文章導讀

研究綜述

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

高揚

本綜述回顧了原子力顯微鏡在二維材料彈性力學性能測試方面的相關工作.基于原子力顯微鏡的納米壓痕技術可精確測量二維材料面內彈性模量,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能將位移尺度控制在0.1 nm以內,從而精確地表征和調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

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模型,并通過電火花氣泡實驗驗證了其正確性.研究表明不同無量綱氣泡?浮體距離參數下,弱浮力氣泡會出現5 種典型的潰滅模式,氣泡射流速度可達1000 m/s,其背后的力學機理為:氣泡?浮體的流固耦合效應導致氣泡底部產生局部高曲率現象,進而誘發更快的水射流.

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動特性.根據氣泡滑移過程中的形狀演化可分為波動型和穩定型.根據傾角不同滑移速度關于β 有2 種變化規律:當α65?,氣泡滑移速度近似為關于β=0?的單峰分布；當α70?,氣泡滑移速度在不同的方位角下保持穩定

基于WENO-THINC/WLIC 模型的水氣二相流數值模擬(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,采用五階加權基本無震蕩(WENO) 格式求解描述流體運動的NS 方程,利用基于加權線性界面算法改進的多維雙曲正切函數界面捕捉法(THINC/WLIC) 追蹤水氣界面,建立WENO-THINC/WLIC 水氣二相流運動數值模型.對線性液艙晃蕩、潰壩等問題的數值模擬結果表明本模型能較為準確地模擬大變形自由表面流運動.

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

劉瑜,鄧家鈺,王成恩,蘇紅星

本研究發展了一種數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隱格式模擬流動,通過區別處理物理推進時間步長與穩定項中的時間步長改進了該方法的穩定性.在此基礎上,利用改進了的準隱格式和整體耦合方法實現了不可壓縮流體和固體間共軛傳熱的數值模擬.本文還研究了固體區域時間步長對定常共軛傳熱問題數值模擬收斂性的影響,發現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粘度.研究結果表明:向列相溶致液晶旋轉粘度隨溶液濃度的增大而增大,隨溫度的增加呈指數減小的規律,并構建了旋轉粘度經驗表達式,最大相對誤差僅為18.56%.創新地提出了“一步法”研究液晶分子柱狀體長徑比對旋轉粘度的影響,減少實驗研究成本和復雜性.

濕潤性對孔隙介質兩相滲流驅替效率的影響(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替效率的重要因素.本文基于微流體可視化實驗,研究了濕潤性對砂巖孔隙中兩相驅替模式及效率的影響.結果表明:隨流速增加,驅替模式由毛細指流轉變為穩定流;由于單支優勢通道和”繞流”現象的發生,親水性孔隙結構中驅替效率顯著降低.通過考慮濕潤性效應,建立了驅替效率和毛細管數的統一關系式.

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

采用簡單柔性結構物受力尺度定律計算單片葉片和單根桿莖受力,并用遮蔽系數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受力計算公式,所提受力計算公式可較好地預測模型植物及真實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

考慮纏結效應的超彈性本構模型(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效應的超彈性本構模型.其中,熵彈性是基于Langevin 統計模型,而纏結效應是基于管模型(tube model),基于仿射假設,最終得到的應變能密度僅依賴于應變張量的第一和第二不變量.本文所建立的三參數超彈性模型能夠準確描述橡膠材料在復雜加載情況下的力學響應,其精度高于多個經典的超彈性模型.

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算難題的解決,使得該方法不僅能夠計算一般結構,也可應用于超薄體結構,拓寬了其適用范圍.且該方法計算時間與自由度數量成線性關系,其計算效率仍處于O(N) 量級,可更加高效求解大規模問題.

雙材料界面裂紋復應力強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力場的振蕩特性,在避免裂尖區域高密度網格剖分的情況下,可實現雙材料界面裂紋復應力強度因子的精確求解.此外,結合邊界元法中計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參數.

脆性巖石蠕變裂紋成核宏細觀力學機理研究(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展模型、裂紋?應變?聲發射事件相關的損傷模型及裂紋成核損傷時間演化路徑函數,提出一種脆性巖石裂紋成核損傷突變影響下的蠕變宏細觀力學模型.研究了裂紋成核損傷大小、相鄰裂紋成核損傷時間差、及裂紋成核數量,對脆性巖蠕變裂紋及變形影響.研究結果為深部地下工程施工及設計提供了理論支持.

面向增材制造的應力最小化連通性拓撲優化(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,針對協同考慮強度和可制造連通性的結構優化問題,建立了材料體積和連通性約束下的結構應力最小化拓撲優化模型,提出了有效的優化求解策略,通過典型數值算例論證了所提方法的合理有效性.研究揭示了結構應力最小化連通性優化設計的數值特點,研究成果可為高性能可制造性結構的優化設計提供有益參考.

飽和多孔黏彈地基熱?水?力耦合動力響應分析(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力狀態不同,往往會表現出一定的流變性.本文基于Biot 波動方程、達西定律和Lord-Shulman 廣義熱彈性理論,重點研究了具有流變性特征的土體中滲透系數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.該研究結果可為工程施工奠定一定的理論基礎,具有一定的指導性意義.

動力學與控制

基于壓電纖維復合材料的旋轉葉片主動控制(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合材料傳感器和作動器,研究預變形旋轉葉片2:1 內共振的有時滯效應主動控制.研究發現當時滯超過某臨界值時,演化方程原有的平衡點失穩,閉環受控系統將緩慢進入一個大振幅的周期運動,從而喪失控制效果.位移增益存在一個范圍使得系統出現多值穩態響應,進而破壞了增益平面內系統穩定區和非穩定區域的直線邊界.

基于流形切空間插值的折疊翼參數化氣動彈性建模(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化氣動彈性建模方法.從折疊翼自由振動、顫振邊界預測兩方面進行了算例驗證,并與直接計算方法進行了對比,進一步驗證了參數化氣動彈性模型的有效性.研究結果表明,該參數化氣動彈性模型對上述兩類問題計算精度與直接計算方法一致,并且有著計算效率更高的優勢.

局域共振型聲子晶體板缺陷態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備提供自供電技術,本文基于聲子晶體結構的波調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數量和構型的局域共振型聲子晶體板結構俘能器,通過分析帶隙特性和能量傳輸特性,結果表明:所提出的局域共振型聲子晶體板結構克服了單個點缺陷超胞結構缺陷模過少、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.研究結果表明,通過調整作用在壓電層合梁上的電壓發現了亮孤子和暗孤子,隨著外加電壓的增大,亮孤子和暗孤子的振幅都增大.

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

夏鵬程,羅建軍,王明明

提出了實現雙臂末端與目標接觸安全的魯棒穩定控制.先考慮目標參數不確定性以及雙臂末端內力對控制的影響,構造魯棒正不變集設計控制目標運動的虛擬魯棒控制律,利用虛擬控制律與運動約束規劃接觸安全的期望運動軌跡.再在約束性能范圍內跟蹤期望軌跡,使得被抓目標受到等效虛擬控制律的控制,實現接觸安全的魯棒穩定控制.

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

范紀華,谷通順,王明強,諶宏,陳立威

對柔性梁和斜坡發生含摩擦斜碰撞的動力學問題進行研究.首先采用假設模態法和第二類拉格朗日方程對柔性梁進行離散建模,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行仿真對比說明該方法具有避免切向狀態切換、摩擦力計算相對準確的優勢.

生物、工程及交叉力學

零重力條件下低溫射流抑制大尺寸液氫儲罐熱分層的數值研究(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低、易蒸發的空間低溫推進劑.空間微重力環境中浮力對流被極大減弱,當推進劑儲罐壁面存在局部漏熱時,儲罐內部氣液兩相流體系會出現環繞漏熱源的熱分層現象,引起局部過熱沸騰,導致儲罐內部壓力急劇增大,ο低辰峁拱踩利用低溫射流抑制儲罐熱分層現象是一種有效手段.低溫流體通過設置在儲罐內部的射流噴嘴與儲罐內部的流體混合,消減局部高溫,實現溫度的均勻化.

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

陳增濤,王發杰,王超

本文基于無網格廣義有限差分法進行含阻抗邊界條件的頻域空腔聲學分析,給出了最大計算頻率與節點間距之間的定量協調關系.與傳統算法相比,所建立的數值模型具有無需網格劃分和數值積分、計算精度高、適于大規模計算等優勢.通過二維和三維復雜聲腔模型的數值試驗驗證了算法的性能.該工作為含阻抗邊界條件的復雜空腔聲學分析提供了一種簡單高效的數值模擬工具.

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?微觀損傷模型進行典型混凝土試件受力全過程的精細化模擬.通過一維建模標定模型細觀參數,并探討了細觀參數與混凝土材料細觀物理?幾何特性之間的內在關聯,在此基礎上采用二維模型進行精細化分析.進而,考察了材料參數空間變異性對單軸受拉和帶缺口三點彎曲等典型混凝土試件力學行為的重要影響.

危巖體崩塌災害監測預警試驗研究(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防的地質災害之一,由于邊坡巖塊體崩塌破壞多是系統不穩定導致的動力破壞,因此本研究通過振動幅值等時域動力學指標監測,開展巖體分離破壞前兆識別試驗研究,提前55 s 實現巖塊體崩塌的早期預警.此外,巖體破壞發生時刻賦存有較大的沖擊能量,這為巖體崩塌啟程劇動機制研究提供了新的啟示.