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2004年  第36卷  第2期

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论文
压力梯度对湍流逆梯度输运的影响
邱翔, 蒋剑波, 刘宇陆
用雷诺应力封闭模式(RSM) 和k-e模式对底部放置了对称翼型的完全发展的非对称槽道流动进行了数值模拟研究. 工程实际中有压力梯度变化的流动是较常见的，这些压力梯度会导致较强的湍流结构的变化，从而影响湍流的扩散和传输过程. 用数值计算方法从压力梯度对湍流逆输运现象的影响角度展开研究，以期了解并揭示湍流逆输运现象的物理机理. 由计算结果可以看出，RSM模式能够较k-e模式更好地反映逆梯度输运(CGT)现象；逆梯度输运现象的出现比湍动能负产生率更为普遍；压力梯度的变化对湍动能负产生率区域和CGT区域的影响是有规律的，顺压梯度时，湍动能负产生率区域逐渐缩小，至压力梯度为零时消失，此时CGT区域从无到有，呈先增大后缩小的趋势；逆压梯度时，湍动能负产生率区域不复存在，此时CGT区域从有到无，也是呈先增大后缩小的趋势，并最终消失；CGT区域内雷诺应力与平均速度梯度呈非线性关系
2004, 36(2). doi: 10.6052/0459-1879-2004-2-2002-278
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化学反应流中分子扩散的二点封闭MCA模型
张子范, 何国威
在化学反应流的概率密度函数(PDF)方法中，对流项和化学反应项都是封闭的，但分子扩散项必须模拟. 现有的分子扩散模型都是唯象的，需要引入外加参数，并难以通过一些基本物理过程的检验. 本文发展了随机映射逼近(mapping closureapproximation, MCA)方法， 解析地从控制方程导出一个封闭的分子扩散模型.该方法考虑两点联合概率密度函数方程，引入空间特征尺度，因此解决了以往映射封闭方法中分子扩散速率无法确定的问题. 数值模拟表明该方法能用于预测标量扩散的速度，以及概率密度函数和条件平均扩散等统计量.
2004, 36(2). doi: 10.6052/0459-1879-2004-2-2002-378
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悬浮颗粒运动的格子Boltzmann数值模拟
吴锤结, 周菊光
将固体颗粒的牛顿力学和格子Boltzmann方法相结合, 研究不规则形状悬浮颗粒在流场中的运动. 通过受力分析, 精确求得其所受合力、合力矩、合力作用中心等.提出了跟随颗粒运动的动网格计算域技术和模拟悬浮颗粒转动运动的局部数组方法及Euler--Lagrange两套坐标技术. 通过对椭圆颗粒运动的数值模拟和对照他人对矩形颗粒的研究, 分析了其复杂运动规律, 并提供了合理的物理解释. 结果表明: 运用格子Boltzmann方法和上述特殊技术可以得到与有限元方法相同的模拟精度，且具有计算速度快、对复杂形状边界处理方便灵活、程序简单及特别适合大规模并行计算等优点.
2004, 36(2). doi: 10.6052/0459-1879-2004-2-2002-408
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结构动力方程的更新精细积分方法
汪梦甫, 周锡元
将高斯积分方法与精细积分方法中的指数矩阵运算技巧结合起来，建立了精细积分法的更新形式及计算过程，对该更新精细积分方法的稳定性进行了论证与探讨. 在实施精细积分过程中不必进行矩阵求逆，整个积分方法的精度取决于所选高斯积分点的数量. 这种方法理论上可实现任意高精度，计算效率较高，其稳定性条件极易满足.数值例题也显示了这种方法的有效性.
2004, 36(2). doi: 10.6052/0459-1879-2004-2-2002-420
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夹杂对两相材料界面裂纹的影响
师俊平, 杨成, 刘协会, 莫宵依
根据界面上应力和位移的连续条件，得到了单向拉伸状态下，含有椭圆夹杂的无限大双材料组合板的复势解. 进一步通过求解Hilbert问题，得到了含有夹杂和半无限界面裂纹的无限大板的应力场，并由此给出了裂尖的应力强度因子K. 计算了夹杂的形状、夹杂的位置、夹杂的材料选取以及上、下半平面材料与夹杂材料的不同组合对裂尖应力强度的影响. 计算结果表明夹杂到裂尖的距离和夹杂材料的性质对$K$影响较大，对于不同材料组合，该影响有较大差异. 夹杂距裂尖较近时，会对$K$产生明显屏蔽作用，随着夹杂远离裂尖，对$K$的影响也逐渐减小. 另外，软夹杂对$K$有屏蔽作用，硬夹杂对K有反屏蔽作用，而夹杂形状对$K$几乎没有影响
2004, 36(2). doi: 10.6052/0459-1879-2004-2-2003-057
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机电耦联系统失稳振荡的动态分岔研究
邱宇, 邱勇, 邱家俊
应用机电分析动力学的理论建立了交流电机组的机电耦联振动方程组.运用微分动力学系统理论深入分析了交流电机的机电耦联失稳振荡问题. 对于该系统出现的高余维分岔问题，通过中心流形定理、多参数稳定性理论和归一化方法得到了原系统的Normal Form形式，并详细讨论了系统的分岔情况以及分岔解的稳定性, 并进行了详细的数值计算分析，很好地验证了理论分析结果. 取得了交流电机失稳振荡更深入一步的研究成果.
2004, 36(2). doi: 10.6052/0459-1879-2004-2-2003-067
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双气圈动力学模型的建立与求解
詹葵华, 中泽贤
在建立自由气圈的动力学模型的基础上，进一步提出了双气圈的动力学模型. 该模型整体化求解双气圈纱线的形态和张力的方法，既改进了以往忽略控制环的解析方法，又避免了求解中由边界条件的不确定性带来的计算上的繁琐和近似. 因微分方程中加入了切向空气阻力、纱线的卷取速度及重力等微影响因素，使模型更为严密、可靠，同时拓宽了模型的使用范围.
2004, 36(2). doi: 10.6052/0459-1879-2004-2-2003-083
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超音速混合层稳定性分析及增强混合的研究
罗纪生, 吕祥翠
利用流动稳定性提高超音速混合层的混合效率，对于提高超音速流的高效混合是一个有效途径. 研究结果表明，有展向曲率的三维混合层中，三维扰动的增长率很大，且法向的掺混能力也较强，可以有效地增强混合. 对于高马赫数来流的超音速混合层，这一特性依然存在，这将有利于提高高超音速混合层的混合能力.
2004, 36(2). doi: 10.6052/0459-1879-2004-2-2003-123
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平稳随机激励下随机桁架结构动力可靠性分析
胡太彬, 陈建军, 高伟, 马 娟
研究了随机桁架结构在平稳随机激励下的动力可靠度求解方法. 同时考虑结构物理参数、几何尺寸的随机性，利用求解随机变量数字特征的代数综合法和矩法，从结构随机响应的频域表达式出发，导出了随机桁架结构在平稳随机激励下的位移、应力及其导数响应均方值的数字特征，再由动力可靠性的Poisson公式导出了结构动力可靠度的计算公式. 通过算例分析了各参数的随机性对结构动力可靠度的影响，验证了该方法的可行性和有效性.
2004, 36(2). doi: 10.6052/0459-1879-2004-2-2003-151
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水沙流中离散颗粒流动应力关系
夏建新, 韩鹏
在已有的基于膨胀体模型、动理论模型和连续介质理论得到的关系式基础上，分析了水沙流中颗粒流动的应力关系应由摩擦应力、滑动应力和碰撞应力3部分组成，并将颗粒弹性恢复系数引入，对颗粒碰撞项进行了修正. 根据颗粒碰撞时间间隔$\tau_c $和颗粒弛豫时间$\tau _e$的对比，提出了颗粒流动进入碰撞惯性区的临界值，即当$\tau _c / \tau _e <0.02$时，水沙流中颗粒流动碰撞作用占优，可忽略摩擦应力和滑动应力，并将提出的临界值与实验资料进行了比较. 利用修正后的水沙流中颗粒流动应力关系，对缓槽水沙流动进行了模拟计算，获得了与实测资料一致的结果
2004, 36(2). doi: 10.6052/0459-1879-2004-2-2003-156
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薄膜润滑中的微极流体效应
张朝辉, 雒建斌, 温诗铸
利用考虑微结构与微旋效应的微极流体理论来研究薄膜润滑的特性. 微极效应将引起等效黏度的增加，从而影响油膜厚度. 它对压力分布和膜厚形状的影响很小. 数值模拟结果表明，等效黏度的增加效应与实验值有很好的类似性.
2004, 36(2). doi: 10.6052/0459-1879-2004-2-2003-177
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压电体椭圆孔边的力学分析
戴隆超, 郭万林
基于复变函数的方法，以PZT-4材料为例，分别采用精确电边界条件和非导通电边界条件进行了远场均匀载荷作用下的横观各向同性压电体椭圆孔的力学分析并与相关结果进行对比. 结果表明当椭圆孔退化为圆孔时，无论在远场作用力载荷或电载荷，两种电边界条件下的结果均能完全吻合. 随着椭圆孔的愈加尖锐化，非导通电边界条件逐渐不能适用.
2004, 36(2). doi: 10.6052/0459-1879-2004-2-2003-187
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水下航行体通气超空泡非对称性研究
袁绪龙, 张宇文, 王育才, 邓 飞, 陈伟政, 党建军
超空化水下高速航行体为了满足运动平衡性和稳定性要求, 需要采用非对称超空泡流动模式. 为了探索满足要求的非对称超空泡流型, 在水洞中开展了水下航行体通气超空泡非对称性实验研究. 采用通气的方法在较低水速(V=7\sim 12,m/s)下生成人工超空泡, 通过分析和测量不同弗劳德数、模型攻角、空化器攻角与舵角等实验条件下的超空泡图像, 获得了航行体超空泡非对称性与影响因素之间的定量和定性关系. 研究表明, 当组合参数F2_r(1+\sigma)>50时, 重力引起的超空泡变形量小于5‰; 由模型攻角、空化器攻角和舵角产生的非对称超空泡流型可以满足超空化水下航行体的平衡性要求.
2004, 36(2). doi: 10.6052/0459-1879-2004-2-2003-190
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非线性随机结构动力可靠度的密度演化方法
陈建兵, 李杰
建议了一类新的非线性随机结构动力可靠度分析方法. 基于非线性随机结构反应分析的概率密度演化方法，根据首次超越破坏准则对概率密度演化方程施加相应的边界条件，求解带有初、边值条件的概率密度演化方程，可以给出非线性随机结构的动力可靠度. 研究了数值计算技术，建议了具有自适应功能的TVD差分格式. 以具有双线型恢复力性质的8层框架结构为例进行了地震作用下的动力可靠度分析，与随机模拟结果的比较表明，所建议的方法具有较高的精度和效率.
2004, 36(2). doi: 10.6052/0459-1879-2004-2-2003-202
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弱粘结的斜交铺设层合圆柱壳的柱形弯曲
陈伟球, 丁皓江, 凌道盛, 邹道勤, 边祖光
导出了两端简支的具有弱粘结界面的任意斜交铺设层合圆柱壳柱形弯曲问题的一个精确弹性理论解. 分析中采用线性弹簧模型来表征界面的弱粘结特性. 引进新的物理量改写了基本方程，导出了对应的状态空间列式，并利用变量替换技术将该状态方程转换成常系数状态方程，从而方便求解. 最后给出了数值算例，并讨论了弱界面的影响.
2004, 36(2). doi: 10.6052/0459-1879-2004-2-2003-213
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厚度效应对梁冲击响应的影响
邢誉峰, 谢文剑, 诸德超
用一种半解析法------间接模态叠加法，研究了质点与弹性力学梁的冲击问题，这种方法避免了具有未知奇异载荷项的平衡微分方程求解问题. 由于可以用解析方法得到简支弹性力学梁的模态函数，并且能够以显式形式给出其频率方程，因此以质点与简支弹性力学梁的冲击问题为例，来考察厚度效应对瞬态响应的影响，并将所得结果与用Timoshenko梁理论所得结果进行了比较，说明了厚度效应在梁冲击问题中的重要影响. 讨论了纵波和剪切波对撞击力等动力响应的影响.
2004, 36(2). doi: 10.6052/0459-1879-2004-2-2003-285
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火箭剩余推进剂排放过程的分析与模拟
樊 菁, 刘宏立, 蒋建政, 彭世锍, 沈 青
为了减少空间碎片的产生，星箭分离后，需要在轨排放火箭末级贮箱内的剩余推进剂. 分析表明，排放条件下的推进剂射流进入太空后，立即失稳破碎为大量液滴；液滴在高真空环境下扩散，它们的表面不断有气体分子蒸发，逐渐在箭体周围形成了一个由液滴和蒸气分子组成的羽流场. 采取Lagrange方法追踪该流场中每个液滴的运动轨迹以及表面蒸发冷凝过程，利用直接模拟Monte Carlo方法计算蒸气分子的运动和碰撞，然后通过微观量的统计平均获得感兴趣的宏观流场、箭体表面的压力和剪应力分布等. 为了检验稀薄蒸气算法、模型和程序，模拟了真空水射流周围水蒸气羽流场，获得的径向Pitot压力分布与Fuchs和Legge的实验数据的符合. 在此基础上，分别模拟了CZ-4B火箭末级剩余燃料偏二甲肼在不同排放方式下的三维稀薄蒸气与液滴羽流场. 计算表明：原排放方式的扰动力矩相当大，超出了火箭姿控范围，新排放方式的扰动力矩很小，处于火箭姿控范围之内. 这些预测得到了飞行遥测数据的支持.
2004, 36(2). doi: 10.6052/0459-1879-2004-2-2003-286
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双稳杜芬振子的随机共振及其动力学机制
康艳梅, 徐健学, 谢勇
把矩方法应用于高斯白噪声和弱周期信号驱动的双稳杜芬振子，发现矩方法的收敛快慢与阻尼系数的大小有关，即在固定非线性参数的前提下，阻尼系数越大，收敛速度越快. 在阻尼系数较大的情形，对于不同频率的弱周期输入信号，系统输出功率谱增益因子的演化随噪声强度呈单峰或双峰结构，亦即对于不同的激励频率，系统可表现出单峰或者重峰随机共振结构. 为了解释这些共振结构，通过考察由波动谱密度定义的非零频率峰对噪声强度依赖性，发现重峰随机共振的发生在于噪声一方面抑制了井内运动，另一方面诱发了势垒上振动. 研究结果为已有结论的修正，在统计力学等方面具有显著意义.
2004, 36(2). doi: 10.6052/0459-1879-2004-2-2003-293
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Birkhoff系统的一般Lie对称性和非Noether守恒量
张宏彬, 陈立群, 顾书龙
研究Birkhoff系统的一般Lie对称性导致的非Noether守恒量. 得到非Noether守恒量的存在定理，举例说明结果的应用.
2004, 36(2). doi: 10.6052/0459-1879-2004-2-2003-381
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表皮生长因子影响鼠小肠增量杨氏模量的研究
廖东华, 高松, 曾衍钧, 刘有军, 杨 坚, 赵静波, L. Vinter-Jensen, H. Gregersen
研究表皮生长因子(EGF)2,4,7,14d处理后鼠小肠所发生的生物力学重建. 通过双轴试验(膨胀与轴向拉伸组合)，用最小二乘法计算了近于在体状态下环向、纵向及交叉向增量杨氏模量. 各组环向和纵向模量均不相等，即正常状态和EGF处理后的小肠是各向异性的. 在EGF处理期间，各向的杨氏模量随时间变化(P<0.05). 在EGF处理的最初7d中，环向模量减小，在处理14d后，又恢复到对照组的水平. 增量模量介于17.4kPa与24.2kPa之间. 纵向模量的值介于22.9kPa与32.4kPa之间，在处理4d后，比对照值显著增大(P<0.02).交叉模量的值介于4.7kPa与6.6kPa之间，在最初EGF处理的4d中降低，此后增加并于第7d达到最大值. 可以得出结论，肠壁的力学性质呈各向异性且在EGF处理期间会发生重建.
2004, 36(2): 171-176. doi: 10.6052/0459-1879-2004-2-2003-188
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