力学学报

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徐国亮符松

采用非线性抛物化扰动方程(NPSE)计算了层流机翼NLF0415(2)在几个工况下横流涡的非线性发展, 应用Floquet理论分析了横流涡的二次失稳. 较系统地分析了后掠机翼在多种参数下表面曲率对其流动稳定性的影响. Haynes证明曲率对于横流在线性稳定性计算(LST)和非线性抛物化扰动方程计算中(NPSE)都起着非常明显的稳定作用; 然而, 该文计算结果表明, 曲率在二次失稳计算中影响不大.

2010, 42(6): 995-1005. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-361

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带扰流小槽道内单相流动阻力特性实验

刘东刘明侯王亚青徐侃

采用水作为工质, 实验研究入口或出口端加入圆柱扰流的不同高宽比多槽道散热器的压降特性; 结果表明: 单位长度压降随雷诺数成线性关系. 提出了雷诺数、水力学直径和槽道高宽比的拟合准则; 拟合公式在实验数据误差范围内很好反应类似系统的流阻特性. 对于线切割小槽道, 其摩阻系数和雷诺数成反比, 且较圆管理论值偏大; 对线切割槽道阻力特性分析发现, 表面粗糙度是其最主要的影响因素, 而扰流对其影响较小; 在槽道前部设置扰流柱可以增强换热.

2010, 42(6): 1006-1012. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-222

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基于静动态混合重构的DG/FV混合格式

张来平刘伟贺立新邓小刚

通过比较紧致格式和间断Galerkin(DG)格式, 提出了``静态重构''和``动态重构''的概念,对有限体积方法和DG有限元方法进行统一的表述. 借鉴有限体积的思想, 发展了基于``混合重构''技术的一类新的DG格式, 称之为间断Galerkin有限元/有限体积混合格式(DG/FV格式). 该类混合格式通过适当地扩展模板(拓展至紧邻单元)重构单元内的高阶多项式分布, 在提高精度的同时, 减少了传统DG格式的计算量和存储量. 通过典型一维和二维标量方程的计算发现新的混合格式在有些情况下具有超收敛(superconvergence)性质.

2010, 42(6): 1013-1022. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-514

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跨音速极限环型颤振的高效数值分析方法

张伟伟王博斌叶正寅

事先建立一个低阶的非线性、非定常气动力模型是开展非线性流场中气动弹性问题研究的一个捷径. 基于CFD方法, 通过计算结构在流场中自激振动的响应来获得系统的训练数据. 采用带输出反馈的循环RBF神经网络, 建立时域非线性气动力降阶模型.耦合结构运动方程和非线性气动力降阶模型, 采用杂交的线性多步方法计算结构在不同速度(动压)下的响应历程, 从而获得模型极限环随速度(动压)变化的特性. 两个典型的跨音速极限环型颤振算例表明, 基于气动力降阶模型方法的计算结果与直接CFD仿真结果吻合很好, 与后者相比其将计算效率提高了1~2个数量级.

2010, 42(6): 1023-1033. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-568

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稠密气固两相流各向异性颗粒相矩方法

孙丹李响陈巨辉刘国栋赵云华徐鹏飞陆慧林

基于气体分子动力学和颗粒动理学方法, 考虑颗粒速度脉动各向异性, 建立颗粒相二阶矩模型. 应用初等输运理论, 对三阶关联项进行模化和封闭. 考虑颗粒与壁面之间的能量传递和交换, 建立颗粒相边界条件模型. 采用Koch等计算方法模拟气固脉动速度关联矩. 考虑气体-颗粒间相互作用, 建立稠密气体-颗粒流动模型. 数值模拟提升管内气固两相流动特性, 模拟结果表明提升管内颗粒相湍流脉动具有明显的各向异性. 预测颗粒速度、浓度和颗粒脉动速度二阶矩与Tartan等实测结果相吻合. 模拟结果表明轴向颗粒速度脉动强度约为平均颗粒相脉动强度的1.5倍, 轴向颗粒脉动能大约是径向颗粒脉动能3.0倍.

2010, 42(6): 1034-1041. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-424

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爆炸冲击波绕流的三维数值模拟研究

郝莉马天宝王成吴开腾

对爆炸冲击波绕流问题采用可压缩流体模型建立了质量、动量和能量的偏微分守恒方程组,基于多物质流体Euler型算法, 采用算子分裂格式, 运用体积份额法处理多介质界面, 用自行开发的三维数值模拟程序MMIC3D模拟计算了三维空中爆炸的爆源附近和爆炸场中冲击波流场的发展规律, 研究了挡墙拐角处绕流的形成和变化情况, 分析比较了挡墙的位置、形状对挡墙后爆炸冲击波的影响, 并与经验公式进行了比较研究. 数值计算基本符合物理规律,说明文中采用的模型和算法是合理的, 为工程设计减压设施提供了数值计算依据．

2010, 42(6): 1042-1049. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-459

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超声波作用下气泡的非线性振动

王成会林书玉

Flynn方程在引入泡内气体的压缩性修正后能够更好地描述超声波作用下液体内气泡的非线性振动。我们以此为基础通过数值分析得到了不同初始半径的气泡在同一声场中的振动位移时间图像和相轨迹，发现气泡的运动行为对其初始状态有很强的依赖关系，在频率为26.5 kHz，幅度为1.35 atm的声波作用下，初始半径小于1 μm的气泡作小幅受迫振动，大于200 μm的气泡作小幅准本征振动，不具备空化气泡特征。声场中的小气泡对声波强度变化的反应更为激烈，当增加声强度时，可将一定范围内的小幅受迫振动气泡转化为空化气泡，并且，当驱动声波压力幅值增加时，初始半径越小的气泡的最大位移增加幅度越大。驱动声波频率同样影响气泡的振动。随着声波频率的升高，空化气泡的初始半径取值区间越来越小，空化振荡也越来越弱。本文还通过高速摄影系统对换能器作用于未除气的自来水所引起的变化进行了实验研究，结果表明，超声波作用下液体内的气泡场是一个混合场，场内气泡尺寸呈一定的分布状态，不仅有空化气泡，还有毫米级的大气泡。气泡的运动行为直接影响空化效果。超声空化场是一个复杂的物理场，场内除了有气泡的振动外，还有气泡间的相互吸引、碰撞和结合。

2010, 42(6): 1050-1059. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-544

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考虑对流效应和磁场的CMP模型及其数值模拟

郑秋云李明军舒适

推导了具有对流效应的化学机械抛光(chemical mechanical polishing,CMP)润滑模型,研究各参数对压力场分布的影响.在此模型基础上，研究了磁流体抛光液在外界磁场作用下的润滑模型,以及外磁场对抛光过程中压力场分布的影响. 数值结果表明,具有对流效应的润滑模型的压力分布与已有经验结果更一致，能更为有效地解释CMP过程中的负压现象; 进一步通过外界磁场的作用, 可以有效地改变磁流体CMP的压力分布,这为实现对晶片的全局抛光提供了一种可供参考的新途径.

2010, 42(6): 1060-1067. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-423

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Mg-W体系密度梯度飞片复杂加载实验的计算分析

柏劲松罗国强王翔唐蜜戴诚达谭华

采用弹塑性流体动力学计算方法对Mg-W体系密度梯度飞片复杂加载实验进行计算设计,考虑到飞片材料制备中单层厚度值和Mg-W最大阻抗混合质量百分数的致密条件限制, 提供12层Mg-W体系飞片的制备参数. 采用研制的梯度飞片在气炮上进行冲击加载-准等熵加载实验, 给出了飞片和LiF窗口界面处速度剖面的VISAR或DISAR实验测试结果, 并通过数值计算对实验数据进行对比, 对出现的异常现象进行了分析和实验验证, 提出以Mg-Cu为飞片材料体系的建议, 为后续深入开展可控加卸载路经和可控加卸载速率的实验研究奠定了基础.

2010, 42(6): 1068-1073. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-351

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基于r个最大次序统计量模型的极值风压估算

赵明伟顾明

提出一种基于r个最大次序统计量(r largest order statistics, r-LOS)模型的极值风压估算方法, 该模型包括广义极值(generalized extreme valuedistribution, GEV)联合分布形式及Gumbel联合分布形式. 提出了独立风压峰值r-LOS序列构造方法、最优r值确定方法、r-LOS GEV模型和r-LOSGumbel模型的优选方法. 将r-LOS模型方法应用于某低矮工业建筑刚性模型测压试验的极值风压估算. 当采用多段风压时程估算极值风压时, r-LOS Gumbel模型优于r-LOSGEV模型和经典Gumbel模型. 当采用单段风压时程时, 与基于改进Hermite模型的峰值因子法、Sadek-Simiu法相比, r-LOS Gumbel模型方法能更加精确地估算极值风压,适用于非高斯风压的极值估算, 可以给出极值风压分位点的解析解. 分析表明, r-LOSGumbel模型方法是一种多段时程和单段时程条件下均适用的极值风压估算方法.

2010, 42(6): 1074-1082. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-700

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基于分子平均自由程的热流计算壁面网格准则

程晓丽艾邦成王强

面向壁面热流Navier-Stokes方程数值计算的应用, 研究了壁面法向网格尺度问题.从气体分子物理学角度, 对壁面热流进行了微观统计分析,指出壁面热流与气体分子平均自由程之间的内在联系是壁面法向网格尺度存在最优下限的原因. 据此建立了一个新的壁面法向网格尺度准则, 即MFP准则.该准则简单、实用, 具有清晰的热力学物理意义, 且只依赖于壁面局部参数. 并以多种对比算例验证了MFP准则的准确性和适用性.

2010, 42(6): 1083-1089. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-416

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煤油简化动力学和ISAT在超燃计算中的应用

肖保国杨顺华邢建文赵慧勇

利用基于``准稳态''方法建立的模型简化软件包SPARCK, 从建立的详细模型出发得到了一个包含22组分18步总包反应的煤油简化动力学模型. 简化模型计算得到的点火延迟时间与文献计算结果和实验结果相一致, 验证了模型的有效性. 采用简化模型和当地自适应建表(ISAT)方法, 对超燃冲压发动机进行了二维并行数值模拟, 计算得到的壁面压力分布与试验结果吻合较好, 表明简化模型能够很好地用来模拟煤油燃料超燃发动机内部的复杂燃烧过程. 在并行计算环境下, 和直接积分方法相比, 该方法将化学反应项的计算速度提高了3.73倍, 大大提高了计算效率.

2010, 42(6): 1090-1097. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-490

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丰、枯水年磨刀门水道盐水上溯运动规律对比

刘杰斌包芸黄宇铭

通过一维纵向逐时咸界图的方法, 得到了磨刀门水道丰、枯水年的盐水运动规律图.对比分析了不同年份不同上游径流对磨刀门水道盐水上溯运动规律的影响. 分析表明, 丰、枯水年不同的上游径流量将改变磨刀门水道盐水入侵的上溯距离和上溯速度的快慢, 造成程度不同的咸潮灾害. 磨刀门水道中盐水运动的半月及日周期性变化规律不受上游径流的影响,均为小潮期间盐水逐步上溯, 大潮期间盐水逐步退出. 上游径流量的大小只影响磨刀门水道盐水上溯运动的速度和距离远近, 不改变磨刀门水道中盐水上溯运动的半月周期规律.

2010, 42(6): 1098-1103. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-505

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波动数值模拟的一种显式方法——二维波动

刘恒廖振鹏

将一维波动时域数值模拟的一种显式方法推广到二维,导出了二维非规则网格的节点递推公式.针对均匀正方形网格详细论述了时空精度皆为2M阶(M为正整数)的稳定递推公式的构建方法,并以构建二阶(M = 1)和四阶(M = 2)公式为例予以说明. 最后,通过算例检验了本文研究结果,特别是说明了高阶公式对提高计算效率的价值.

2010, 42(6): 1104-1116. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2008-590

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FAE炸药跌落撞击安全性数值分析

王仲琦武建国白春华李建平

提出了冲击载荷作用下燃料空气炸药(FAE)的三相混合物材料模型. 在模型中, FAE炸药被模型化为具有一定的微观结构, 其液体组分及气体组分填充于金属固相颗粒互相搭结构成的骨架孔洞内. 另外, 材料模型中引入了气体的绝热压缩模型, 使得整个模型可以给出在冲击加载条件下FAE炸药中各组分的应力状态及温度场, 从而为合理地判定FAE装药的安全性提供了条件. FAE三相混合物材料模型作为用户自定义子程序嵌入到动力学程序AUTODYN中. 最后, 应用FAE炸药材料模型对某FAE战斗部从20\,m高处垂直跌落至钢质地板的撞击过程进行了数值模拟. 基于FAE装药在这种跌落撞击过程中的应力和温度状态,对其安全性进行了评价.

2010, 42(6): 1117-1124. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-463

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3种点阵金属三明治板的抗侵彻性能模拟分析

倪长也金峰卢天健李裕春

对3种不同的点阵金属芯体三明治板受钢质弹丸侵彻作用下的抗侵彻性能进行了有限元模拟研究, 包括空心金字塔三明治板、嵌入陶瓷柱金字塔三明治板和注入环氧树脂陶瓷金字塔三明治板. 随着结构、材料复杂性的递增, 以期望从中得出各子结构、各材料在三明治板抗侵彻过程中的吸能表现. 弹丸作用于板的入射速度及出射速度也是关注的重要参数, 用以量化确定三明治结构各组分对弹丸的弹道极限和抗侵彻能力的影响. 研究表明, 陶瓷材料因其具有高强度和高硬度等特点, 可以显著提高金属三明治板结构的抗侵彻能力; 环氧树脂材料可使离散的板结构保持整体性, 在三明治板受侵彻作用时, 吸收大量能量, 从而实现大幅提高结构的抗侵彻性能的目的; 因其材料/结构的完备性, 注入环氧树脂陶瓷金字塔三明治板具有最高的弹道极限速度, 抗侵彻能力也最强.

2010, 42(6): 1125-1137. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-400

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多孔材料冲击特性的数值研究

许爱国张广财应阳君朱建士

使用物质点方法对多孔材料的冲击响应过程进行模拟研究.重点考察了孔隙度、冲击波强度和空隙平均大小对波后物质状态参量的影响,计算了局域旋度和散度随时间的演化及其涨落. 研究表明,在孔隙度较低时, 波后系统可以达到一个近似动力学平稳态,下游区域的空隙反射回的稀疏波使得物理量随时间轻微振荡.在孔隙度较大时, 波后物质不易被压实, 冲击波的衰减明显.在孔隙度一定的前提下, 更大的平均空隙导致波后系统温度的进一步提高.冲击波的衰减速率依赖于孔隙度、平均空隙大小和冲击波强度.局部湍流和体积耗散是非均匀材料中机械能转化为热能的重要机制;加载的冲击波越强, 材料的多孔特征越显著.压强、密度、温度、粒子速度趋于或远离平衡的节奏并不同步.

2010, 42(6): 1138-1148. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-464

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W-Ni-Fe合金静动态力学性能及数值模拟研究

宋卫东刘海燕宁建国

采用MTS材料实验机和旋转盘式间接杆--杆型冲击拉伸试验装置对质量百分数为91%的钨合金材料力学性能进行了研究. 基于试验结果, 建立了具有钨合金典型细观结构的单胞有限元模型, 采用不动点迭代方法给出了该有限元模型的真实位移条件, 分析了不同颗粒度形状以及钨颗粒体积含量等细观参量对钨合金材料在不同载荷作用下力学性能的影响, 给出了钨合金材料在不同载荷作用下的应力--应变曲线, 并与试验结果进行了对比, 二者具有较好的一致性. 通过数值模拟发现不同颗粒度的钨合金材料均为应变率敏感材料; 钨颗粒长径比对材料力学性能的影响不大; 随着钨颗粒质量分数的增加, 钨合金材料的屈服应力有所提高.

2010, 42(6): 1149-1155. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-461

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界面曲率对空化的演变及结构载荷的影响

刘铁钢谢文锋王成冯仁忠

研究了近体水下爆炸中结构表面外形的变化对空化的形成、演变及结构载荷的影响.为了真实地考虑流体与固体的非线性相互作用,近期发展的流--固耦合多介质Riemann问题技术和修正的虚拟介质方法被推广应用于处理流体与固体的相互作用中.研究发现, 凹的表面设计不但可以导致爆炸冲击波局部汇聚和强化,而且随后可以强化空化破裂所造成的冲击, 研究进一步发现,这种强化作用还是非线性的, 随曲率的增加而非线性增强; 相反地,凸的表面设计可以减低爆炸冲击波冲击,而且可以弱化空化的产生,但其影响是非常有限的.

2010, 42(6): 1156-1163. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-460

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皮质骨断裂力学行为的实验研究

安兵兵李凯张东升

采用稳态裂纹扩展和疲劳裂纹扩展的实验, 研究了牛皮质骨横向和纵向裂纹扩展的断裂力学行为. 沿着两个方向制备了紧凑拉伸(CT)试件. 由于试件尺寸的限制,采用数值计算方法确定了裂纹尖端应力强度因子与裂纹长度的关系. 在实验中, 采用数字图像相关法精确测定裂纹尖端的位置. 由于裂纹沿横向扩展时有较大的偏斜, 将采用$J$积分测量其断裂韧性. 实验结果表明, 在裂纹扩展的一定范围内, 皮质骨的断裂韧度随着裂纹不断扩展而增大, 即表现出上升的阻力曲线(R-curve)性质.而皮质骨的横向裂纹扩展的断裂韧度要远远大于纵向裂纹扩展的断裂韧度, 表现出各向异性的阻力曲线行为. 在疲劳裂纹扩展中, 纵向疲劳裂纹扩展率要大于横向疲劳裂纹扩展率, 这说明皮质骨具有各向异性的疲劳裂纹扩展性质.

2010, 42(6): 1164-1171. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-604

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夹层FGM圆柱壳在扭转载荷作用下的弹性稳定性

李世荣王爽

采用半解析方法研究了两端简支的功能梯度夹层圆柱壳在端部扭转载荷作用下的弹性稳定性.考虑圆柱壳的里外表层为均匀材料,中间层为材料性质沿厚度方向连续变化的功能梯度材料,并且在界面处的材料性质保持连续. 基于Flügge薄壳理论,建立了位移形式的结构静态屈曲控制方程.根据边界条件将位移表示为三角级数形式,获得包含柱壳端部扭转载荷参数的近似线性代数特征值问题,并通过数值方法求得了表征结构失稳特征的临界载荷. 数值结果表明,临界载荷随着半径与厚度比的增加而减小,随着功能梯度中间层的弹性模量的平均值的增加而增加.

2010, 42(6): 1172-1179. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-425

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用变形和分解原理求混凝土板的受拉薄膜效应

董毓利

利用变形梯度直和分解,提出了基于能量原理计算钢筋混凝土板大变形时极限承载力方法,该方法考虑了薄膜效应影响并与传统塑性铰线理论相统一,既适用于矩形板和方形板, 也适用于各向同性配筋和各向异性配筋的板,认为薄膜效应主要是由于塑性铰线处钢筋的伸长耗能造成的,该方法还可以解释同样挠度下方形板比矩形板早破坏和同样配筋时在矩形板短跨方向钢筋断裂的试验现象.计算结果与试验具有很好的一致性.

2010, 42(6): 1180-1187. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-533

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广义双重抗侧力结构体系的统一位移计算理论

郭猛姚谦峰

在广义概念上将建筑结构视为由同时考虑弯曲变形、剪切变形的两种子结构组成的双重抗侧力结构体系, 提出弹性阶段广义双重结构水平位移的统一的计算方法. 子结构单独承受水平外载荷时其内力与变形的关系服从Timoshenko剪切梁基本理论, 在子结构协同工作的基础上, 采用水平变形连续化的计算方法, 建立了广义双重抗侧力结构体系的统一位移微分方程, 以结构承受均布载荷作用为例推导出两个子结构的弯曲变形、剪切变形及结构总水平位移的通用解析表达式. 对框架-剪力墙结构与广义双重结构的位移微分方程式、微分方程特解、水平位移解析解进行了全面对比分析, 证明了框架-剪力墙结构是隶属于广义双重结构体系的一种具体表现形式; 算例分析表明, 对于一般中高层双重抗侧力结构, 采用解析法计算所得的位移结果能够满足一般工程设计的精度要求.

2010, 42(6): 1188-1196. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2010-029

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基于绝对节点坐标的多柔体系统动力学高效计算方法

刘铖田强胡海岩

绝对节点坐标法已经被广泛应用于柔性多体系统的动力学研究之中, 但是其计算效率问题尚未得到很好的解决. 基于绝对节点坐标方法计算弹性力及其对广义坐标的偏导数矩阵(Jacobi矩阵), 通常是基于第二类Piola-Kirchhoff应力张量来完成, 计算效率不高.根据虚功原理并采用第一类Piola-Kirchhoff应力张量的方法直接推导得到了弹性力及其Jacobi矩阵的解析表达式. 基于不同方法所得的数值算例结果对比研究表明, 该方法可使计算效率大大提高.

2010, 42(6): 1197-1205. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-543

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水下超音速气体射流胀鼓和回击的关联性研究

施红辉郭强王超王晓刚章利特董若凌贾会霞

阐述了水下超音速气体射流的实验研究结果. 用高速摄影仪实时记录了水下超音速气体射流喷射的状态, 清晰地演示了射流气体在上中游流域的演化过程. 具体分析了水下高速气体射流的动态不稳定性形貌, 并从实时记录的射流照片中统计测量出了胀鼓和回击随机频率.结果发现, 胀鼓频率越大, 回击频率越大; 胀鼓频率随着喷嘴的驻室压力与出口背压的比值增大而增大. 通过胀鼓与回击事件前后实验数据的对比分析表明其二者之间存在相关性: 胀鼓和回击均由射流内部压力振荡引发并且存在一定的随机性; 胀鼓是回击前的能量积聚一个前征和表现, 当胀鼓的振荡即能量积聚到一定程度后, 引发回击.

2010, 42(6): 1206-1210. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-328

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金属泡沫填充薄壁圆管的轴压载荷-位移关系

卢子兴赵亚斌陈伟谢若泽

将泡沫填充圆管的能量吸收视为泡沫与圆管两者之和, 基于包含偏心率效应的直链塑性铰模型和Reddy等对Alexander模型的改进结果, 对圆管的变形模式进行了更改, 以此来反映管壁与金属泡沫之间的相互作用效应, 导出了金属泡沫填充圆管的静、动态轴向平均压溃力的表达式. 通过理论预测与实验的对比, 发现理论预测偏低, 但与实验曲线的趋势保持一致, 比空管与金属泡沫的平均载荷之和略高一些. 此外, 泡沫填充圆管的平均压溃力随填充泡沫平台应力的增大而呈线性增加, 与已有研究结果及实际情况一致, 由此表明了模型的合理性.

2010, 42(6): 1211-1218. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-190

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压电体中孔边III型界面裂纹的动应力强度因子

宋天舒李冬

采用Green函数法研究界面上含圆孔边界径向有限长度裂纹的两半无限压电材料对SH波的散射和裂纹尖端动应力强度因子问题.首先构造出具有半圆型凹陷半空间的位移Green函数和电场Green函数,然后采用裂纹``切割''方法构造孔边裂纹,并根据契合思想和界面上的连接条件建立起求解问题的定解积分方程. 最后作为算例,给出了孔边界面裂纹尖端动应力强度因子的计算结果图并进行了讨论.

2010, 42(6): 1219-1224. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-555

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一种新的多轴高周疲劳寿命预测模型

张成成姚卫星

分析和讨论3种典型载荷(单轴拉压、纯扭及90^\circ非比例)情况下的5组损伤控制参数,提出了一种以临界面上最大剪切应力幅和最大法向应力的非线性组合作为损伤控制参数的多轴高周疲劳寿命预测模型, 该模型考虑了平均应力对疲劳寿命的影响, 比现有的疲劳预测模型具有更宽的金属材料适用范围. 两种不同类型材料下的多轴非比例试验的预测结果表明,模型的预测结果与试验符合较好.

2010, 42(6): 1225-1230. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-655

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巴西圆盘试样中心斜裂纹疲劳扩展轨迹的边界元模拟

闫相桥刘宝良胡照会

提出了一个平面弹性体多裂纹疲劳扩展模型. 它主要涉及到复合型加载情况下多裂纹尖端疲劳扩展的数学模型及杂交位移不连续法(一种边界元法). 在数值模拟中, 对每一裂纹扩展增量分析时,在其先前的边界上增添裂纹扩展增量, 且只对新增添的裂纹扩展增量划分单元, 同时, 按照这种边界元法的实施方法对一些单元特征进行调整, 就可以方便地模拟裂纹扩展. 用这种数值方法模拟了巴西圆盘试样中心斜裂纹疲劳扩展轨迹,数值结果说明了预报模型的有效性, 揭示了裂纹体几何对疲劳扩展的影响.

2010, 42(6): 1231-1236. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-602

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基于视线运动模型的椭圆轨道交会最优控制

沈昱恒侯明善

针对航天器自主交会对接实际存在的接近方位角约束, 在视线坐标系内讨论了椭圆轨道最优交会控制设计问题. 根据椭圆轨道视线动力学模型具有时变非线性的特点, 分别采用状态相关Riccati方程(state-dependent riccati equation, SDRE)方法和\theta-D方法进行了最优交会控制器设计. 考虑到实际施加的控制力沿原轨道坐标系各轴向更易于实现, 结合SDRE方法中系统输入矩阵可与系统状态量相关, 进而设计了控制力沿轨道坐标系轴向的最优交会控制器. 数值仿真表明: 两种方法均实现了带有方位角约束的交会; \theta-D控制算法计算效率更高, 而SDRE控制算法精度较高, 且可以实现控制力沿轨道坐标系各轴定向施加.

2010, 42(6): 1237-1243. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-751

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鲤鱼尾鳍实时三维姿态测量及运动特性分析

蒋明何小元

为了实现鱼鳍三维运动特性的精确测量, 研究尾鳍的动态瞬时特性, 定量分析其连续变化过程, 建立了基于栅线投影和高速摄像的测量系统和与之对应的分析方法. 以自主游动的鲤鱼为实验对象, 将一组正弦光栅投射在其尾鳍表面, 产生包含三维信息的光栅条纹并由高速摄像机实时采集尾鳍摆动过程的序列图像; 对其中的每一帧图像作二维傅里叶变换、频谱滤波、逆傅里叶变换及三维位相展开等处理后, 重建尾鳍的瞬时三维形态, 再现尾鳍的连续运动过程; 据此测量结果分析研究尾鳍的运动特征及运动学参数. 结果表明, 鲤鱼游速为0.5L/s时, 尾鳍的摆动频率为1.42Hz; 鲤鱼巡游过程中尾鳍的主要运动为侧向摆动, 尾鳍的形状周期性地循环外展和内收, 且尾鳍上叶叶尖的平均摆幅比尾鳍下叶叶尖的平均摆幅约大15.6%.

2010, 42(6): 1244-1249. doi: 10.6052/0459-1879-2010-6-lxxb2009-632

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