軛傳熱問題數(shù)值模擬收斂性的影響,發(fā)現(xiàn)選擇合適的固體時間步長可以顯著提高收斂速率.

向列相溶致液晶旋轉(zhuǎn)黏度研究(998-1007,doi:10.6052/0459-1879-20-272)

陳凌峰,于佳佳,李友榮,黃映洲,李谷元

本文采用旋轉(zhuǎn)磁場法測得溶致液晶(Sunset Yellow)在不同溫度和濃度下向列相時旋轉(zhuǎn)粘度.研究結(jié)果表明:向列相溶致液晶旋轉(zhuǎn)粘度隨溶液濃度的增大而增大,隨溫度的增加呈指數(shù)減小的規(guī)律,并構(gòu)建了旋轉(zhuǎn)粘度經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式,最大相對誤差僅為18.56%.創(chuàng)新地提出了“一步法”研究液晶分子柱狀體長徑比對旋轉(zhuǎn)粘度的影響,減少實(shí)驗(yàn)研究成本和復(fù)雜性.

濕潤性對孔隙介質(zhì)兩相滲流驅(qū)替效率的影響(1008-1017,doi:10.6052/0459-1879-20-403)

魏鸛舉,胡冉,廖震,陳益峰

濕潤性是影響多相滲流驅(qū)替效率的重要因素.本文基于微流體可視化實(shí)驗(yàn),研究了濕潤性對砂巖孔隙中兩相驅(qū)替模式及效率的影響.結(jié)果表明:隨流速增加,驅(qū)替模式由毛細(xì)指流轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定流;由于單支優(yōu)勢通道和”繞流”現(xiàn)象的發(fā)生,親水性孔隙結(jié)構(gòu)中驅(qū)替效率顯著降低.通過考慮濕潤性效應(yīng),建立了驅(qū)替效率和毛細(xì)管數(shù)的統(tǒng)一關(guān)系式.

波浪作用下柔性草本植物受力特性研究(1018-1027,doi:10.6052/0459-1879-20-429)

張小霞,林鵬智

采用簡單柔性結(jié)構(gòu)物受力尺度定律計(jì)算單片葉片和單根桿莖受力,并用遮蔽系數(shù)量化葉片與桿莖間相互作用引起的葉片受力降低程度,提出了波浪作用下柔性草本植物動態(tài)受力計(jì)算公式,所提受力計(jì)算公式可較好地預(yù)測模型植物及真實(shí)植物樣本的最大受力及植物受力隨波浪周期的變化情況.

固體力學(xué)

考慮纏結(jié)效應(yīng)的超彈性本構(gòu)模型(1028-1037,doi:10.6052/0459-1879-21-008)

肖銳,向玉海,鐘旦明,曲紹興

本文建立了同時考慮熵彈性和纏結(jié)效應(yīng)的超彈性本構(gòu)模型.其中,熵彈性是基于Langevin 統(tǒng)計(jì)模型,而纏結(jié)效應(yīng)是基于管模型(tube model),基于仿射假設(shè),最終得到的應(yīng)變能密度僅依賴于應(yīng)變張量的第一和第二不變量.本文所建立的三參數(shù)超彈性模型能夠準(zhǔn)確描述橡膠材料在復(fù)雜加載情況下的力學(xué)響應(yīng),其精度高于多個經(jīng)典的超彈性模型.

二維正交各向異性位勢問題的高階單元快速多極邊界元法(1038-1048,doi:10.6052/045-9-1879-20-455)

李聰,胡斌,胡宗軍,牛忠榮

本文研制了一種適用于二維正交各向異性位勢問題的高階單元(線性單元和二次單元) 快速多極邊界元法.高階單元奇異積分和幾乎奇異積分計(jì)算難題的解決,使得該方法不僅能夠計(jì)算一般結(jié)構(gòu),也可應(yīng)用于超薄體結(jié)構(gòu),拓寬了其適用范圍.且該方法計(jì)算時間與自由度數(shù)量成線性關(guān)系,其計(jì)算效率仍處于O(N) 量級,可更加高效求解大規(guī)模問題.

雙材料界面裂紋復(fù)應(yīng)力強(qiáng)度因子的正則化邊界元法(1049-1058,doi:10.6052/0459-1879-20-440)

谷巖,張耀明

論文引入了一種含有復(fù)振蕩因子的新型“特殊裂尖單元”,可精確表征雙材料界面裂紋尖端漸近位移和應(yīng)力場的振蕩特性,在避免裂尖區(qū)域高密度網(wǎng)格剖分的情況下,可實(shí)現(xiàn)雙材料界面裂紋復(fù)應(yīng)力強(qiáng)度因子的精確求解.此外,結(jié)合邊界元法中計(jì)算近奇異積分的正則化算法,成功求解了大尺寸比(超薄)雙材料界面裂紋的斷裂力學(xué)參數(shù).

脆性巖石蠕變裂紋成核宏細(xì)觀力學(xué)機(jī)理研究(1059-1069,doi:10.6052/0459-1879-20-400)

李曉照,賈亞星,張騏爍,戚承志

基于脆性巖石亞臨界裂紋擴(kuò)展模型、裂紋?應(yīng)變?聲發(fā)射事件相關(guān)的損傷模型及裂紋成核損傷時間演化路徑函數(shù),提出一種脆性巖石裂紋成核損傷突變影響下的蠕變宏細(xì)觀力學(xué)模型.研究了裂紋成核損傷大小、相鄰裂紋成核損傷時間差、及裂紋成核數(shù)量,對脆性巖蠕變裂紋及變形影響.研究結(jié)果為深部地下工程施工及設(shè)計(jì)提供了理論支持.

面向增材制造的應(yīng)力最小化連通性拓?fù)鋬?yōu)化(1070-1080,doi:10.6052/0459-1879-20-389)

王超,徐斌,段尊義,榮見華

本文面向增材制造,針對協(xié)同考慮強(qiáng)度和可制造連通性的結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題,建立了材料體積和連通性約束下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力最小化拓?fù)鋬?yōu)化模型,提出了有效的優(yōu)化求解策略,通過典型數(shù)值算例論證了所提方法的合理有效性.研究揭示了結(jié)構(gòu)應(yīng)力最小化連通性優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)值特點(diǎn),研究成果可為高性能可制造性結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有益參考.

飽和多孔黏彈地基熱?水?力耦合動力響應(yīng)分析(1081-1092,doi:10.6052/0459-1879-20-385)

郭穎,李文杰,馬建軍,梁斌,熊春寶

天然土體由于沉積條件和應(yīng)力狀態(tài)不同,往往會表現(xiàn)出一定的流變性.本文基于Biot 波動方程、達(dá)西定律和Lord-Shulman 廣義熱彈性理論,重點(diǎn)研究了具有流變性特征的土體中滲透系數(shù)和孔隙率變化對外荷載作用下熱?水?力多場耦合的飽和地基的影響.該研究結(jié)果可為工程施工奠定一定的理論基礎(chǔ),具有一定的指導(dǎo)性意義.

動力學(xué)與控制

基于壓電纖維復(fù)合材料的旋轉(zhuǎn)葉片主動控制(1093-1102,doi:10.6052/0459-1879-20-448)

張博,丁虎,陳立群

本文通過引入壓電纖維復(fù)合材料傳感器和作動器,研究預(yù)變形旋轉(zhuǎn)葉片2:1 內(nèi)共振的有時滯效應(yīng)主動控制.研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)時滯超過某臨界值時,演化方程原有的平衡點(diǎn)失穩(wěn),閉環(huán)受控系統(tǒng)將緩慢進(jìn)入一個大振幅的周期運(yùn)動,從而喪失控制效果.位移增益存在一個范圍使得系統(tǒng)出現(xiàn)多值穩(wěn)態(tài)響應(yīng),進(jìn)而破壞了增益平面內(nèi)系統(tǒng)穩(wěn)定區(qū)和非穩(wěn)定區(qū)域的直線邊界.

基于流形切空間插值的折疊翼參數(shù)化氣動彈性建模(1103-1113,doi:10.6052/0459-1879-20-376)

詹玖榆,周興華,黃銳

本研究提出了一種基于流形切空間插值的折疊翼參數(shù)化氣動彈性建模方法.從折疊翼自由振動、顫振邊界預(yù)測兩方面進(jìn)行了算例驗(yàn)證,并與直接計(jì)算方法進(jìn)行了對比,進(jìn)一步驗(yàn)證了參數(shù)化氣動彈性模型的有效性.研究結(jié)果表明,該參數(shù)化氣動彈性模型對上述兩類問題計(jì)算精度與直接計(jì)算方法一致,并且有著計(jì)算效率更高的優(yōu)勢.

局域共振型聲子晶體板缺陷態(tài)帶隙及其俘能特性研究(1114-1123,doi:10.6052/0459-18-79-20-436)

盧一銘,曹東興,申永軍,陳許敏

振動能量采集可為低功耗電子設(shè)備提供自供電技術(shù),本文基于聲子晶體結(jié)構(gòu)的波調(diào)控特性以及局域共振聲子晶體的能量集中特性,提出具有不同缺陷態(tài)數(shù)量和構(gòu)型的局域共振型聲子晶體板結(jié)構(gòu)俘能器,通過分析帶隙特性和能量傳輸特性,結(jié)果表明:所提出的局域共振型聲子晶體板結(jié)構(gòu)克服了單個點(diǎn)缺陷超胞結(jié)構(gòu)缺陷模過少、共振頻帶過窄的局限性,拓寬了俘能器的工作頻帶,提高了輸出電壓.

含電學(xué)邊界的壓電層合梁的非線性彎曲波(1124-1137,doi:10.6052/0459-1879-20-409)

趙希寧,楊曉東,張偉

本文研究了含電學(xué)邊界條件的壓電層合梁的非線性彎曲波傳播特性.基于Jacobi橢圓函數(shù)展開法和約化攝動法兩種方法具體研究了外加電壓、壓電層厚度等參數(shù)對沖擊波和孤立波以及亮孤子和暗孤子特性的影響.研究結(jié)果表明,通過調(diào)整作用在壓電層合梁上的電壓發(fā)現(xiàn)了亮孤子和暗孤子,隨著外加電壓的增大,亮孤子和暗孤子的振幅都增大.

空間雙臂機(jī)器人抓捕翻滾目標(biāo)后的魯棒穩(wěn)定控制(1138-1155,doi:10.6052/0459-1879-20-449)

夏鵬程,羅建軍,王明明

提出了實(shí)現(xiàn)雙臂末端與目標(biāo)接觸安全的魯棒穩(wěn)定控制.先考慮目標(biāo)參數(shù)不確定性以及雙臂末端內(nèi)力對控制的影響,構(gòu)造魯棒正不變集設(shè)計(jì)控制目標(biāo)運(yùn)動的虛擬魯棒控制律,利用虛擬控制律與運(yùn)動約束規(guī)劃接觸安全的期望運(yùn)動軌跡.再在約束性能范圍內(nèi)跟蹤期望軌跡,使得被抓目標(biāo)受到等效虛擬控制律的控制,實(shí)現(xiàn)接觸安全的魯棒穩(wěn)定控制.

基于LuGre 摩擦模型的接觸約束法旋轉(zhuǎn)柔性梁斜碰撞研究(1156-1169,doi:10.6052/04-59-1879-20-350)

范紀(jì)華,谷通順,王明強(qiáng),諶宏,陳立威

對柔性梁和斜坡發(fā)生含摩擦斜碰撞的動力學(xué)問題進(jìn)行研究.首先采用假設(shè)模態(tài)法和第二類拉格朗日方程對柔性梁進(jìn)行離散建模,其次在碰撞時采用沖量?動量法求出跳躍速度,然后在法向上引入接觸約束求解出碰撞力,在切向上采用LuGre 摩擦模型求解摩擦力,通過與接觸約束法的其他兩種建模方法進(jìn)行仿真對比說明該方法具有避免切向狀態(tài)切換、摩擦力計(jì)算相對準(zhǔn)確的優(yōu)勢.

生物、工程及交叉力學(xué)

零重力條件下低溫射流抑制大尺寸液氫儲罐熱分層的數(shù)值研究(1170-1182,doi:10.605-2/0459-1879-20-343)

郭斌,趙建福,李凱,胡文瑞

液氫是一種常用的沸點(diǎn)低、易蒸發(fā)的空間低溫推進(jìn)劑.空間微重力環(huán)境中浮力對流被極大減弱,當(dāng)推進(jìn)劑儲罐壁面存在局部漏熱時,儲罐內(nèi)部氣液兩相流體系會出現(xiàn)環(huán)繞漏熱源的熱分層現(xiàn)象,引起局部過熱沸騰,導(dǎo)致儲罐內(nèi)部壓力急劇增大,ο低辰峁拱踩利用低溫射流抑制儲罐熱分層現(xiàn)象是一種有效手段.低溫流體通過設(shè)置在儲罐內(nèi)部的射流噴嘴與儲罐內(nèi)部的流體混合,消減局部高溫,實(shí)現(xiàn)溫度的均勻化.

廣義有限差分法在含阻抗邊界空腔聲學(xué)分析中的應(yīng)用(1183-1195,doi:10.6052/0459-18-79-20-311)

陳增濤,王發(fā)杰,王超

本文基于無網(wǎng)格廣義有限差分法進(jìn)行含阻抗邊界條件的頻域空腔聲學(xué)分析,給出了最大計(jì)算頻率與節(jié)點(diǎn)間距之間的定量協(xié)調(diào)關(guān)系.與傳統(tǒng)算法相比,所建立的數(shù)值模型具有無需網(wǎng)格劃分和數(shù)值積分、計(jì)算精度高、適于大規(guī)模計(jì)算等優(yōu)勢.通過二維和三維復(fù)雜聲腔模型的數(shù)值試驗(yàn)驗(yàn)證了算法的性能.該工作為含阻抗邊界條件的復(fù)雜空腔聲學(xué)分析提供了一種簡單高效的數(shù)值模擬工具.

基于一類非局部宏?微觀損傷模型的混凝土典型試件力學(xué)行為模擬(1196-1211,doi:1-0.6052/0459-1879-20-427)

任宇東,陳建兵

本文采用非局部宏?微觀損傷模型進(jìn)行典型混凝土試件受力全過程的精細(xì)化模擬.通過一維建模標(biāo)定模型細(xì)觀參數(shù),并探討了細(xì)觀參數(shù)與混凝土材料細(xì)觀物理?幾何特性之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián),在此基礎(chǔ)上采用二維模型進(jìn)行精細(xì)化分析.進(jìn)而,考察了材料參數(shù)空間變異性對單軸受拉和帶缺口三點(diǎn)彎曲等典型混凝土試件力學(xué)行為的重要影響.

危巖體崩塌災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警試驗(yàn)研究(1212-1221,doi:10.6052/0459-1879-20-441)

杜巖,霍磊晨,謝謨文,蔣宇靜,賈北凝,叢曉明

巖體崩塌破壞是最難預(yù)防的地質(zhì)災(zāi)害之一,由于邊坡巖塊體崩塌破壞多是系統(tǒng)不穩(wěn)定導(dǎo)致的動力破壞,因此本研究通過振動幅值等時域動力學(xué)指標(biāo)監(jiān)測,開展巖體分離破壞前兆識別試驗(yàn)研究,提前55 s 實(shí)現(xiàn)巖塊體崩塌的早期預(yù)警.此外,巖體破壞發(fā)生時刻賦存有較大的沖擊能量,這為巖體崩塌啟程劇動機(jī)制研究提供了新的啟示.