力学学报

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采用测压方法研究了矢量喷流对细长旋成体大迎角非对称流动的影响特性. 实验结果表明：矢量喷流对细长旋成体大迎角非对称侧向力有明显的抑制作用，该抑制作用是通过喷流诱导作用, 改变其空间绕流涡系结构的分布来实现的，但是矢量喷流的存在并不能改变大迎角机身空间绕流涡系的本质结构；随着迎角的增大，矢量喷流对细长旋成体大迎角非对称流动的影响区域不断前移，甚至影响到头部；随着喷流落压比的增加，矢量喷流对细长旋成体大迎角非对称侧向力的抑制作用加强，但当喷流落压比达到临界落压比后(即喷管出口处达到设计马赫数时), 喷流影响作用将不会随喷流落压比的增加而改变.

2007, 23(3): 289-296. doi: 10.6052/0459-1879-2007-3-2006-140

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连续分层流体中垂直薄板的水动力特性

尤云祥徐杰魏岗卢东强

研究了在线性连续分层流体中水波与半潜式刚性垂直薄板相互作用的问题. 在Boussinesq近似下，基于分离变量法，导出了具有自由面的平面前进波的色散关系，建立了半潜式刚性垂直薄板的反射与透射能量、水平波浪力的计算方法. 对给定的频率，当它大于浮力频率时，流场中只有一种模态的平面前进波，当它小于浮力频率时，流场中有无数多个模态的平面前进波，并证明了对每一种模态的入射波，其它每个模态水波的反射与透射能量是相等的. 对水面漂浮和座底半潜式薄板的反射与透射能量，以及作用在薄板上的水平波浪力进行了数值计算分析，表明了流体的线性连续分层效应对这些水动力的影响是不可忽视的. 特别地，在入射波频率小于浮力频率时，与第1模态入射波的能量转化量及其对薄板产生的水平波浪力相比，其它模态入射波的能量转化量及其对薄板产生的水平波浪力都要大得多.

2007, 23(3): 297-310. doi: 10.6052/0459-1879-2007-3-2005-196

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圆管湍流减阻电磁力控制的直接数值模拟

罗世东许春晓崔桂香

利用直接数值模拟研究了圆管湍流减阻的电磁力控制问题. 在圆管表面布置一层交替排列的条形电极和磁极，施加电压后在导电的流体介质中产生周向随时间变化的电磁力，通过改变电磁力的大小和变化周期等参数可以使阻力大幅减少. 研究减阻率和控制参数的关系，并研究了电磁力减阻的机理. 电磁力控制存在最优周期，阻力最大降低24.2{\%}; 电磁力控制抑制了流向和法向速度的脉动，而周向脉动速度随振荡周期的增大而增大.

2007, 23(3): 311-319. doi: 10.6052/0459-1879-2007-3-2006-296

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水的汽液界面系统中势能与力的EMD模拟研究

孙杰何雅玲李印实陶文铨

分子间势能作用是研究分子界面行为的一个重点所在. 采用平衡态分子动力学模拟(equilibrium molecular dynamics simulation, EMDS)方法，对由水分子构成的汽液界面系统进行了模拟和研究. 分析统计结果符合势能分布在液相区和气相区内存在明显落差的已知结论，并发现不同种力对分子穿越两相区时所起的作用不同，Lennard-Jones(简写L-J)力阻碍分子凝结，而静电力则推动分子凝结并且在合力中起主要作用. 同时，着重对发生相变行为的典型分子进行了追踪和分析，从能量的角度显示了凝结(蒸发)相变过程对应着一个气态(液态)分子由高(低)势能位落入势阱(翻越势垒)的能量降落(抬升)过程.

2007, 23(3): 320-324. doi: 10.6052/0459-1879-2007-3-2006-076

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非均匀水流水域波浪的传播变形

张洪生赵红军丁平兴缪国平

将两个不同的、考虑波流相互作用和能量耗散项的、依赖时间变化的双曲型缓坡方程分别化为一组等价的控制方程组，具体分析了底摩阻项对相对频率和波数矢的影响，从而选择了合适的数学模型. 将所选择的缓坡方程化为依赖时间变化的抛物型方程，并用ADI法进行数值求解，建立了缓变水深水域非均匀水流中波浪传播的数值模拟模型. 通过和波流共线的解析解的比较，说明数值解和解析解相一致. 结合Arthur(1950)水流这一经典算例，定量地讨论了考虑联合折射-绕射作用后的波数和仅考虑折射作用的波数的差别及其对波高分布的影响. 在基本同样的条件下, 本文的数值解与他人的计算结果一致.

2007, 23(3): 325-332. doi: 10.6052/0459-1879-2007-3-2006-006

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圆形月池流激振荡实验研究

姚熊亮康庄

采用基于经验模态分解(EMD)的本征模态函数(IMF)分析方法和对比研究的实验方法，实验研究了圆形月池在均匀流条件下的流激振荡特性. 通过实验研究发现，尽管腔内的流体在不同来流的条件下运动趋势有所不同，但归纳起来对于月池结构，其内部存在两类振荡源，一类是腔内流体的固有振荡，该频率与腔体结构形式、尺寸、腔内流体深度有关，与来流无关；另一类则是流体流经腔口时产生的流体动力振荡，该频率与来流特性、速度有关.当二者频率相近时将会激起腔内流体的共振，即会有``活塞(piston)''现象产生.实验中，还在腔体侧壁上布置了压力传感器，用来分析腔体侧壁受到的流体压力特性及其变化趋势.

2007, 23(3): 333-342. doi: 10.6052/0459-1879-2007-3-2005-443

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激波管双爆轰驱动段性能的数值模拟研究

李进平姜宗林陈宏冯珩俞鸿儒

采用频散可控的耗散格式(DCD)，求解Euler方程和一种改进的二阶段化学反应模型，对氢氧反向-正向双爆轰驱动段激波管进行了数值模拟. 计算结果表明：当辅驱动段与主驱动段初始压力比小于临界值时，Taylor波仍会出现，但波扇夹角较单一前向爆轰驱动段小，入射激波马赫数衰减率变小；当初始压力比等于临界值时，主驱动段中的Taylor波完全被消除，入射激波马赫数不再衰减. 当初始压力比大于临界值时，在主驱动段中能产生过驱动爆轰波，不仅Taylor波被完全消除，而且驱动能力较单一前向爆轰驱动段强.

2007, 23(3): 343-349. doi: 10.6052/0459-1879-2007-3-2005-432

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宏观深度测量压入仪器的研制

刘东旭张泰华郇勇

基于深度测量压入方法，以材料试验机Instron 5848Microtester作为加载平台，外接高分辨力位移传感器，设计专用夹具，开发出该材料试验机的宏观压入功能. 研究发现：对于机架柔度，无需再进行修正；对于压针接触面积，可用相关的方法计算. 采用Oliver-Pharr方法处理测试数据，可获得材料的硬度和弹性模量. 为了验证试验的可靠性，选用5种典型金属材料，将宏观压入测试结果与MTS Nano IndenterXP测试结果进行对比，二者基本一致，其分散性均在10{\%}以内. 显示了开发传统材料试验机宏观压入测试功能的可行性.

2007, 23(3): 350-355. doi: 10.6052/0459-1879-2007-3-2006-060

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多自由度非线性动力学方程的能量校准算法

李伟东吕和祥

针对非线性动力学方程，通过Taylor展开和Duhamel积分，得到一个具有待定参数的逐步积分求解公式；通过数学变换，将原动力学方程转换为一个能确定待定参数的能量校准方程；最后将该参数回代入逐步积分公式，得到数值解. 数值算例的结果说明了该方法的有效性，可以消除算法阻尼和抑制数值解发散，同时，在大步长的条件下也得到了非常准确而且稳定的结果，可以对系统长期性态进行仿真.

2007, 23(3): 356-364. doi: 10.6052/0459-1879-2007-3-2006-280

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圆弧形沉积场地对平面瑞利波散射的解析分析

赵成刚王磊高福平

分别采用Biot饱和多孔介质动力学理论和单相介质弹性动力学理论模拟层状沉积谷场地和周围场地，利用波函数展开法，得出了层状饱和沉积场地对Rayleigh波散射的解析解．进行参量分析，研究了无量纲入射波频率、层状沉积层排列顺序及相对刚度和厚度等因素对Rayleigh波散射效应的影响.

2007, 23(3): 365-373. doi: 10.6052/0459-1879-2007-3-2006-145

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非齐次动力方程Duhamel项的精细积分

谭述君钟万勰

提出了不需要矩阵求逆运算的求解Duhamel积分项的精细积分方法. 通过将精细积分法的关键思想------加法定理和增量存储------直接应用于Duhamel积分响应矩阵的求解，可给出当非齐次项分别为多项式、正弦/余弦以及指数函数等基本形式时Duhamel积分在计算机上的精确解.特别的，该算法不依赖于系统矩阵(或相关矩阵)的形态. 当系统矩阵奇异或接近奇异时，其优越性更为显著. 算例验证了该算法的有效性.

2007, 23(3): 374-381. doi: 10.6052/0459-1879-2007-3-2006-553

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任意轴对称弹性体吸附接触的广义Maugis模型

郑志军虞吉林

通过线性叠加Sneddon方法和Lowengrub-Sneddon方法分别给出的解, 得到了一个弹性半空间轴对称混合边值问题的一般解，进而研究了两个一般轴对称弹性体的正向无摩擦吸附接触问题. 考虑任意有效的表面形状(要求中心部分首先进入接触)和任意的表面吸附作用，推广得到了广义Maugis模型. 该模型是一个半解析的模型，它可以分解成表面形状和表面吸附作用的分别独立影响的两部分，以及一个关联变形和吸附作用的式子. 利用Dugdale模型近似表面吸附作用，得到了具有任意有效的表面形状的广义M-D模型. 它在强吸附或软材料条件下的极限形式是广义JKR模型，而在弱吸附或硬材料下的另一个极限形式是广义DMT模型.

2007, 23(3): 382-388. doi: 10.6052/0459-1879-2007-3-2006-395

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基于遗传算法的抗震钢框架多目标优化设计

黄冀卓王湛

考虑抗震钢框架优化问题具有多目标的特点，在遗传算法的基础上对抗震钢框架多目标优化设计进行了探讨. 在无约束Pareto排序遗传算法的基础上，提出了一个简单、实用而又可以避免采用罚函数的全新排序方法，在此基础上形成了一种求解有约束多目标优化问题的Pareto遗传算法(CMOPGA), 并给出了具体的算法流程图. 以钢框架重量最轻和结构总动应变能最小为目标，基于相关的设计规范，给出了抗震钢框架多目标优化问题的一种合理提法. 采用CMOPGA对一个两跨六层抗震钢框架实例进行了多目标优化设计，并提出了一个在Pareto最优解集的基础上选取妥协解的相对最小距离妥协原则. 算例结果表明，采用CMOPGA求解抗震钢框架多目标优化问题是可行和有效的.

2007, 23(3): 389-397. doi: 10.6052/0459-1879-2007-3-2006-373

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三维编织复合材料渐进损伤的非线性数值分析

徐焜许希武

基于考虑纤维束相互挤压的八边形纤维束截面单胞模型，引入周期性位移边界条件，采用细观非线性有限元方法，建立了三维四向编织复合材料的渐进损伤拉伸强度模型. 该模型考虑了增强体纤维束纵向非线性剪切应力-应变关系，采用Hashin型损伤失效准则定义了纤维束的典型损伤类型，并根据纤维束和纯基体相应损伤类型所造成的材料性能退化，模拟了不同编织角试件各类损伤产生、扩展及材料最终破坏的整个过程. 模型数值结果与实验数据吻合较好，证明了该模型的合理有效性. 探讨了组分材料剪切非线性、损伤对材料宏观非线性本构行为的影响，结果表明：随着编织角增大，纤维束剪切非线性效应和累积损伤对材料非线性力学行为的影响明显增强.

2007, 23(3): 398-407. doi: 10.6052/0459-1879-2007-3-2006-450

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流向强迫振荡圆柱绕流的涡脱落模态分析

张宇飞肖志祥符松

通过求解采用ALE方法描述的运动坐标系Navier-Stokes方程组，分析均匀来流下雷诺数为150的静止和流向振荡的圆柱绕流. 主要研究了强迫振荡频率和较大振幅比(A/D=0.3-1.2)对圆柱升力、阻力变化特性以及涡脱落模态的影响. 研究表明，流向振荡圆柱绕流存在多种涡脱落模态，如对称S以及反对称A-I, A-III,A-IV等多种形式；比较研究结果，拓展了各模态下对应的锁定区域，并将其分为5个子区；A-I模态中圆柱受力较以前所知更复杂；通过分析计算结果，发现最大加速度比Af_{c}^{2}/Df_{s0}^{2}可能是涡脱落模态(尤其是对称S模态)最有效的控制参数.

2007, 23(3): 408-416. doi: 10.6052/0459-1879-2007-3-2005-515

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Richtmyer-Meshkov不稳定性流体混合区发展

施红辉卓启威

使用矩形激波管，在马赫数分别为$M=1.5$和1.7的条件下实验研究了气/液界面上(即Atwood数$A$接近1时)由Richtmyer-Meshkov不稳定性引起的流体混合现象. 得到了气/液界面上Richtmyer-Meshkov不稳定性后期流体混合区域宽度随时间的发展呈现出线性关系的结果，即$h \propto t$. 比较了不同马赫数和初始扰动下的发展情况，发现当马赫数增加时，同一时间混合区域宽度随之增加，混合区域宽度增长变快；而相比于波长差别不大的弱多模态初始扰动(无人为干扰界面), 当界面初始扰动获得随机外界干扰时，界面混合区域具有较大的宽度以及增长速度. 并且增加激波马赫数和初始扰动多模态性，流体混合程度更为剧烈.

2007, 23(3): 417-421. doi: 10.6052/0459-1879-2007-3-2006-055

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并行有限元计算中的接触算法

王福军王利萍程建钢姚振汉

针对动态接触问题的有限元并行计算，提出了一种新的接触算法. 新算法引入局部拉氏乘子技术来计算接触力. 由于同时考虑了无穿透的接触约束条件和相邻接触对的相互影响，较之广泛使用的罚参数法，新算法使接触约束条件和系统平衡方程得到更充分的满足. 虽然为提高接触计算精度而在局部采用了迭代技术，但算法仍然具有较高的效率，且与显式时间积分方案完全相容. 此外，通过构造专门的区域分解方案，实现了将现有为串行程序开发的搜索算法平滑移植到并行环境的目标. 数值算例表明，所提出的接触算法具有很好的并行性，在保证了接触问题并行计算精度的同时，取得了满意的并行效率.

2007, 23(3): 422-427. doi: 10.6052/0459-1879-2007-3-2006-407

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蚂蚁的吸附力来源及其分泌液作用

周群何斌岳继光

基于离心分离技术研制了微小力测试平台，测试到蚂蚁在光滑玻璃上的水平吸附力可达40倍身体重量. 用扫描电子显微镜观察了蚂蚁足的形态. 分析结果表明分泌液对吸附是很重要的，排除掉真空力、静电力等吸附机制后，推断吸附力主要来源于由分泌液产生的垂直于表面方向的毛细作用力和平行方向的黏性力. 用ANSYS分析表明垫子表面微褶皱可迅速排出液体. 这些研究可进一步揭开昆虫的吸附机制.

2007, 23(3): 428-432. doi: 10.6052/0459-1879-2007-3-2006-189

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