力学学报

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张鹏, 俞刚

给出了高Bond数下黏性液滴表面Rayleigh-Taylor线性不稳定性的分析解，这种不稳定性对于超音速气流作用下液滴破碎的早期阶段起着至关重要的作用. 基于稳定性分析的结果，导出了用于估算稳定液滴的最大直径及液滴无量纲初始破碎时间的计算式，这些计算式与相关文献给出的实验和分析结果比较显示了良好的一致.

2006, 38(3): 289-295. doi: 10.6052/0459-1879-2006-3-2004-079

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球面聚心气相爆轰波传播过程的数值研究

常利娜, 姜宗林

应用频散可控耗散格式对球面聚心气相爆轰波的传播过程进行了数值模拟研究. 通过跟踪波阵面上压力和温度变化，分析这些参数在爆轰波传播过程中的演变规律，及其与几何尺度和初始条件之间的依赖关系. 研究结果表明，仅在远场波面压力的变化近似只依赖于r/R，对称中心附近则需要考虑初始半径$R$的影响；波面压力与初始压力的变化呈线性关系；汇聚过程中温度升高比压力慢得多.

2006, 38(3): 296-301. doi: 10.6052/0459-1879-2006-3-2004-390

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风沙两相流PIV测量算法研究

王大伟, 王元, 杨斌

在风沙两相流图像特征的基础上，提出了一种基于模式识别动态聚类方法中$K$-均值算法的数字面具(Digital Mask)自动生成算法来求解风沙两相流动. 简化了传统生成DigitalMask过程中手动设置参数的操作，减少了人为误差，为批量处理风沙两相流PIV图像提供了一种安全快捷的方法. 并将该算法应用于风沙两相流的PIV实际测量，分别得到了不同流动状态下的气流、沙粒以及风沙气固两相流的速度场.

2006, 38(3): 302-308. doi: 10.6052/0459-1879-2006-3-2004-425

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生物芯片微通道周期性电渗流特性

王贤明, 吴健康

以双电层的Poisson-Boltzmann方程和黏性不可压缩流体运动的Navier-Stokes方程为基础，提出二维均匀微通道周期电渗流的解析解. 分析结果表明，周期电渗流速度大小不但与双电层特性和外电场有关,而且与流动雷诺数(Re = \omega h^2/\nu )密切相关.随雷诺数增加，双电层滑移速度下降. 当离开固壁距离增加时，双电层以外区域流动速度快速衰减，速度滞后相位角明显增加. 研究发现在微通道有波浪状速度剖面. 给出在低雷诺数时的周期电渗流渐近解，它的速度振幅与定常电渗流速度相同，并具有柱栓式速度分布形态. 还得到在微通道宽对双电层厚的比值(\kappa h)很小时，Debye-H\"{u}ckel近似的周期电渗流解, 并与解析解进行分析比较微通道，双电层，周期电渗流，雷诺数

2006, 38(3): 309-315. doi: 10.6052/0459-1879-2006-3-2005-086

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微小尺度下氢气预混燃烧的实验研究

曹海亮, 徐进良, 张永立, 赵黛青

对内径为1.66mm的不锈钢管燃烧室的氢气预混燃烧实验进行了描述，采用红外测温仪测量了燃烧室壁面的温度场分布，获得了不同燃烧热功率下的运行界限．在突扩段内高温回流区的作用下，在带有5mm长突扩段的燃烧室内可以实现完全预混燃烧，最高运行界限可达1.415．由于较高的进气速度和较大的燃烧室壁面散热，在不带突扩段的不锈钢管内无法实现完全预混燃烧．结果表明突扩段对微小尺度燃烧具有稳定火焰、拓宽燃烧运行界限的作用．通过对火焰形状和结构的观察，结合突扩段燃烧流场的分析，合理解释了燃烧室壁面温度场随过量空气系数的变化规律．

2006, 38(3): 316-322. doi: 10.6052/0459-1879-2006-3-2005-184

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金属颗粒磁带宏观性质的细观力学估计

夏强平, 韦丹, 徐志平, 郑泉水

金属颗粒之间的磁场相互作用对金属颗粒磁带的高密度记录性能有显著的影响. 为了有效地估计该影响，在单畴颗粒的Stoner-Wohlforth模型基础上将新近提出的细观力学相互作用直推法(Zheng & Du, J. Mech. Phys. Solid. 2001)推广到非均匀磁记录材料中，得到了磁带宏观性质的率形式解析表达，能有效地计及颗粒之间的相互作用、颗粒形状的统计分布和体积分数对磁介质性能的影响. 得到的理论结果与数值模拟和有关的实验观测结果相当一致.

2006, 38(3): 323-329. doi: 10.6052/0459-1879-2006-3-2005-618

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波在双孔隙与单孔隙介质界面上的反射与透射

代智军, 赵社戌, 匡震邦

基于Biot理论和双重孔隙介质理论研究了弹性波在双重孔隙介质与流体饱和单一孔隙介质界面的反射和透射问题，在界面上假定裂缝孔隙流体相对于固体骨架的位移为零，推导了反射系数和透射系数的计算公式，数值讨论了反射系数和透射系数随入射角和频率的变化关系. 同时，讨论了双重孔隙介质中3种压缩波(P-1, P-2和P-3波)和一种剪切波(S波)的频散和衰减特性.

2006, 38(3): 330-338. doi: 10.6052/0459-1879-2006-3-2005-333

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埋置框架质量检测的探讨

余云燕, 鲍亦兴, 陈云敏

提出了埋置框架的回传射线矩阵法，研究了方波脉冲轴向作用、水平作用和斜向作用下有缺陷埋置框架和无缺陷埋置框架的速度波. 结果表明：横向速度波不能识别埋置框架的基桩缺陷，轴向速度波可以识别，而且基桩缺陷信号很强烈；脉冲水平作用不能识别基桩缺陷，轴向或斜向作用可以识别.

2006, 38(3): 339-346. doi: 10.6052/0459-1879-2006-3-2004-455

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薄膜破坏过程数值模拟的MPM方法

郑勇刚, 顾元宪, 陈震

将连续与不连续本构模型相结合用于薄膜破坏过程的模拟计算. 采用vonMises关联塑性本构模型描述材料的弹塑性变形过程，在塑性硬化和软化阶段通过检查分岔是否发生, 从而判断是否有破坏出现，即材料出现应变局部化现象. 一旦出现破坏，则在发生破坏的区域采用位移不连续(decohesion)本构模型进行模拟, 直到破坏面两侧材料完全分离.分离阶段采用相应的分离算法同时运用黏性边界条件以提高计算效率. 结果表明结合连续与不连续本构模型的方法, 能很好地模拟材料从局部化到完全破坏的过程，体现了材料破坏连续建模的思想，可用于预测材料发生破坏的环境和形式, 从而通过改变材料工作环境提高其使用寿命；同时数值算例也显示了物质点法(material-point-method, 简称MPM)的健壮性和有效性.

2006, 38(3): 347-355. doi: 10.6052/0459-1879-2006-3-2004-429

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点阵材料微极连续介质模型的应力优化设计

阎军, 刘岭, 程耿东, 刘书田

在将二维周期性点阵类材料等效为具有非局部化本构的微极连续介质的基础上，运用优化技术，探讨了基于材料相对密度和微单胞特征尺度两类变量的优化结构应力的方法，给出了针对最小化结构关键部位应力、结构最大应力最小化、最大化结构关键部位安全储备三类特定目标的结构与材料一体化协同优化结果. 利用圆板小孔应力集中的数值算例验证了方法的有效性.

2006, 38(3): 356-363. doi: 10.6052/0459-1879-2006-3-2005-518

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应力约束全局化策略下的连续体结构拓扑优化

隋允康, 叶红玲, 彭细荣

利用Mises强度理论，提出了应力约束全局化策略，将局部的应力约束问题转化为结构整体的应变能约束问题. 基于ICM(独立、连续、映射)方法，引入了独立、连续的拓扑变量，对单元重量、单元刚度和单元许用应力的过滤函数进行了选择，建立了以重量为目标，以结构应变能代替应力约束的多工况下连续体结构拓扑优化模型，寻找到了多工况下的最佳传力路径. 运用对偶二次规划方法对上述优化模型进行了求解. 另外，利用PCL语言，在MSC/PATRAN的开发平台上，实现了应用应力约束全局化策略进行连续体结构拓扑优化的模块化处理. 数值算例表明了该方法的可行性和有效性.

2006, 38(3): 364-370. doi: 10.6052/0459-1879-2006-3-2005-071

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泄爆过程中外部爆炸现象的实验研究

崔东明, 杜志敏

采用压力测量与YA-16高速阴影系统同步测量方法，对柱型容器内甲烷-空气混合气体的燃烧及泄爆过程进行实验研究. 获得正常泄爆和发生外部爆炸(也称二次爆炸)时泄爆外流场压力-时间曲线和流场阴影照片. 结果表明：泄爆过程中发生外部爆炸的典型特征为, 在压力-时间曲线上,破膜激波形成的第一个压力峰值后出现外部爆炸形成的第二个压力峰值，在流场阴影照片上,破膜激波后有第二道爆炸波出现.

2006, 38(3): 371-380. doi: 10.6052/0459-1879-2006-3-2004-538

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斜拉桥索力优化的强次可行序列二次规划法

陶海, 沈祥福

提出了一种斜拉桥索力优化的实用方法-强次可行序列二次规划法. 该方法通过建立斜拉桥索力优化的非线性规划模型，以主梁和索塔的弯曲应变能为目标函数，斜拉索的索力为设计变量，结构应力和索力为约束条件，计入大跨度斜拉桥各种几何非线性因素的影响，采用强次可行序列二次规划算法进行优化求解，确定斜拉桥成桥合理状态的索力. 运用该方法对某斜拉桥进行索力优化，结果表明该方法简单、有效.

2006, 38(3): 381-384. doi: 10.6052/0459-1879-2006-3-2005-174

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混沌网络的聚类同步方法

马忠军, 刘曾荣, 张刚

由于通讯技术和生物工程等科学的发展，许多的聚类同步现象陆续被发现和研究. 然而，由于网络的复杂性，有关聚类同步的理论结果极少见报道.从上述问题出发，对于大小为N=mn的网络, 通过构造带权重的相互作用，得到了n个聚类的聚类同步，其中每个聚类的振子数目都等于m. 最后，以耦合Lorenz系统为例，验证了以上结果的正确性.

2006, 38(3): 385-391. doi: 10.6052/0459-1879-2006-3-2005-312

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收缩段线型对超音速喷管氟原子气相复合的影响

刘文广, 陆启生, 袁保伦, 刘泽金

使用移轴维氏曲线和双三次方曲线作为收缩段线型分别设计了两种环形HYLTE主喷管，给出了环形HYLTE喷管三维的多组分有反应湍流场的控制方程、边界条件和模拟区域的选择. 计算结果表明，这两种线型的喷管均能避免边界层的分离，获得均匀的流场分布及相同的出口马赫数分布，但移轴维氏曲线在收缩段前部收缩快速，气流速度相应较快，因此F原子的气相复合程度弱于另外一种收缩段设计的喷管，相应地，使用移轴维氏曲线设计的喷管F原子流量比另外一种喷管高5%左右,因此使用移轴维氏曲线作为环形HYLTE主喷管收缩段的设计有助于提高化学激光器的效率.

2006, 38(3): 392-397. doi: 10.6052/0459-1879-2006-3-2004-346

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FCC金属塑性屈服的尺度效应和应变率响应

郭宇, 庄茁, 李晓雁

对纳米尺度单晶铜的剪切变形进行了分子动力学(MD)模拟. 模拟结果表明，单晶铜的剪切屈服应力随模型几何尺度的增大而降低，而随着应变率的增大而升高.基于位错形核理论，建立了一个修正的指数法则来描述面心立方(FCC)金属的尺度效应，该法则与较大尺度范围内(从纳米到毫米以上)的数值模拟结果以及实验数据都符合得比较好. 另外，MD模拟中发现单晶铜存在一个临界应变率，当施加的应变率小于该值，剪切屈服应力几乎不随应变率变化而变化；当大于该值，剪切屈服应力会随着应变率的增加迅速升高. 最后根据模拟的结果建立了单晶铜和单晶镍塑性屈服强度的应变率响应模型.

2006, 38(3): 398-406. doi: 10.6052/0459-1879-2006-3-2005-378

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基于新型裂尖杂交元的压电材料断裂力学研究

平学成, 陈梦成, 谢基龙, 李强

提出了一种裂尖邻域杂交元模型，将其与标准杂交应力元结合来求解压电材料裂纹尖端的奇性电弹场和断裂参数的数值解．裂纹尖端杂交元的建立步骤为：1)利用高次内插有限元特征法求解特征问题，得到反映裂尖奇异性电弹场状况的特征值和特征角分布函数；2)利用广义Hellinger-Reissner变分泛函以及特征问题的解来建立裂尖邻域杂交元模型．该方法求解电弹场时，摒弃了传统有限元方法中裂尖奇异性场需要借助解析解的做法，也避免了单纯有限元方法中需要在裂尖端部进行高密度单元划分．采用PZT5板中心裂纹问题作为考核例，数值结果显示了良好的精确性．作为进一步应用，求解了含中心界面裂纹的PZT4-PZT5两相压电材料的应力强度因子和电位移强度因子．所有的算例都考虑了3种裂纹面电边界条件．

2006, 38(3): 407-413. doi: 10.6052/0459-1879-2006-3-2005-272

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估算裂纹应力强度因子的新方法

吴志学

根据裂纹形状与裂纹尖端应力强度因子分布之间的固有关系，在线弹性断裂力学条件下，提出了一种按已知I型裂纹应力强度因子分布规律求裂纹形状及相应应力强度因子的无梯度迭代法. 通过有限厚度、有限宽度板穿透裂纹和表面裂纹的数值模拟实例验证了所提出方法的有效性和实用性，并对不同应力强度因子分布规律对裂纹形状以及相应的应力强度因子大小的影响进行了分析和讨论. 所提出的方法有助于提高实际扩展裂纹应力强度因子的估算精度以及更合理地预测疲劳裂纹形状演化.

2006, 38(3): 414-420. doi: 10.6052/0459-1879-2006-3-2005-189

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机电耦联系统余维3动态分岔研究

邱宇, 邱勇, 邱家俊

以r_{sl}, r_{f}以及x_{c}为分岔参数，对具有串补电容的单机无穷大电力系统的失稳振荡问题，运用动态分岔理论进行了研究. 对系统同时出现有3对纯虚根特征值的一类多参数高余维分岔情况，运用中心流行方法降维后得到约化方程，对此强非线性约化方程的求解难点，运用多参数稳定性理论、谐波平衡法、归一化技术和NormalForm方法，得到了系统的解析解. 由分析得知，系统会出现3种Hopf分岔情况、二维环面情况，以及三维环面分岔解，甚至会出现四维环面，或者更高维的环面分岔. 详细讨论了系统各种分岔解的稳定性条件和稳定区域，并作了详细的数值分析加以验证.

2006, 38(3): 421-428. doi: 10.6052/0459-1879-2006-3-2005-232

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Duffing-van der Pol系统的随机分岔

李爽, 徐伟, 李瑞红

应用广义胞映射图论方法(GCMD)研究了在谐和激励与随机噪声共同作用下的Duffing-vander Pol系统的随机分岔现象. 系统参数选择在多个吸引子与混沌鞍共存的范围内.研究发现, 随着随机激励强度的增大,该系统存在两种分岔现象:一种为随机吸引子与吸引域边界上的鞍碰撞, 此时随机吸引子突然消失;另一种为随机吸引子与吸引域内部的鞍碰撞, 此时随机吸引子突然增大. 研究证实,当随机激励强度达到某一临界值时,该系统还会发生D-分岔(基于Lyapunov指数符号的改变而定义),此类分岔点不同于上述基于系统拓扑性质改变所得的分岔点.

2006, 38(3): 429-432. doi: 10.6052/0459-1879-2006-3-2005-256

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