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当期目录

    2003年 第35卷 第3期    刊出日期:2003-05-25
    论文
    三维非结构聚合多重网格法流场数值模拟研究
    吕宏强;伍贻兆;夏健
    2003, 35(3):  0-0.  DOI: 10.6052/0459-1879-2003-3-2001-191
    摘要 ( 891 )   PDF (249KB) ( 829 )  
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    在三维非结构网格上应用聚合式多重网格技术来加速Euler方程的收敛过程. 自行设计了一种高效率的网格聚合方法. 采用四重三维非结构网格,在每一层网格上采用有限体积法进行计算. 通过对M6翼型的数值求解验证了多重网格加速收敛的高效性.
    泥沙起动临界切应力研究
    何文社;方铎
    2003, 35(3):  0-0.  DOI: 10.6052/0459-1879-2003-3-2001-214
    摘要 ( 1012 )   PDF (460KB) ( 873 )  
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    泥沙起动是河流动力学基础理论中最基本的问题之一. 从非均匀沙起动的特点出发,研究了泥沙颗粒起动的内在机理及水力、泥沙因素在泥沙起动中的作用. 通过对瞬时作用流速及起动标准、泥沙颗粒在床面的相对暴露度、附加质量力等问题的分析及其表达式的引入,使泥沙起动在理论上进一步完善. 采用泥沙颗粒沿床面滚动的模式,推得了非均匀沙起动临界无因次切应力公式. 该公式包含了与水流脉动及泥沙颗粒相对暴露度相关的系数. 对公式中的系数进行了理论分析,并采用实测资料进行了检验,证明了公式的合理性.
    两相介质剪切变形的实验研究
    赵永红
    2003, 35(3):  0-0.  DOI: 10.6052/0459-1879-2003-3-2001-246
    摘要 ( 898 )   PDF (417KB) ( 564 )  
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    对(Mg_x , Ni_1-x )_2 GeO_4 橄榄石尖晶石两相混合物进行了剪切变形实验. 实验在Paterson内伺服控制气体介质试验机中进行,围压为400MPa,温度为T=1473K,应变率在10^-4 到10^-5 之间. 剪切实验所用试件分为两种,一种试件为单层同结构比,其化学成分为(Mg_0.9 , Ni_0. 1 )_2 GeO_4 ,橄榄石和尖晶石的比例为77:23. 另一种是两层不同结构比试件,其化学组成分别为(Mg_0.9 , Ni_0.1 )_2 GeO_4 和(Mg_0.8 , Ni_0.2 )_2 GeO_4 ,试件中橄榄石和尖晶石的比例分别为75:25和 26:74. 在单层同结构比试件的剪切变形实验中观测到,仅70%的总剪切变形就产生了很强的剪切带;而在两层介质的剪切试验中则观测到:一个小的化学成分的改变(10%),引起了大的相成分的改变(78%),同时产生了更大的剪切应变的差别(145%).
    裂隙岩体局部化破坏分析的多重势面分叉模型
    刘元高;周维恒;赵吉东;杨若琼
    2003, 35(3):  0-0.  DOI: 10.6052/0459-1879-2003-3-2001-274
    摘要 ( 894 )   PDF (354KB) ( 646 )  
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    采用多重势面弹塑性分岔理论对裂隙岩体的局部化破坏进行计算模拟. 基于多重势面弹塑性理论分析局部化问题,构造了适用于裂隙岩体破坏的多重势面不连续分岔模型,并使用数值方法求解局部化方向. 在有限元方法的基础上,使用该模型计算裂隙岩体的局部化破坏条带. 算例分析表明这一模型用于分析裂隙岩体的局部化破坏是有效的.
    非线性动力学常微分方程组高精度卷积分方法 I.理论和数值方法
    郑兆昌
    2003, 35(3):  0-0.  DOI: 10.6052/0459-1879-2003-3-2001-309
    摘要 ( 908 )   PDF (1007KB) ( 859 )  
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    建立了一种求解非线性动力学常微分方程组初值问题的新方法. 若非线性函数一阶导数存在,则给出解的积分方程表达式,计算得到按规定误差要求的高精度数值解. 引入一般自治或非自治非线性系统的首次近似Jacobi矩阵,不作任何假设重构等价的非线性常微分方程组,简捷而有广泛的适应性,不改变方程的本质,但其主项构成线性化方程组,其它项则代表非线性函数高阶余项而不涉及Taylor级数展开计算,给出该方程组初值问题的Duhamel 卷积分解析表达式,在时间步长内进行数值积分迭代求解,在指定误差内快速收敛,逐步递推获得非线性常微分方程的瞬态响应和全时域高精度数值解. 积分解连续满足微分方程组而不是在离散的步长端点上满足代数方程组,打破了传统用增量法在离散点上建立的代数方程组迭代求解,从而使传统Euler型逐步积分法的各种差分格式算法改变成真正的积分格式算法. 数值计算中给出指数矩阵递增展开式,变矩阵乘法为乘积系数的加法,避免了大量矩阵自乘而大大提高计算效率. 算法验证为无条件稳定,则保证对线性常微分方程而言,计算中舍入误差的传播不会扩散,不出现计算机字长有限而引起舍入误差导致计算不确定性问题. 基于以上理论和数值方法, 计算了线性非线性算例并进行了分析, 验证了本方法简捷而有广泛的适应性,可以有足够的精确性.
    旋流燃烧室内湍流燃烧速度场的实验研究
    普勇;张健;周力行
    2003, 35(3):  0-0.  DOI: 10.6052/0459-1879-2003-3-2001-341
    摘要 ( 784 )   PDF (456KB) ( 533 )  
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    建立了采用分级进风方式的同轴射流旋流燃烧室实验装置,选用耐高温的氧化铝细粉作为示踪粒子,实现了用三维激光粒子动态分析仪(PDA)测量湍流旋流燃烧的热态瞬时速度场. 在分级进风比率和旋流数不同的3组实验工况条件下,得到了气体时均轴向与切向速度、轴向与切向脉动速度均方根值和轴向-切向脉动速度二阶关联量的分布.
    伸缩虚拟边界元法解二维 Helmholtz 外问题
    向宇;黄玉盈
    2003, 35(3):  0-0.  DOI: 10.6052/0459-1879-2003-3-2001-368
    摘要 ( 1224 )   PDF (615KB) ( 688 )  
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    以位势理论为基础,提出了求解Helmholtz外问题的伸缩虚拟边界元法. 给出了该方法在全波数域内获得唯一解的严格数学证明,其核心是通过伸缩虚拟边界使对偶内问题的特征频率(本征值)避开与波数重合,从而保证了解的唯一性,同以往前人提出的几种解法途径相比,该法简单得多;通过诸多边界曲线形状和不同边界量的声辐射算例,从计算精度、稳定性以及克服解的非唯一性等方面,对该方法进行了检验. 计算结果表明:对远场或近场辐射声压, 该方法都具有非常高的效率和精度.
    纳米压痕实验的三维有限元数值模拟研究
    李敏;梁乃刚;张泰华;王林栋
    2003, 35(3):  0-0.  DOI: 10.6052/0459-1879-2003-3-2001-370
    摘要 ( 1266 )   PDF (687KB) ( 1156 )  
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    采用有限元方法模拟了纳米压痕仪的加、卸载过程,三维有限元模型考虑了纳米压痕仪的标准Berkovich压头. 介绍了有限元模型的几何参数、边界条件、材料特性与加载方式,讨论了摩擦、滑动机制、试件模型的大小对计算结果的影响,进行了计算结果与标准试样实验结果的比较,证实了模拟的可靠性. 在此基础上,重点研究了压头尖端曲率半径对纳米压痕实验数据的影响. 对比分析了尖端曲率半径$r=0$与$r =100$nm两种压头的材料压痕载荷-位移曲线. 结果表明,当压头尖端曲率半径$r \ne 0$时,基于经典的均匀连续介质力学本构理论、传统的实验手段与数据处理方法,压痕硬度值会随着压痕深度的减小而升高.
    参数激励与内共振联合作用下受控单摆系统的动力行为
    韩维;金栋平;胡海岩
    2003, 35(3):  0-0.  DOI: 10.6052/0459-1879-2003-3-2001-409
    摘要 ( 943 )   PDF (464KB) ( 573 )  
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    研究两自由度参数激励系统的非线性动力学与控制问题.利用Lagrange方程建立含反馈控制的参激摆及其驱动机构组成的系统动力学方程,以多尺度方法获得一阶近似控制方程.然后,对系统受一阶模态参激主共振与一、二阶模态间3:1内共振联合作用下的幅频响应及其稳定性,以及反馈参数对系统稳态行为的影响作了详细分析.结果表明,响应的稳定域位置和大小取决于位移反馈,位移立方反馈改变了系统的非线性程度,速度反馈类似于阻尼,可使系统呈现自激振动特性.
    双周期圆柱形夹杂纵向剪切问题的精确解
    徐耀玲;蒋持平
    2003, 35(3):  0-0.  DOI: 10.6052/0459-1879-2003-3-2001-416
    摘要 ( 976 )   PDF (499KB) ( 585 )  
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    研究无限介质中矩形排列双周期圆柱形夹杂的纵向剪切问题. 利用Eshelby等效夹杂理论并结合双周期与双准周期解析函数工具,为这类考虑夹杂相互影响的问题提供了一个严格又实用的分析方法,求得了问题的全场级数解. 作为退化情形得到单夹杂问题的经典解答,双周期孔洞、双周期刚性夹杂及单行(列)周期弹性夹杂等问题也可作为特殊情况被解决. 数值结果揭示了这类非均匀材料力学性质随微结构参数变化的规律.
    粘着摩擦系数的分形几何研究
    陈大年;S.T.S.Al-Hassani
    2003, 35(3):  0-0.  DOI: 10.6052/0459-1879-2003-3-2001-425
    摘要 ( 932 )   PDF (471KB) ( 641 )  
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    计及作用于接触斑点上的切向力,通过比较作用于接触斑点上的法向弹性载荷与法向塑性载荷,确定了区分弹性接触与塑性接触区域的临界接触斑点面积. 总的粘着摩擦系数被表示为弹性接触区与塑性接触区的粘着摩擦系数的组合. 假设屈服压力及局部粘着摩擦系数不依赖于接触斑点且等于塑性接触区中的平均值,则总的粘着摩擦系数可用简单的表达式描述. 分形几何参数及归一接触面积对于粘着摩擦系数的效应已通过算例表明,研究中,分别考虑了忽略与计及接触斑点的微粒间的相互作用,两种情况的结果完全不同.
    FV/MC混合算法求解轴对称钝体后湍流流场
    朱民明;葛海文;陈义良
    2003, 35(3):  0-0.  DOI: 10.6052/0459-1879-2003-3-2002-035
    摘要 ( 1217 )   PDF (339KB) ( 570 )  
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    介绍一种有限容积/Monte Carlo结合求解湍流流场的相容的混合算法. 有限容积法求解Reynolds平均的动量方程和能量方程,Monte Carlo方法求解模化的脉动速度-频率-标量联合的PDF方程. 将该算法发展到无结构网格,探讨了在无结构网格中实现两种方法的耦合,包括颗粒定位,颗粒场和平均场之间数据交换等问题. 并以二维轴对称钝体后湍流流场作为算例,比较了计算结果与实验结果.
    参数激励耦合系统的复杂动力学行为分析
    毕勤胜;陈章耀;朱玉萍
    2003, 35(3):  0-0.  DOI: 10.6052/0459-1879-2003-3-2002-077
    摘要 ( 952 )   PDF (394KB) ( 583 )  
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    分析了耦合van der Pol振子参数共振条件下的复杂动力学行为. 基于平均方程,得到了参数平面上的转迁集,这些转迁集将参数平面划分为不同的区域,在各个不同的区域对应于系统不同的解. 随着参数的变化,从平衡点分岔出两类不同的周期解,根据不同的分岔特性,这两类周期解失稳后,将产生概周期解或3-D环面解,它们都会随参数的变化进一步导致混沌. 发现在系统的混沌区域中,其混沌吸引子随参数的变化会突然发生变化,分解为两个对称的混沌吸引子. 值得注意的是,系统首先是由于2-D环面解破裂产生混沌,该混沌吸引子破裂后演变为新的混沌吸引子,却由倒倍周期分岔走向3-D环面解,也即存在两条通向混沌的道路:倍周期分岔和环面破裂,而这两种道路产生的混沌吸引子在一定参数条件下会相互转换.
    具有双混沌同步吸引子的动力系统中的筛形吸引域
    谭宁;徐健学;陈永红;洪灵
    2003, 35(3):  0-0.  DOI: 10.6052/0459-1879-2003-3-2002-096
    摘要 ( 983 )   PDF (622KB) ( 936 )  
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    解析证明耦合映射混沌同步系统中的两个同步混沌吸引子的吸引域是筛形域. 在特定耦合参数区间中,解析证明这两个同步混沌吸引子的吸引域不仅被无穷远吸引子的吸引域筛形,还通过数值证明它们的吸引域彼此互相筛形,展示出类似于Wada性质的特征. 但进一步的讨论表明这种复杂的被两个(或更多)吸引域共同筛形的结构并不是Wada域,而是由于筛形分岔和筛形域局部-全局分岔导致的.
    遗传算法求解可行域分离的结构优化问题
    唐文燕;顾元宪
    2003, 35(3):  0-0.  DOI: 10.6052/0459-1879-2003-3-2002-107
    摘要 ( 876 )   PDF (426KB) ( 677 )  
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    应用遗传算法求解了两类可行域分离的结构优化问题:局部屈曲约束的桁架拓扑优化问题和动力响应约束优化问题. 对第一类问题,提出了新的数学表达式,适合于遗传算法求解. 采用了改进的适应度函数及约束处理方法、约束凝聚选择、交叉操作改进和竞争最优保留,提高了遗传算法的效率和可靠性. 算例说明,该方法能够克服可行域分离给传统优化算法带来的困难,有效地在多连通可行域中搜索全局最优解.
    由基模态构造任意支乘杆的多项式型轴向刚度
    王其申
    2003, 35(3):  0-0.  DOI: 10.6052/0459-1879-2003-3-2002-137
    摘要 ( 945 )   PDF (212KB) ( 668 )  
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    给出了当杆的横截面积均匀而材料线密度为已知多项式时, 由基模态构造任意支撑方式下杆的多项式型的轴向刚度系数的方法, 证明了所得轴向刚度的正值性.
    区间参数振动系统的动力优化
    吴杰;陈塑寰;王营
    2003, 35(3):  0-0.  DOI: 10.6052/0459-1879-2003-3-2002-188
    摘要 ( 861 )   PDF (260KB) ( 612 )  
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    对具有区间参数的多自由度振动系统的不确定性优化问题,提出一种新的区间优化方法. 利用泰勒展开和函数的区间扩张,将区间优化问题转化为近似的确定性优化问题. 该方法应用于多自由度线性扭振系统,并把区间设计变量的中值和不确定性半径取作优化参数. 算例表明该方法是有效的.
    粘弹性结构蠕变屈曲的临界载荷与失稳时间分析
    彭凡;傅衣铭
    2003, 35(3):  0-0.  DOI: 10.6052/0459-1879-2003-3-2002-248
    摘要 ( 908 )   PDF (296KB) ( 607 )  
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    分析了线黏弹性正交铺设层合板的蠕变失稳问题,由相空间的特征方程解出临界载荷,经Laplace数值反演得到屈曲载荷与时间的关系;然后,通过建立扰动模型和分析变形的有界与无界增长,讨论了黏弹性结构延迟失稳的特性,解释了临界载荷与失稳时间的具体含义.
    均匀各向同性湍流的频率的频率波数能量谱
    张曙光;雷磊;何国威
    2003, 35(3):  0-0.  DOI: 10.6052/0459-1879-2003-3-2002-400
    摘要 ( 1542 )   PDF (259KB) ( 835 )  
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    对均匀各向同性湍流的频率波数能量谱进行了初步研究,得出均匀各向同性湍流中能量随时间、空间尺度分布的解析表达式,并运用直接数值模拟的方法对理论预测进行验证. 数值结果很好地支持了理论预测:横扫速度是决定频率波数能量谱的特征量.