力学学报

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冯立好, 王晋军, Choi Kwing-So

利用等离子体激励器发展了新型的环量增升技术，并对二维NACA0012翼型绕流实施控制。由于NACA0012翼型为尖后缘构型，环量增升装置由2个非对称型介质阻挡放电等离子体激励器构成。一个等离子体激励器贴附于翼型吸力面靠近后缘处，其诱导的壁面射流沿来流方向指向下游；另一个等离子体激励器贴附于翼型压力面靠近后缘处，其诱导的壁面射流与来流方向相反指向上游。在风洞中通过时间解析二维PIV系统对翼型绕流流场进行了测量，基于翼型弦长的雷诺数Re=20 000。结果表明在等离子体激励器的控制下，翼型压力面靠近后缘处可以形成一个定常回流区，从而起到虚拟气动外形的作用，因此翼型吸力面的流场得到加速，压力面的流场得到减速，使得翼型压力面的吸力以及压力面的压力都得到增加，进而增加了翼型的环量。风洞天平测力实验进一步验证了该环量增升技术的有效性。在整个攻角范围内，施加控制的翼型的升力系数相比没有控制的工况有明显的提高。

2013, 45(6): 815-821. doi: 10.6052/0459-1879-13-012

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适应于界面大变形的高分辨率中心型ALE方法

刘妍, 田保林, 申卫东

针对基于积分形式的Euler方程组耦合质量组份模型方程而发展的多介质整体ALE方法耗散大的问题，采用基于微分形式的Euler方程组所发展的高分辨率界面反耗散的思想来控制界面处的数值耗散，发展了一种二维平面中积分意义下的耦合质量组份方程和体积组份方程的界面反耗散的高分辨率多介质中心型ALE方法，从而高分辨率地模拟大变形物质界面。

2013, 45(6): 822-832. doi: 10.6052/0459-1879-13-164

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液滴撞击湿润壁面的运动形态及飞溅运动机制

宋云超, 宁智, 孙春华, 吕明, 阎凯, 付娟

壁面液体层的存在对液滴撞击壁面的运动具有重要的影响。采用气液两相流动相界面追踪的水平集和流体体积复合方法和壁面润湿模型，实现了液滴撞击湿润壁面运动的数值求解；在此基础上，开展了液滴撞击湿润壁面运动的研究。研究结果表明：液滴以不同速度撞击湿润壁面时，会呈现出黏附铺展、波动运动、皇冠几何体运动以及飞溅运动等几种不同的运动形态，液滴撞击湿润壁面后的压力分布是不同运动形态形成的主要原因；飞溅运动是一定条件下皇冠几何体运动的一种特殊形态，液滴从皇冠几何体侧壁顶端的飞溅分离满足毛细破碎理论；撞击速度对分离液滴的运动方向影响较小，而对壁面液体层厚度的影响则较大；撞击速度和壁面液体层厚度对分离液滴形态、飞溅分离位置、飞溅速度以及飞溅发生时刻等都具有一定的影响。

2013, 45(6): 833-842. doi: 10.6052/0459-1879-13-053

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层流圆管潜射流生成蘑菇型涡结构特性实验

陈科, 尤云祥, 陈云祥, 胡天群

利用溢流恒压装置产生具有稳定出流速度的层流圆管潜射流，结合染色液流态显示方法，在多种射流时间和雷诺数组合下，实验研究了该射流动量在密度均匀黏性流体中的演化机理及其表现特征，定量分析了蘑菇型涡结构的无量纲射流长度L^*、螺旋型涡环半径R^*及其包络外形长度d^*等几何特征参数随无量纲时间t^*的变化规律。系列实验结果表明，蘑菇型涡结构的形成与演化过程可分为3个不同的阶段，分别为启动阶段、发展阶段和衰退阶段。在启动阶段，L^*和d^*随t^*线性变化，而R^*则近似为一个常数。在发展阶段，蘑菇型涡结构的演化具有自相似性，在各种射流时间和雷诺数组合下，L^*，R^*和d^*与t^*1/2均为同一正比关系，而且实验结果与基于斯托克斯（Stokes）近似的理论解结果一致。在衰退阶段，蘑菇型涡结构会发生两类形式的演化，第1类衰退出现在射流结束之后，其间L^*和R^*与t^*1/5相关，而d^*近似为一个常数；第2类衰退出现在射流结束之前，当射流动量达到某个临界值后，蘑菇型涡结构就会发生破碎等现象。

2013, 45(6): 843-853. doi: 10.6052/0459-1879-12-370

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OTAC/NaSal虫状胶束流体微观结构与线性黏弹性

王治国, 王树众, 孙晓, 景泽锋, 吴金桥, 何静

采用流变学、冷冻蚀刻电镜方法，研究了十八烷基三甲基氯化铵（octadecyl trimetryl ammoiumchloride，OTAC）阳离子表面活性剂和水杨酸钠（NaSal）体系蠕虫状胶束的形成、线性黏弹性与微观胶束结构。研究结果表明，在OTAC主溶液与NaSal质量比为5：1时，体系形成了最大长度达1um左右的蠕虫状胶束。当OTAC主溶液质量浓度为1.4%时，以线性虫状胶束为主；当浓度大于2.8%时，胶束开始相互缠结，形成网状结构；当浓度达到4%时，胶束缠结长度l_e值达到一个极小值，松弛时间也达到最大值2.86s，说明此时体系形成了致密的网状结构，并呈现良好的黏弹性。在较低振荡频率时，缠结的虫状胶束符合Maxwell流体特征，但在较高频率区域，OTAC/NaSal蠕虫状胶束表现出了不同于一般聚合物的应力释放机制，随着网状结构的增强，其应力释放机制呈现虫状胶束所特有的“Rouse-like”和“breathing”效应。

2013, 45(6): 854-860. doi: 10.6052/0459-1879-13-062

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多泡相互作用对气泡溃灭的影响

张凌新, 闻仲卿, 邵雪明

通过直接数值模拟方法对多泡在压力驱动下的溃灭过程进行了研究。气相满足理想气体正压模型，液相为不可压流体，采用基于压力的方法求解多泡的两相流场。数值研究表明，在多泡流场中，中心气泡的溃灭过程明显不同于单泡，存在总体溃灭延迟现象和后期加速现象。随着周围气泡数的增多或气泡间距的减小，中心气泡的溃灭时间增长，溃灭时的压力峰值增大。结合理论定性分析发现，气泡运动不仅受远场压力的驱动，还受周围气泡诱导压力场的影响。周围气泡的诱导压力经历先减小后增大的过程，从而使受其影响的中心气泡产生先延迟后加速的特征。

2013, 45(6): 861-867. doi: 10.6052/0459-1879-13-067

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船舶在碎冰区航行的离散元模型及冰载荷分析

李紫麟, 刘煜, 孙珊珊, 卢云亮, 季顺迎

采用离散元模型对碎冰区浮冰与船舶结构的相互作用进行了数值研究。碎冰由三维圆盘单元构成，并考虑其在海流作用下的浮力、拖曳力和附加质量。船体结构由一系列三角形单元组合构造。通过海冰与船体单元间的接触判断和接触力计算，确定海冰与船体结构之间的相互作用。采用以上离散单元模型对不同冰况（冰速、冰厚、冰块尺寸和密集度）以及航速条件下，海冰对船体的动力作用过程进行了数值分析，对比分析了以上因素对船体冰载荷的影响，可为冰区船舶的安全运行和结构设计提供一定的借鉴作用。

2013, 45(6): 868-877. doi: 10.6052/0459-1879-13-020

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三维裂隙网络非稳定渗流分析的变分不等式方法

叶祖洋, 姜清辉, 姚池, 周创兵

为了求解裂隙岩体有自由面非稳定渗流问题，将Darcy定律延拓至整个研究区域，使得潜在溢出边界条件满足Signorini型边界条件，建立了三维裂隙网络非稳定渗流问题的抛物型变分不等式（parabolic variational inequality，PVI）提法，并证明其与偏微分方程（partial differential equation，PDE）提法的等价性，从而将自由面上的流量条件以及潜在溢出边界上的互补条件转化成自然边界条件，降低该问题求解难度。同时给出了基于PVI提法的有限元数值求解方法，通过与交叉裂隙模型理论解的对比分析，证明了该方法的正确性。最后将该方法对含复杂三维裂隙网络的边坡进行非稳定渗流分析，计算结果表明该方法对于复杂裂隙网络求解具有较强的可靠性和适应性。

2013, 45(6): 878-887. doi: 10.6052/0459-1879-13-055

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自振荡凝胶的动力学模型及可控性分析

王鹏飞, 刘少宝, 周进雄, 卢天健, 徐峰

自振荡凝胶是一类在Belousov-Zhabotinsky化学反应（BZ反应）驱动下能够产生周期性收缩和膨胀大变形的智能软材料，简称为BZ凝胶，在微型激励器、传感器、药物释放、仿生材料等领域有着广泛的应用前景。基于BZ化学反应的Oregonator模型以及凝胶变形的力平衡方程，建立了由二阶微分方程表示的BZ凝胶的简化动力学模型，并通过对BZ凝胶的振荡动力学模型的分析，发现其在动力学相轨迹空间内呈现出稳定的周期性极限环振荡，进而利用改进的打靶法求得了BZ凝胶的振荡周期解，系统研究了反应物浓度、催化剂效率和链状高分子的亲水性等可控系统参数对其振荡形式、周期和幅值的影响。结果表明，只有在特定的系统参数取值下，BZ凝胶才能发生持续的周期性振荡；随着这些参数的改变，BZ凝胶的振荡形式、周期和幅值均产生规律性变化。证明了对自振荡凝胶实施周期性调控在理论上是可行的。

2013, 45(6): 888-896. doi: 10.6052/0459-1879-13-073

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二维边界元法高阶元几乎奇异积分半解析算法

牛忠荣, 胡宗军, 葛仁余, 程长征

针对边界元法中高阶单元中几乎奇异积分计算难题，解剖了二维边界元法高阶单元的几何特征，定义源点相对高阶单元的接近度。将高阶单元上奇异积分核函数用近似奇异函数逼近，从而分离出积分核中主导的奇异函数部分，其奇异积分核分解为规则核函数和奇异核函数两项积分之和。规则核函数用常规高斯数值积分，再对奇异核函数积分导出解析公式，从而建立了一种新的半解析法，用于高阶边界单元上几乎强奇异和超奇异积分计算。给出3个算例，采用边界元法高阶单元的半解析法计算了弹性力学薄体结构和近边界点位移/应力，并与线性边界元正则化算法结果作了比较，结果表明提出的二次元的半解析算法更加有效。特别是分析薄体结构，采用正则化算法的线性边界元分析比有限元有显著优势，而用提出的二次边界元半解析算法分析比其线性元的有效接近度又减小了4个量级。

2013, 45(6): 897-907. doi: 10.6052/0459-1879-13-215

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三维边界元法中高阶单元上的几乎奇异积分

张耀明, 李小超, Vladimir Sladek, Jan Sladek

三维边界元分析中，高阶几何单元上的几乎奇异积分计算是一个重要而且困难的问题，该文对此进行了研究。使用8节点四边形和6节点三角形曲面单元来描述几何边界；构造了新的距离函数；拓展原有的指数函数非线性变换到三维边界元法中，利用拓展的变换来消除被积函数的几乎奇异性。数值算例表明，该算法稳定，效率高，即使计算点到实际边界的距离很小，依然可获得令人满意的数值解。

2013, 45(6): 908-918. doi: 10.6052/0459-1879-13-057

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内充气体与外部膜材的共同作用理论模型

李鹏, 杨庆山

将充气膜结构内充气体假定为势流，推导得到速度势表示的内充气体小幅波动方程，并采用Galerkin法离散得到内充气体的有限元动力学方程。引入界面协调条件，建立了内充气体结点速度势与外部膜材结点位移的关系，然后联立薄膜动力方程和气体动力学方程得到充气膜系统内充气体与外部膜材的共同作用理论模型。在该理论模型基础上，建立了两类典型充气结构的数值模型进行分析，通过将数值结果与试验结果对比，验证了共同作用理论模型的准确性和合理性。

2013, 45(6): 919-927. doi: 10.6052/0459-1879-13-019

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空间框架结构几何非线性分析方法的改进研究

李文雄, 马海涛, 陈太聪

以几何精确梁理论为基础，分别采用高阶拉格朗日插值和埃米特插值构造高精度空间梁单元。提出基于单元层次平衡迭代的自由度凝聚方法，以保证单元的通用性。实现了基于载荷控制或柱面弧长控制的结构几何非线性分析算法。算例研究结果表明，提出的改进方法不但提高了计算效率，而且还具有较高的数值稳定性；特别是基于三次埃米特插值构造的单元表现出较好的性态，适用于结构屈曲后分析。

2013, 45(6): 928-935. doi: 10.6052/0459-1879-13-018

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焊锡接点金属间化合物晶间裂纹的内聚力模拟

安彤, 秦飞

为研究焊锡接点金属间化合物微结构对其微观-宏观力学行为的影响，采用Voronoi图算法构造了金属间化合物的晶粒尺度几何模型，通过在晶粒界面配置内聚力界面单元，提出了模拟金属间化合物晶粒界面裂纹起裂、扩展与连通的有限元数值模拟方法。基于该方法，研究了晶粒形状和晶粒界面缺陷对晶界微开裂模式和整体响应的影响，研究了金属间化合物微结构对焊锡接点强度和破坏模式的影响。结果表明，晶粒形状对整体强度影响不大，但对微裂纹开裂模式有影响。当考虑晶界随机缺陷时，强度较低的晶粒界面对整体强度影响较大。金属间化合物层的厚度对焊锡接点强度和破坏模式均有影响，而金属间化合物与焊料界面的粗糙度主要影响焊锡接点的破坏模式。

2013, 45(6): 936-947. doi: 10.6052/0459-1879-13-004

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考虑导轨间隙的在轨分离动力学计算方法

赵刚练, 姜毅, 陈余军, 董晓彤

传统在轨分离载荷动力学分析未考虑实际导轨的实时接触，无法准确分析分离时刻载荷的速度和角速度。针对半圆形双导轨，研究了空间导轨与定向器接触的特点及形式，基于分离装置的几何构型提出了一种确定发生相对轴向运动时导轨与定向器潜在接触对的方法，所提方法考虑了载荷轴线与导轨轴线的空间夹角，保证了分离后期接触检测的准确性，并可推广至多导轨接触计算。基于Lankarani与Nikravesh的连续接触力模型计算法向碰撞力，采用修正的Coulomb模型计算切向摩擦力。最后对飘浮基挠性航天器在轨分离载荷模型进行数值分析，验证了方法的有效性。结果表明导轨间隙增大了接触碰撞力，且随间隙的增大垂直于载荷分离方向的速度和角速度增大，导轨间隙使基座的转动与挠性附件强烈耦合，对航天器的稳定性造成影响。

2013, 45(6): 948-956. doi: 10.6052/0459-1879-13-193

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拉索-并联弹簧-阻尼器系统的自由振动分析

周海俊, 朱亚峰, 孙利民

分析了拉索-并联弹簧-阻尼器系统的自由振动特性，由系统的运动方程及边界条件得到其复特征值方程。进一步研究了系统的极限解，由此讨论了拉索-并联弹簧-阻尼器系统的模态变化分区现象。以拉索-并联弹簧-阻尼器系统的二阶模态解为例，给出了模态频率和阻尼比的变化分布区间及其对应振型的变化情况。讨论了系统分区中存在的模态交叉现象；同时也讨论了斜拉索垂度对于一阶振动模态变化规律的影响。研究表明拉索-并联弹簧-阻尼器系统的振动模态演化因并联弹簧-阻尼器的位置不同而存在的明确的分区现象；安装并联弹簧和阻尼器后拉索的模态阻尼比和模态频率均可明显提高。

2013, 45(6): 957-964. doi: 10.6052/0459-1879-13-006

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轴向变速黏弹性Timoshenko梁的非线性振动

唐有绮

研究了轴向加速黏弹性Timoshenko梁的非线性参数振动。参数激励是由径向变化张力和轴向速度波动引起的。引入了取决于轴向加速度的径向变化张力，同时还考虑了有限支撑刚度对张力的影响。应用广义哈密尔顿原理建立了Timoshenko梁耦合平面运动的控制方程和相关的边界条件。黏弹性本构关系采用Kelvin模型并引入物质时间导数。耦合方程简化为具有随时间和空间变化系数的积分-偏微分型非线性方程。采用直接多尺度法分析了Timoshenko梁的组合参数共振。根据可解性条件得到了Timoshenko梁的稳态响应，并应用Routh-Hurvitz判据确定了稳态响应的稳定性。最后通过一系列数值例子描述了黏弹性系数、平均轴向速度、剪切变形系数、转动惯量系数、速度脉动幅值、有限支撑刚度参数以及非线性系数对稳态响应的影响。

2013, 45(6): 965-973. doi: 10.6052/0459-1879-13-099

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红细胞力学特性对血小板近壁运动的影响

许菁, 王骁龙, 刘筠乔, 龚晓波

采用浸入式边界法，模拟了多个红细胞和血小板在毛细血管内流动过程中的相互影响。通过改变红细胞体积比和红细胞的力学特性，分析了红细胞力学特性对血小板在与内皮细胞发生粘附前的动力学行为的影响机理，包括：红细胞对血小板趋壁效应的影响，血小板在流动过程中的变形情况，并从血小板所受垂直壁向合力的角度深入研究了红细胞和血小板之间的相互作用。数值模拟的结果表明，增加血流中的红细胞体积比，减小了血小板和血管壁之间的距离，增大了血小板的变形，血小板所受垂直壁向合力呈现剧烈波动，两者之间的挤压显著加强；而增大红细胞硬度，使得血小板的离壁距离增大。

2013, 45(6): 974-981. doi: 10.6052/0459-1879-13-045

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基于径向基函数网格变形的高速列车头型优化

姚拴宝, 郭迪龙, 杨国伟

基于局部型函数三维参数化方法、改进的蚁群算法和改进的克里金（Kriging）代理模型，开展了列车头型的三维气动减阻优化设计研究。为了避免复杂几何外形大变形情况下千万量级网格的重复生成，提高高速列车头型优化设计的效率，引入了缩减控制点的径向基函数网格变形技术。优化结果表明：径向基函数网格变形技术在不降低网格质量的情况下可以有效缩短网格变形的时间消耗，能够用于复杂几何外形的气动优化设计；在给定的设计空间内，控制鼻锥外形的6个关键设计参数对列车气动阻力的影响呈单调递增关系；优化后，在满足约束条件的情况下，简化外形列车的整车气动阻力减小5.41%，头尾车减阻效果明显，中间车气动阻力基本不变。

2013, 45(6): 982-986. doi: 10.6052/0459-1879-13-111

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基于混合网格的高阶间断有限元黏流数值解法

秦望龙, 吕宏强, 伍贻兆

针对层流NS方程发展了混合网格上的高阶间断有限元方法，给出了物面边界高阶近似的具体步骤以及近物面弯曲单元的处理方法。对数值离散产生的非线性方程组采用牛顿迭代进行求解，每个牛顿循环采用预处理广义最小余量法求解产生的大型稀疏线性系统。使用该方法得到了典型算例的数值结果，并跟前人的计算结果进行了比较。计算结果表明，混合网格上应用高阶间断有限元方法求解黏性流动具有很好的应用前景。

2013, 45(6): 987-991. doi: 10.6052/0459-1879-13-151

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基于参数化时频分析的非线性振动系统参数辨识

邓杨, 彭志科, 杨扬, 张文明, 孟光

利用多项式调频小波变换对一类非线性系统的输出响应的瞬时特性进行了提取，结合FREEVIB和FORCEVIB方法中瞬态模态参数的算法，得到了能直观反应系统非线性特性的骨架线和阻尼系数曲线，并且通过拟合辨识出的系统平均化的非线性弹性力/阻尼力，对非线性振动系统的具体参数进行了识别和估计。通过数值仿真验算方法有效，而且具有精度高、抗噪能力强等优点。

2013, 45(6): 992-996. doi: 10.6052/0459-1879-13-125

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第七届全国动力学与控制青年学者学术研讨会报告综述

魏克湘, 王立峰, 詹世革, 张攀峰, 徐鉴

简要介绍了第七届全国动力学与控制青年学者学术研讨会的会议情况，对各位学者所做的报告内容进行了综述，给出了一些建设性的建议和意见。

2013, 45(6): 997-1002. doi: 10.6052/0459-1879-13-348

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