力学学报

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

谢翀樊菁

对微尺度气体流动，Navier-Stokes方程和一阶速度滑移边界条件的结果与实验数据相比，在滑移区相互符合，在过渡领域则显著偏离. 为改善Navier-Stokes方程在过渡领域的表现，有些研究者尝试引入二阶速度滑移边界条件，如Cercignani模型, Deissler模型和Beskok-Karniadakis模型. 以微槽道气体流动为例，将Navier-Stokes方程在不同的二阶速度滑移模型下的结果与动理论的直接模拟MonteCarlo(DSMC)方法和信息保存(IP)方法以及实验数据进行比较. 在所考察的3种具有代表性的二阶速度滑移模型中，Cercignani模型表现最好，其所给出的质量流率在Knudsen数为0.4时仍与DSMC和IP结果相符；然而，细致比较表明，Cercignani模型给出的物面滑移速度及其附近的速度分布在滑流区和过渡领域的分界处(Kn= 0.1)已明显偏离DSMC和IP的结果.

2007, 23(1): 1-6. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2005-577

PDF

超声速平面自由剪切层声辐射涡模态数值分析

沈清王强庄逢甘

对Mc = 1.2二维超声速空间发展平面自由剪切层,进行了扰动模态及流动结构的数值分析. 采用时空三阶改进MacCormack格式,差分求解可压缩扰动Navier-Stokes方程,直接数值模拟入口不同基频谐波扰动的非线性演化特征.采用空间线性稳定性理论证明, 计算所促发的扰动波是声辐射涡模态.扰动参数及特征函数分析显示, 声辐射涡模态是弱色散的快／慢两种外部模态,在扰动对流Mach数为超声速一侧呈膨胀／压缩状辐射.单频受迫扰动可无相差地促发多模态混合扰动波, 而在自然扰动条件下,剪切层的稳定性受慢模态主导.

2007, 23(1): 7-14. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2005-442

PDF

间断Galerkin有限元和有限体积

贺立新张来平张涵信

通过局部坐标变换而建立的非正交单元间断Galerkin(DG)有限元计算方法计算精度高，但计算量大、内存需求大；而非结构网格有限体积方法虽然准确计算热流的问题目前还没有完全解决，但其具有计算速度快和内存需求小的优点. 该研究是将有限元和有限体积方法的优点结合，发展有限元和有限体积的混合方法. 在物面附近黏性占主导作用的区域内采用有限元方法进行计算，在远离物面的区域采用快速的有限体积方法进行计算，在有限元和有限体积方法结合处要保证通量守恒. 通过算例说明有限元和有限体积混合方法既能保证黏性区域的热流计算精度和流场结构的分辨率，又能降低内存需求和提高计算效率，使有限元方法应用于复杂外形(实际工程问题)的计算成为可能.

2007, 23(1): 15-22. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2005-604

PDF

壁湍流相干结构尺度及边界层内的SL标度律

赵伟李万平

利用高分辨率、高帧率PIV系统对湍流边界层中相干结构的多种空间尺度和边界层内SL标度律在不同尺度下的具体表达形式进行了实验研究. 实验在两个动量损失厚度雷诺数(Re_{\theta}=628.5和Re_{\theta}=1032.9)下测量平板湍流边界层中缓冲层、对数区和外区的二维瞬时速度场. 应用小波分析以及传统的统计学方法，在垂直于平板和平行于平板的平面内考察平板湍流边界层中存在的相干结构的流向和展向尺度，并与已知的相干结构尺度实验结果进行了对比分析.利用在动量损失厚度雷诺数628.5下测得的数据，对多种脉动结构(脉动速度结构等)的空间关系及其标度律进行了研究. 第2项工作直接利用湍流边界层空间速度分布，对多种流场尺度结构内部的She-Leveque(简称SL)标度律及自相似律进行了验证. 结果表明，各单一流场尺度结构内部，流向脉动速度{\pmb u}'、法向脉动速度{\pmb v}'及脉动涡分量\d {\pmb v}'/\d {\pmb x}的统计结构量均存在明显的标度律，标度指数的形式与自相似律和SL标度律均非常吻合，只是常数随流场尺度的不同而不同，且呈现一定的规律性. 但对于结构量的五阶矩随距离l的研究表明，自相似律和SL标度律成立的范围并不完全一致，同时标度律成立的范围大小与流场尺度有明显关系.

2007, 23(1): 23-36. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2005-215

PDF

碳氢燃料点火燃烧的简化化学反应动力学模型

钱炜祺杨顺华肖保国乐嘉陵

基于``准稳态''方法建立了一套复杂化学反应动力学模型简化方法和相应的软件SPARCK.并以3种典型的碳氢燃料------甲烷、乙烯和庚烷为研究对象，从甲烷点火燃烧的GRI2.11详细基元反应动力学模型出发简化得出了包含14个组分10步总包反应形式的简化化学反应动力学模型，从乙烯燃烧的51组分365详细基元反应模型出发简化得出了包含20个组分16步总包反应形式的简化化学反应动力学模型，从庚烷点火燃烧的160组分1540详细基元反应模型出发简化得出了包含26个组分22步总包反应形式的简化化学反应动力学模型. 通过对典型激波管试验的结果对比可以看出：得到的简化反应动力学模型能较为有效地再现详细基元反应模型的反应机理，具有较高的计算精度. 在工程计算中有较好的应用前景.

2007, 23(1): 37-45. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2005-275

PDF

分层流体中内孤立波在台阶上的反射和透射

魏岗尤云祥缪国平秦学明

基于匹配渐近展开和格林函数的方法，研究了两层流体系统中内孤立波在台阶地形上透射、反射及其分裂的演化特征. 通过保角变换和求解奇异Fredholm积分方程，获得了反映地形效应对Boussinesq方程影响的约化边界条件，藉此建立了KdV演化方程的``初值''问题，根据散射反演理论获得了反射波和透射波的解析表达式. 分析结果表明：上下流体层的厚度比、密度比以及台阶高度对于反射和透射波振幅及其分裂具有显著的影响. 尤其当上层流体厚度小于下层厚度时，由于存在临界点，在其附近反射波的幅值随台阶高度的演化由单调增变为单调减，透射波的幅值由单调减变为单调增；上台阶的反射波与入射波反相，其最大幅值可达到入射波的数倍；此外，下台阶反射波也可发展为单支孤立波，它区别于单层流体中反射波仅为衰减的振荡波列.

2007, 23(1): 45-53. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2005-295

PDF

二维类桁架材料结构弹塑性分析

刘岭阎军程耿东

类桁架材料所构成结构的弹塑性行为的精确建模分析保证非常耗时, 为了在保证精度的前提下提高此类问题的求解效率, 本文利用类桁架材料基本构件长细比较大的特点，将材料单胞简化为桁架模型. 考虑到微单胞空间分布的周期性，基于数值均匀化理论提出了类桁架材料结构的宏微观两级弹塑性求解格式. 原问题转化为宏观上一个非线性弹性连续体计算问题和微观上多个小规模桁架系统的弹塑性计算问题. 两个数值算例分别考虑了简单加载，非单调加载，规则宏观结构和具有非完整单胞的较复杂宏观结构等问题. 与实际结构计算结果在精度和时间等方面的比较验证了求解格式的有效性. 最后还探讨了算法的适用范围.

2007, 23(1): 54-62. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2005-407

PDF

高速冲击过程数值分析的再生核质点法

赵光明宋顺成杨显杰

利用新型的无网格方法-再生核质点方法对高速冲击过程进行数值模拟，给出了控制方程，分析中引入Bordner-Partom本构模型来实现材料高速冲击条件下的大应变和高应变率的特性，提出了新的接触面处理方法，介绍了速度配点法来实现接触面及其它本质边界的速度条件. 数值模拟表明，再生核质点法能够准确模拟高速冲击过程，具有较高的计算精度.

2007, 23(1): 63-69. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2005-404

PDF

含损伤的冻土本构模型及耦合问题数值分析

宁建国朱志武

从复合材料的细观力学机理出发，建立了含损伤的冻土弹性本构模型. 对于在不同冰体积含量和不同温度下的冻结砂土，由该损伤本构模型计算的结果与实测的应力-应变曲线比较吻合. 利用自主开发的程序，分别对渠道冻结和冻土路基的水分场、温度场、应力场3场耦合进行数值模拟，得到了比较准确、详尽的符合实际的温度场与应力场、位移场、应变场耦合的计算结果，与前人的计算及实测结果相符合，规律一致. 表明该程序能够计算冻土材料的相关物理量，并能很好地描述这些相关物理量之间的关系.

2007, 23(1): 70-76. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2006-177

PDF

刚性弹侵彻动力学中的第三无量纲数

陈小伟李小笠陈裕泽武海军黄风雷

采用侵彻阻力的一般表达式，计及速度一次项和减速度效应导致的附加虚拟质量项，利用量纲分析方法，明确定义控制刚性弹侵彻过程的第三无量纲物理量，即阻尼函数\xi. 针对一般凸形弹头的侵彻问题开展分析，得到一般化的无量纲侵彻深度的计算公式；同时给出多个常用弹形的形状参数. 针对已公开发表的不同弹形、靶材和撞击速度的侵彻实验数据，考察有无阻尼函数的理论预期，分析结果与实验数据一致.

2007, 23(1): 77-84. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2006-069

PDF

基于微结构损伤的珠光体材料本构行为研究

皮文丽彭向和

珠光体材料由许多随机取向的珠光体团组成，每一珠光体团又由铁素体片和渗碳体片交替叠合而成. 实验表明具有较小片层间距的珠光体材料具有较高的强度和寿命. 通过分析构成珠光体团的各相及界面的损伤特征，利用损伤耗散功的概念，得到了铁素体、渗碳体与界面损伤的具有统一形式的演化规律，将其嵌入基于细片层微结构和非经典塑性理论的珠光体团的弹塑性本构方程，利用Hill自洽方法，得到了珠光体材料的损伤本构描述. 所得到的损伤本构描述显含表征微结构特征的片层间距，容易证明具有较小片层间距的珠光体材料具有较好的综合力学性能. 对珠光体材料的拉伸和循环拉压特性进行了分析，得到了与实验一致的结果.

2007, 23(1): 85-92. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2006-229

PDF

基于Erdogan基本解边界元法计算应力强度因子

苏成郑淳

引入含裂纹问题基本解(Erdogan基本解)，提出了基于Erdogan基本解的样条虚边界元法，并阐述了该法在实施过程中的特点与具体做法. 采用该方法详细分析了若干典型裂纹问题，全面考察了方法的计算精度和收敛情况，以及在求解复杂裂纹问题方面的能力. 结果显示，该方法具有精度高、收敛快、计算能力强等优点，是裂纹问题分析中一种具有竞争力的通用计算方法.

2007, 23(1): 93-99. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2006-040

PDF

动力学平衡方程的Euler中点辛差分求解格式

邢誉峰杨蓉

给出了动力学方程${\pmb M}\ddot {\pmb x} + {\pmb C}\dot {\pmb x}+ {\pmb K \pmb x} = {\pmb R}$的二阶Euler中点隐式差分求解格式，分保守系统、无阻尼受迫振动系统和阻尼系统3种情况, 讨论了算法中Jacobi矩阵${\pmb A}$的性质，譬如${\pmb A}$是否为辛矩阵以及谱半径等. 对于无阻尼系统，证明了无论是否存在外载荷，Jacobi 矩阵都是辛矩阵. 证明了辛矩阵的所有本征值的模为1，其谱半径永远为1, 以及$\delta = 0.5$和$\alpha = 0.25$的Newmark算法就是Euler中点隐式差分格式，对保守系统它们都是辛算法. 严格证明了Euler中点辛格式是严格保持系统能量的. 通过算例详细讨论了保辛算法用于求解非保守系统动态特性的优越性，如广义保结构特性等；分析了保辛算法的相位误差以及由其引起的系统的附加能量特性；分析了保辛算法和$\delta\ne 0.5$的Newmark算法的精度随着激励频率与系统固有频率比的变化情况等

2007, 23(1): 100-105. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2006-026

PDF

分析力学初值问题的一种变分原理形式

梁立孚罗恩冯晓九

明确了分析力学初值问题的控制方程，按照广义力和广义位移之间的对应关系，将各控制方程卷乘上相应的虚量，代数相加，进而在原空间中建立了分析力学初值问题的一种变分原理形式，即建立了分析力学初值问题的卷积型变分原理和卷积型广义变分原理. 推导了分析力学初值问题卷积型变分原理和卷积型广义变分原理的驻值条件. 在建立分析力学初值问题的一种变分原理形式的同时,将变积方法推广为卷变积方法.

2007, 23(1): 106-111. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2006-027

PDF

A model for the scattering of long waves by slotted breakwaters in the presence of currents

Zhenhua Huang M. S. Ghidaoui

2007, 23(1): 1-9. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2006-240

PDF

On the refracted patterns produced by liquid vortices

Yasser Aboelkassem Georgios H. Vatistas

A theoretical analysis of the refracted shadows produced bysteady andtime-decaying liquid vortices under uniform illumination from above is givenin this article. An expression for the induced shadow intensity is derivedand found to be a function of the vortex's free surface profile, i.e.,function of the static pressure distribution. The patterns for differentfocusing depth are given and compared with previous visualization resultsfrom the literature. The phenomenon is examined and illustrated as a benchmark case by using both steady and time-decaying algebraic vortex models.However, this study can be extended to check the feasibility of recoveringthe main flow properties by analyzing the luminous image intensity of therefracted patterns. The present analysis is valid only when the swirlvelocity is order of magnitude higher than the meridional flow componentsand the vorticity is concentrated within the core region and of intenseconditions.

2007, 23(1): 11-15. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2006-122

PDF

Stokes' first problem for the fourth order fluid in a porous half

T. Hayat F. Shahzad M. Ayub

2007, 23(1): 17-21. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2006-138

PDF

Flow resistance in compound channels and its prediction methods

杨克君曹叔尤刘兴年

2007, 23(1): 23-31. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2006-017

PDF

Wave dynamic processes in cellular detonation reflection from wedges

胡宗民姜宗林

When the cell width of the incident detonation wave (IDW) is comparable to or larger than the Mach stem height, self-similarity will fail during IDW reflection from a wedge surface. In this paper, the detonation reflection from wedges is investigated for at the wave dynamic processes occurring in the wave front, including transverse shock motion and detonation cell variations behind the Mach stem. A detailed reaction model is implemented to simulate two-dimensional cellular detonations in stoichiometric mixtures of H2/O2 diluted by Argon. The numerical results show that the transverse waves, which cross the triple point trajectory of Mach reflection, travel along the Mach stem and reflect back from the wedge surface, control the size of the cells in the region swept by the Mach stem. It is the energy carried by these transverse waves that sustain the triple-wave-collision of higher frequency within the over-driven Mach stem. In some cases, local wave dynamic processes and wave structures play a dominant role in determining the pattern of cellular record, leading to the fact that the cellular patterns after the Mach stem exhibit some peculiar modes.

2007, 23(1): 33-41. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2005-431

PDF

Bifurcation of thermocapillary convection in a shallow annular pool of silicon melt

李友荣彭岚 Shuang-Ying WuNobuyuki Imaishi

2007, 23(1): 43-48. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2005-470

PDF

Lane changing analysis for two-lane traffic flow

唐铁桥黄海军 S.C. Wong 姜锐

2007, 23(1): 49-54. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2006-282

PDF

Electromagnetoelastic behaviors of functionally graded piezoelectric

戴宏亮傅衣铭 J.H. Yang

Analytical studies on electromagnetoelastic behaviors arepresented for the functionally graded piezoelectric material (FGPM) solidcylinder and sphere placed in a uniform magnetic field and subjected to theexternal pressure and electric loading. When the mechanical, electric andmagnetic properties of the material obey an identical power law in theradial direction, the exact displacements, stresses, electric potentials andperturbations of magnetic field vector in the FGPM solid cylinder and sphereare obtained by using the infinitesimal theory of electromagnetoelasticity.Numerical examples also show the significant influence of materialinhomogeneity. It is interesting to note that selecting a specific value ofinhomogeneity parameter can optimize the electromagnetoelasticresponses, which will be of particular importance in modern engineeringdesigns.

2007, 23(1): 55-63. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2006-127

PDF

Finite element simulation on the mechanical properties of MHS materials

Z.Y. Gao 余同希 D. Karagiozova

Finite element simulations are carried out to examine the mechanical behavior of the metallic hollow sphere (MHS) material during their large plastic deformation and to estimate the energy absorbing capacity of these materials under uniaxial compression. A simplified model is proposed from experimental observations to describe the connection between the neighboring spheres, which greatly improves the computation efficiency. The effects of the governing physical and geometrical parameters are evaluated; whilst a special attention is paid to the plateau stress, which is directly related to the energy absorbing capacity. Finally, the empirical functions of the relative material density are proposed for the elastic modulus, yield strength and plateau stress for FCC packing arrangement of hollow spheres, showing a good agreement with the experimental results obtained in our previous study.

2007, 23(1): 65-75. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2006-198

PDF

Topology optimization of material microstructures using strain energy-based prediction of effective elastic properties

张卫红戴高明王凤稳孙士平 Hicham Bassir

An alternative strain energy method is proposed for the prediction of effective elastic properties of orthotropic materials in this paper. The method is implemented in the topology optimization procedure to design cellular solids. A comparative study is made between the strain energy method and the well-known homogenization method. Numerical results show that both methods agree well in the numerical prediction and sensitivity analysis of effective elastic tensor when homogeneous boundary conditions are properly specified. Two dimensional and 3 dimensional microstructures are optimized for maximum stiffness designs by combining the proposed method with the dual optimization algorithm of convex programming. Satisfactory results are obtained for a variety of design cases.

2007, 23(1): 77-89. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2006-086

PDF

A new simple method of implicit time integration for dynamic problems of engineering structures

周俊周又和

2007, 23(1): 91-99. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2006-167

PDF

Improved suboptimal Bang-Bang control of aseismic buildings with variable friction dampers

李宏男李军宋钢兵

2007, 23(1): 101-109. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2005-601

PDF

Nonlinear formulation for flexible multibody system with large deformation

刘锦阳洪嘉振

In this paper, nonlinear modeling for flexible multibody system with large deformation is investigated. Absolute nodal coordinates are employed to describe the displacement, and variational motion equations of a flexible body are derived on the basis of geometric nonlinear theory, in which both the shear strain and the transverse normal strain are taken into account. By separating the inner and the boundary nodal coordinates, the motion equations of a flexible multibody system are assembled. The advantage of such formulation is that the constraint equations and the forward recursive equations become linear because the absolute nodal coordinates are used. A spatial double pendulum connected to the ground with a spherical joint is simulated to investigate the dynamic performance of flexible beams with large deformation. Finally, the resultant constant total energy validates the present formulation.

2007, 23(1): 111-119. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2006-113

PDF

求解非比例阻尼体系复模态的实模态摄动法

楼梦麟范么清

根据工程结构的实际情况,建立了非比例阻尼结构体系复模态特性的近似求解方法------实模态摄动法. 这一方法以复Ritz向量展开原理为基础,把非比例阻尼结构体系复模态特性的分析过程分解为两个基本步骤,首先以结构体系的实模态向量构建复Ritz向量的求解子空间,然后通过非线性复代数方程组的求解代替扩阶后的复特征值方程的求解,从而简化了计算过程.通过两个算例表明:这一方法不仅计算简便，而且具有较高的计算精度和执行效率,对于复杂的非比例阻尼系统是很适用的，具有一定的工程应用价值.

2007, 23(1): 112-118. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2006-170

PDF

含环向表面裂纹圆柱壳的波传播特性研究

朱翔李天匀赵耀刘敬喜

研究了振动波在含有环向表面裂纹的无限长圆柱壳中的传播特性. 圆柱壳体的振动用Fl\"{u}gge方程来描述. 运用线弹性断裂力学的理论，考虑到裂纹的张开、滑移和撕裂3种模式以及它们相互之间的耦合，利用分布的线弹簧来模拟裂纹并建立了裂纹所在区域的局部柔度矩阵，得到由此引起的附加位移和壳体中内力之间的关系. 在入射波已知的情况下，根据裂纹两侧区域的位移和内力的连续性条件得到了反射和透射波的幅值系数. 分析了入射波通过裂纹后的透射、反射系数与激励频率和裂纹尺寸之间的关系. 为基于振动功率流方法识别圆柱壳表面损伤提供了理论基础.

2007, 23(1): 119-124. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2005-560

PDF

连续体结构非概率可靠性拓扑优化

罗阳军亢战

基于非概率可靠性指标的定义，考虑材料、几何及荷载大小的不确定性，提出以结构体积最小化为目标、具有位移非概率可靠性约束的三维连续体拓扑优化数学模型. 采用目标性能方法对优化模型进行转换，给出目标性能值的伴随法灵敏度分析算法，利用数学规划法实现优化问题的求解. 数值算例验证了所提出优化模型的正确性及算法的有效性，并指出相对于确定性优化而言，非概率可靠性拓扑优化能够给出在考虑不确定参数和荷载条件下更合理的材料分布.

2007, 23(1): 125-131. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2006-181

PDF

线性碰振系统周期解擦边分岔的一类映射分析方法

张思进周利彪陆启韶

擦边分岔是碰振机械系统的一种重要分岔行为. 以固定相位面作为Poincaré截面，建立了线性碰振系统单碰周期$n$运动的Poincaré映射. 通过分析该映射，得到了系统发生擦边分岔的条件和分岔方程，并以单自由度碰振系统为实例验证了分析结果的正确性.该方法不仅可以计算线性碰振系统擦边分岔的参数值，还可以计算系统的任意周期$n$解的分岔参数值.

2007, 23(1): 132-136. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2006-169

PDF

多尺度法二义性的一种解释

陈衍茂刘济科

多尺度法是为解决含小参数系统发展起来的应用最广泛的摄动法之一. 在求解高阶近似方程时，多尺度法一般只求特解. 用多尺度法求解van der Pol 方程的三阶解时将出现矛盾. 以van der Pol方程为例，证明了忽略一阶修正量中的一阶谐波项使得混合偏导数不能交换顺序，从而导致了多尺度法的二义性和另一个数学矛盾.在求解一阶修正量时采用含有一阶谐波项的全解，消除了二义性和该矛盾. 该方法所求得的近似解与数值解进行了比较，结果非常吻合，验证了其合理性.

2007, 23(1): 137-140. doi: 10.6052/0459-1879-2007-1-2006-293

PDF

留言板

2007年第23卷第1期

通知公告MORE+

精品文章MORE+

下载中心

作者中心

留言板

2007年 第23卷 第1期

通知公告MORE+

精品文章MORE+

下载中心

作者中心

2007年第23卷第1期