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2010年  第42卷  第5期

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研究论文
槽道湍流减阻次优控制方案研究
杨歌, 许春晓, 崔桂香
本文利用槽道湍流的直接数值模拟,对基于壁面摩擦力信息的次优控制方案进行了研究。采用连续壁面吹吸控制和模拟的壁面智能凹坑控制作为作动方式,对不同的次优控制方案的减阻效果进行了分析和评价,优选得到了更为简单实用的减阻控制方案。
2010, 42(5): 818-829. doi: 10.6052/0459-1879-2010-5-lxxb2009-230
基于实测数据的交通流模型比较研究
林展熙, 郭明旻, 郑贤清, 吴胜春, 吴正
依据上海延安高架路段的交通流录像资料提取的26000余组实测数据,作出流量-密度图,发现即使在低密度时流密关系亦具有非线性二维区域特性。通过与Kerner提出的非线性二维流密关系模型进行比较,指出一些符合中国交通状况的现象可在图中得以体现。利用观测得到的大量数据,在按密度划分的不同区间内对已有的多个平衡函数进行最优筛选,得到分段平衡函数的表达式,使交通流模型更加贴近真实交通状况。最后提出了基于实测数据计算激进型驾驶者比例的方法,该方法的关键在于利用各种经过特征值变换后的平衡函数形式模拟已有数据的区域边界。关键词:交通流模型;实测数据;流量-密度图;分段平衡函数;激进型驾驶者
2010, 42(5): 848-855. doi: 10.6052/0459-1879-2010-5-lxxb2009-128
曲壁板在超音速气流中的分岔特性
张蕊丽, 杨智春
采用Galerkin方法建立了超音速气流中二维曲壁板的非线性热气动弹性运动方程。用von Karman大变形理论来考虑曲壁板的大变形。用准定常的一阶活塞理论模拟曲壁板上表面受到的气动力。在不同来流速压和温升条件下,基于分岔理论研究了具有不同初始几何曲率的曲壁板系统对应的定常状态方程(组)的解的个数、性态和动态稳定性,并对方程(组)进行了解曲线的跟踪分析。研究表明,不同条件下,方程组的解特性不同,并且随着初始几何曲率和温升条件的变化,系统的失稳机理发生变化。超音速气流中的二维曲壁板系统存在动态Hopf分岔和静态鞍-结点分岔两种失稳现象,但不会发生热屈曲失稳。
2010, 42(5): 863-869. doi: 10.6052/0459-1879-2010-5-lxxb2009-333
一种基于物理机制的后继屈服面演化模型
付强, 刘芳, 张晶, 梁乃刚
考虑滑移为晶体塑性的主要变形机制,推广单晶滑移理论至多晶体,建立滑移构元模型,研究了后继屈服面的移动、变形等演化规律。基于滑移构元的包氏效应和潜在硬化的影响,后继屈服面的尾部缩进,变得较“平坦”,而前端突出,形成“高曲率区域”。为了验证模型的有效性,本文分别预测了单轴拉伸、纯扭转和拉—扭组合比例/非比例加载下的后继屈服面演化过程,与已有实验结果符合一致。关键词:滑移构元模型,后继屈服面,包氏效应,潜在硬化,非比例加载
2010, 42(5): 880-888. doi: 10.6052/0459-1879-2010-5-lxxb2009-315
颗粒材料多尺度分析的连接尺度方法
李锡夔, 万柯
本文提出了耦合细尺度上基于离散颗粒集合体模型的离散单元法(DEM)和粗尺度上基于Cosserat连续体模型的有限元法(FEM)的连接尺度方法(BSM)以研究颗粒材料的力学行为。采用Cosserat连续体模型和FEM模拟的粗尺度域覆盖全域,而采用离散颗粒集合体模型的DEM模拟的细尺度域仅限于需特别关注材料微结构演变和非连续变形行为的局部区域。对这两个区域间的界面提出了适当的界面条件及其实施方案。通过采用适当的连接尺度投影算子,空间离散的粗、细尺度耦合系统多尺度运动方程具有解耦和允许分别求解、因而也允许分别采用不同时间步长对粗、细尺度计算的特点,可极大地提高BSM的计算效率。文中二维地基数值算例结果说明了所陈述方法的可应用性,以及相对基于Cosserat连续体模型的FEM和基于离散颗粒集合体模型的DEM的优越性。
2010, 42(5): 889-900. doi: 10.6052/0459-1879-2010-5-lxxb2009-323
时滞状态正反馈在振动控制中的新特征
王在华, 李俊余
控制理论中广泛采用负反馈,而正反馈的应用不多, 一个重要原因是正反馈将系统的变化放大而使系统的稳定性变差. 如果反馈环节具有时滞, 那么正反馈未必使系统稳定性变差. 本文以线性振动系统为例, 采用稳定性切换方法和利用确定时滞系统稳定性的最大实部特征根, 详细研究了时滞状态正反馈在镇定系统不稳定运动和改善系统稳定性方面的作用. 我们发现,时滞位移正反馈明显优于时滞位移负反馈, 表现为: (1). 正反馈控制可以用较小的时滞去镇定不稳定运动和改善系统稳定性; (2). 正反馈控制可容许的时滞范围很大, 而负反馈控制的可容许时滞范围很小; (3). 正反馈对应的闭环系统的最大实部特征根的实部的极小值可显著小于负反馈对应的闭环系统的最大实部特征根的实部的极小值, 因而在相同的初始条件下, 正反馈作用下的闭环系统比之负反馈作用下的闭环系统可以更快地稳定到平衡点. 我们还发现, 对时滞速度反馈与时滞加速度反馈来说, 负反馈优于正反馈; 而对相同的反馈增益, 时滞位移正反馈优于时滞速度正反馈和时滞加速度正反馈. 关键字镇定,振动控制,时滞正反馈, 稳定性切换, 特征根
2010, 42(5): 933-942. doi: 10.6052/0459-1879-2010-5-lxxb2009-313
蚯蚓爬行的生物力学分析与数值计算
刘芳, 施卫平
蚯蚓是典型的多体节动物。本文从生物力学的角度,分析了蚯蚓在静止和运动状态下的体壁应力,又分析了蚯蚓爬行过程中的变形以及与地面之间的摩擦力,给出了蚯蚓在地表爬行的动力学模型。进一步,又数值计算了一定质量范围的蚯蚓在静止和运动状态下体壁承受的最大应力和动力学模型方程,得到蚯蚓爬行的平均速度与质量的关系。计算结果与实验观测值基本一致。
2010, 42(5): 951-956. doi: 10.6052/0459-1879-2010-5-lxxb2009-043
研究简报
激励射流在超声速流场中的混合的特性研究
顾声龙, 陈立红, 顾洪斌, 李飞, 卫喆, 张新宇
Hartmann-Sprenger(H-S)管处于吞吐模式下可以产生高频高幅度的气流振荡。本文将H-S管集成到传统射流装置中形成激励射流,研究其在超声速流场中的混合特性。本文设计了三种频率的CO2激励射流,将其横向注入马赫数2.5的均匀超声速来流当中。采用平面激光散射技术对其进行瞬态可视化成像,利用组分采样、测量总压进行时均分析。结果表明:H-S激励射流可以有效提高射流穿透深度,形成较多大尺度结构,从而获得较好的混合效果。关键词: 激励射流 超声速混合 穿透深度 大尺度结构
2010, 42(5): 957-961. doi: 10.6052/0459-1879-2010-5-lxxb2009-750
冲击相变对FeMnNi合金层裂行为影响研究
李庆忠, 陈永涛, 刘文韬, 胡海波, 徐永波
通过逆向加载和等厚对称碰撞实验相结合的方法,确定了FeMnNi合金完整的加卸载物理过程和相变层裂特征。采用修正的Boettger模型与非平衡两相相变理论模型,成功模拟再现了实验过程,解释了冲击相变、卸载逆相变及稀疏冲击波形成的物理机理。实验和数值模拟相结合,从应力波相互作用的角度定量分析了层裂发生的原因,指出层裂发生的机制正是由于受载样品发生了冲击相变和卸载逆相变。
2010, 42(5): 971-977. doi: 10.6052/0459-1879-2010-5-lxxb2008-448
生物网络中的随机变异机制与度负关联性的关系
许醇穗, 刘曾荣
在生物进化中,复制和变异是两个重要机制。在本文中,我们主要研究变异对生物网络度负关联性的影响。我们讨论了多种随机变异机制,如随机节点删除变异机制、随机删边变异机制、随机加边变异机制和随机重组边变异机制。我们的结论是:随机节点删除变异机制和随机删边变异机制都不会强烈地影响生物网络的度负关联性,随机加边变异机制和随机重组边变异机制都会抑制生物网络的度负关联性。
2010, 42(5): 989-994. doi: 10.6052/0459-1879-2010-5-lxxb2009-244