力学学报

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李恒蔡庆东

实验表明，鱼洗内的流动存在高度非线性的相互作用，并最终导致表面连续性的破坏. 在数值模拟中，这类问题是非常难处理的. 该文从离散的观点出发，直接考虑容器内部粒子的运动. 即采用分子动力学方法，模拟鱼洗内的流动. 该方法所考虑的实质是颗粒流动，不要求介质是连续的，从统计物理的观点看，当所模拟的粒子数非常大时，在统计上和连续介质相当. 该文首先发展了基于消息传递(MPI)的并行计算程序，可以用来做大规模的颗粒流动模拟. 对鱼洗内的颗粒流动模拟结果表明，在外界激励下，鱼洗内的颗粒流动表现出的现象和液体流动类似，边界的能量以波的形式向内部传播，并很快耗散掉，在边界激励点附近，颗粒因为受到边界和内部粒子的挤压作用而跳起，从直观现象上看，和鱼洗的流动实验一致. 在能量的概率密度分布函数中，可以观察到两个明显的指数区.

2008, 40(1): 1-8. doi: 10.6052/0459-1879-2008-1-2006-525

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非定常流动的快速拉格朗日涡方法数值模拟

祝宝山

采用快速拉格朗日涡方法数值模拟有复杂旋涡运动的非定常流动. 利用离散涡元模拟旋涡的产生、聚集和输送过程. 拉格朗日描述法用来计算离散涡元的移动，而移动速度则利用广义毕奥-萨伐尔公式结合快速多极子展开法计算，修正的涡半径扩散模型用来模拟离散涡元的黏性扩散. 突然起动圆柱和大攻角下突然起动翼型的非定常有涡流动的数值模拟，及其与试验结果的对比验证了方法的有效性. 另外，大攻角下突然起动翼型的计算结果给出了翼型起动后吸力面旋涡的产生、发展，周期性非定常流动的形成，以及尾流旋涡结构等一些重要的流动特征.[关键词] 非定常流有涡流动快速涡方法

2008, 40(1): 9-18. doi: 10.6052/0459-1879-2008-1-2006-048

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近似黎曼解对高超声速气动热计算的影响研究

黎作武

高超声速流场计算一般采用TVD型格式，这些格式中，大多采用了不同形式的近似黎曼解. 通过分析和数值验证，论述了激波捕捉格式中近似黎曼解的耗散性质，说明其对高超声速热流计算的影响. 数值实验证明，采用低耗散格式可大大提高热流计算精度，降低热流计算对网格的依赖程度，从而获得精确的热流数值解.

2008, 40(1): 19-25. doi: 10.6052/0459-1879-2008-1-2006-359

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近自由面的多个水下爆炸气泡相互作用研究

张阿漫姚熊亮

将气泡运动阶段周围的流场假设为无黏、无旋、不可压缩的理想流体，运用边界积分法模拟流场中气泡的运动，并开发了三维计算程序，计算值与实验值吻合较好.用该方法模拟了近自由面多气泡之间的相互作用，包括同相气泡和异相气泡. 通过计算发现，气泡的周期随两气泡中心的距离减小而增大，这是由于多气泡之间存在抑制作用，特别是对异相气泡，这种抑制作用更加明显，称之为多气泡之间的抑制效应. 无论有、无自由面存在，多气泡之间均存在抑制效应，由于抑制效应导致同相与异相气泡相互耦合作用的动态特性存在巨大的差异，这些现象可为将来研究多个同时或延时产生的水下爆炸气泡的威力提供参考.

2008, 40(1): 26-34. doi: 10.6052/0459-1879-2008-1-2007-132

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激光热弹激励流-固泄漏Lamb波的有限元模拟

赵艳沈中华陆建倪晓武

根据变分原理，得到热弹体运动方程和热传导方程相对应的有限元方程. 通过数值积分方法求解有限元方程，得到脉冲激光线源在水/铝、空气/铝这两种流-固界面上热弹激励的泄漏Lamb波瞬态波形. 计算结果表明，泄漏Lamb波不但存在于液-固界面，而且存在于气-固界面；和Lamb波相反，泄漏Lamb波的S_0模态是反对称的，而A_0模态是对称的；但由于这两种流-固界面的性质差异导致泄漏Lamb波的波形和幅度不同.

2008, 40(1): 35-39. doi: 10.6052/0459-1879-2008-1-2006-065

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热环境对超高温陶瓷材料抗热震性能的影响

李卫国方岱宁

基于超高温陶瓷材料相关材料参数对温度的敏感性，以现有的抗热震断裂评价理论为基础，通过考虑温度对超高温陶瓷材料物理性能的影响，探讨了热震温度范围内热应力衰减系数、表面热传递系数、热冲击初始环境温度等热环境参数对抗热冲击阻力参数、断裂临界温差和断裂临界温度的影响.

2008, 40(1): 40-45. doi: 10.6052/0459-1879-2008-1-2007-081

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磁电热弹耦合材料三维多裂纹超奇异积分法

朱伯靖秦太验

用超奇异积分方程法将多场耦合载荷作用下磁电热弹耦合材料内含任意形状和位置三维多裂纹问题转化为求解一以广义位移间断为未知函数的超奇异积分方程组问题，退化得到内含任意形状平行三维多裂纹问题的超奇异积分方程组；推导出平行三维多裂纹问题的裂纹前沿广义奇异应力场解析表达式、定义了广义(应力、应变能)强度因子和广义能量释放率；应用有限部积分概念及体积力法，为超奇异积分方程组建立了数值求解方法，编制了FORTRAN程序，以平行双裂纹为例，通过典型算例，研究了广义(应力、应变能)强度因子随裂纹位置、裂纹形状及材料参数变化规律，得到裂纹断裂评定准则. 最后，分析了裂纹间干扰、屏蔽作用及其在工程实际中的应用.

2008, 40(1): 46-58. doi: 10.6052/0459-1879-2008-1-2007-273

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精度可控地基阻抗力的一种时域差分计算方法

杜修力赵建锋韩强

将集总参数模型与时域差分递归的滤波器模型相结合，提出了一种可完整考虑基础阻抗函数中奇异项和正则项且精度可控的时域地基阻抗力的计算方法，数值算例表明该方法在感兴趣的频域范围内对频率相关的阻抗函数拟合良好.

2008, 40(1): 59-66. doi: 10.6052/0459-1879-2008-1-2006-162

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轨下支承失效对直线轨道动态响应的影响

肖新标金学松温泽峰

建立了基于Timoshenko梁模型的车辆/轨道耦合动力学模型，分析轨下支承失效对直线轨道动态响应的影响. 钢轨被视为连续弹性离散点支承上的无限长Timoshenko梁，通过假设轨道系统刚度沿纵向分布发生突变来模拟轨下支承失效状态. 推导了考虑钢轨横向、垂向和扭转运动的轮轨滚动接触蠕滑率计算公式. 利用Hertz法向接触理论和沈氏蠕滑理论计算轮轨法向力及轮轨滚动接触蠕滑力. 采用移动轨下支承模型的车辆/轨道耦合系统激振模式，考虑轨枕离散支承对系统动力响应的影响. 通过新型显式积分法求解车辆/轨道耦合动力学系统运动方程，由数值分析计算得到不同轨下支承失效状态下直线轨道的动态响应. 结果表明，轨下支承失效对直线轨道变形及加速度有显著的影响，随着失效轨下支承个数的增加，轮轨相互作用力和轨道部件的位移、加速度将会急剧增大，将加速失效区段线路状况的恶化.

2008, 40(1): 67-78. doi: 10.6052/0459-1879-2008-1-2006-236

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血管支架随机均匀性扩展问题的模型和应用

杨杰黄楠杜全兴

从力学上提出了随机失稳结构串联扩展的均匀性问题，建立了描述该问题的数学模型，提出了均匀性指标概念和该指标的概率计算公式和方法. 针对两个扩展单元构成的串联结构，详细考察了筋厚度发生随机时对于扩展均匀性指标的影响，得到均匀性指标概率与筋厚度随机范围、载荷和强化系数等的变化关系. 研究发现当总扩展位移一定的情况下，强化系数的改变对于均匀性有重大影响.关键字：血管支架均匀性随机失稳串联

2008, 40(1): 79-85. doi: 10.6052/0459-1879-2008-1-2006-646

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哈密顿系统正则变换在时变最优控制中的应用

吴志刚谭述君

利用哈密顿系统正则变换和生成函数理论求解线性时变最优控制问题，构造了新的最优控制律形式并提出了控制增益计算的保结构算法. 利用生成函数求解最优控制导出的哈密顿系统两端边值问题，并构造线性时变系统的最优控制律，由第2类生成函数所构造的最优控制律避免了末端时刻出现无穷大反馈增益. 控制系统设计中需求解生成函数满足的时变矩阵微分方程组. 根据生成函数与哈密顿系统状态转移矩阵之间的关系，从正则变换的辛矩阵描述出发，导出了求解这组微分方程组的保结构递推算法.为了保持递推计算中的辛矩阵结构，哈密顿系统状态转移矩阵的计算中利用了Magnus级数.

2008, 40(1): 86-97. doi: 10.6052/0459-1879-2008-1-2007-235

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时滞非线性动力吸振器的减振机理

赵艳影徐鉴

对一个带有时滞非线性动力吸振器的两自由度结构，采用多尺度法研究了时滞非线性动力吸振器对主系统的减振性能，得到了主系统的振幅-时滞响应曲线.研究结果表明，对时滞非线性动力吸振器，可以通过调节反馈增益系数和时滞控制主系统的振动. 研究还发现，对确定的反馈增益系数，可以存在时滞的一些调节区域，时滞非线性动力吸振器可以减小主系统的振动. 并且在时滞的这些可调区域里，存在一个``最大减振点''对应这一反馈增益系数下主系统振幅的最小值.对不同的反馈增益系数，``最大减振点''对应的主系统的振幅也不同.因此能够找到一组反馈增益系数和时滞量的最佳值，最大程度地减小主系统的振动.研究结果表明，当反馈增益系数和时滞量调到最佳值时，主系统的振动较无时滞非线性动力吸振器可以减少90{\%}左右, 数值模拟也证实了解析结果的正确性.

2008, 40(1): 98-106. doi: 10.6052/0459-1879-2008-1-2007-078

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人耳传声数值模型

刘迎曦李生孙秀珍

根据健康志愿者(右耳)完整的CT数据，建立了包括外耳道、鼓膜、听骨链、中耳韧带/肌肉以及内耳液体在内的有限元模型，真实完整地再现了其复杂结构及边界约束. 通过鼓膜和镫骨底板位移模拟结果和文献实验数据的比较，说明了本数值模型是可信的. 利用模型进行了外耳、中耳和内耳的声固耦合分析，研究了外耳道、镫砧关节和内耳液体对传声机制的影响. 研究结果表明建立的人耳三维有限元模型对研究其声学力学特性是有效的.

2008, 40(1): 107-113. doi: 10.6052/0459-1879-2008-1-2007-051

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可压缩燃烧反应转捩混合层直接数值模拟

苗文博程晓丽王强

针对三维时间发展可压缩氢/氧非预混燃烧反应平面自由剪切混合层,采用5阶迎风/6阶对称紧致混合差分格式以及3阶显式Runge-Kutta时间推进方法,直接数值模拟了伴随燃烧产物生成和反应能量释放, 流动受扰动激发失稳并转捩的演化过程. 在转捩初期, 获得了${\it\Lambda}$涡、马蹄涡等典型的大尺度拟序结构,观察到了流动失稳后发生双马蹄涡三维对并的现象, 大尺度结构呈较好的对称性.在流动演化后期, 大尺度结构逐次破碎形成小尺度结构, 混合层进入转捩末期,呈明显的不对称性.

2008, 40(1): 114-120. doi: 10.6052/0459-1879-2008-1-2007-296

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翼型绕流的电磁力控制

陈耀慧范宝春周本谋陈志华张辉李鸿志

将表面包覆电磁激活板的翼型，按一定的攻角，置于流动的弱电介质溶液中，电磁激活板可产生作用于流体的切向电磁力(Lorentz力)，从而改变流体边界层的结构. 在转动水槽中，对翼型绕流及电磁力控制下的绕流形态进行了实验研究. 结果表明，未加电磁力时，前缘涡的脱落点是不确定的，与流场具体条件有关，而后缘涡仅在尖角处脱落. 前缘涡与后缘涡相互影响，并周期性的脱体，在尾部形成涡街. 施加电磁力后，当力的方向与流动方向相同时，可以在一定程度上抑制分离，消除涡街，其效果与减小攻角类似. 加反向电磁力时，则相当于加大攻角，在翼型体的背风面形成涡街.

2008, 40(1): 121-127. doi: 10.6052/0459-1879-2008-1-2006-015

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基于功能度量法的概率优化设计的收敛控制

易平杨迪雄

概率结构优化设计(PSDO)中概率约束的评定可以采用最近提出的、被认为更高效、稳定的功能度量法(PMA). 改进均值(AMV)迭代格式经常在PMA中使用，但它对一些非线性功能函数或非正态随机变量，搜索最小功能目标点时可能陷入周期振荡或混沌解，从而使PSDO的两层次算法或序列近似规划算法优化计算失败. 利用混沌反馈控制的稳定转换法对功能度量法的AMV迭代格式实施了收敛控制，使嵌入周期和混沌轨道的不稳定不动点稳定化，获得稳定收敛解，从而使概率约束的评定能正常进行；再由两层次算法或序列近似规划算法进行结构优化设计. 算例结果表明了稳定转换法实施收敛控制的有效性，以及序列近似规划算法相对高效的优点.

2008, 40(1): 128-134. doi: 10.6052/0459-1879-2008-1-2007-195

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基于微分包含的绳系卫星时间最优释放控制

文浩金栋平胡海岩

考虑系绳弹性的影响，建立了绳系卫星系统三维动力学模型，研究了在状态和控制约束下的绳系卫星非线性时间最优控制问题. 为缩减系统变量，控制律设计没有采用通常的状态空间模型，而是基于二阶微分包含，将连续时间最优控制问题离散为大规模动态规化问题，最后通过数值模拟验证了该方法的有效性.

2008, 40(1): 135-140. doi: 10.6052/0459-1879-2008-1-2007-063

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