力学

涂层/基体材料界面结合强度测量方法的现状与展望

杨班权，陈光南，张坤，等

力学

涂层/基体材料界面结合强度测量方法的现状与展望

杨班权，陈光南，张坤，等

界面结合强度是涂层/基体材料体系中的一项重要力学性能指标.而表征与评价涂层/基体材料的界面结合强度又得依靠实验方法的测定.由于涂层/基体材料体系的多样性与复杂性，至今还没有形成适合于测量这类材料的界面结合强度的标准方法.目前，常用来测量涂层/基体材料的界面结合强度的方法有：拉伸法、剪切法、弯曲法、划痕法、压入法等.该文就目前表征与评价涂层/基体材料界面结合强度的测量方法做了综述，讨论了它们的适用范围，比较了它们的优势与不足.

涂层/基体材料；界面结合强度；测量方法

来源出版物：力学进展，2007，37（1）: 67-79入选年份：2012

动态载荷下剪切变形局部化、微结构演化与剪切断裂研究进展

徐永波，白以龙

总结和评述了近年来金属与合金变形局部化的形成、微结构演化与剪切断裂方面作者和相关的研究工作成果.材料包括低碳钢，SS304不锈钢，Fe-15%Ni-15%Cr单晶，Al-Li合金，α-Ti和Ti-6Al-4V，Al/SICP复合材料等.综述内容主要包括：采用改进的HOPKINSON扭杆装置，对剪切变形局部化形成、发展和演化过程进行了实验观察与数值模拟；采用“侧剖”与“对接”等定点方法制备电子显微镜薄膜试样，对剪切带内相变与再结晶、非晶转变、旋涡结构等动态变形现象，以及与宏观动态力学行为对应的位错胞的形成、发展和坍塌等微结构特征进行了观测；提出了应变和应变率同时作为剪切带形成的两个必要条件的直接实验证据；在剪切带内发现了α''-马氏体相变现象，以及相变产物与母体之间的晶体学关系；通过位错单滑移或交滑移等微观剪切最后发展成为宏观剪切的机制；对剪切带内再结晶结构的观测和对再结晶动力学本构关系的定量描述；对剪切带特别是“白色”腐蚀带（或相变带）的形成机制的分析和新的解释，指出“白色”是带内亚结构取向趋于一致，其在光学或扫描显微镜下很难辨认这些亚结构的取向差所致，并非表明剪切带内一定发生了相变；通过截断实验和实时跟踪观测发现，剪切带内微裂纹的萌生与聚合是材料承载能力骤然下降并导致最后断裂的主控因素.此外，该文对近年来在准静态和循环加载下材料的局部化形变与剪切断裂的实验结果予以简要评述，指出其微观机制与动态载荷下的截然不同，是由位错的平面滑移所控制的，与热效应无关的等温变形.

动态载荷；剪切变形局部化；微结构演化；相变与再结晶；非晶化；位错平面滑移

来源出版物：力学进展，2007，37（4）: 496-516入选年份：2012

超越摄动：同伦分析方法基本思想及其应用

廖世俊

介绍一种新的、求解强非线性问题解析近似的一般方法——同伦分析方法.该方法从根本上克服了摄动理论对小参数的过分依赖，其有效性与所研究的非线性问题是否含有小参数无关，因此，适用范围广.此外，不同于所有其他解析近似方法，同伦分析方法提供了一个简单的途径，确保所得到的级数解收敛，从而获得足够精确的解析近似.而且，不同于所有其他解析近似方法，同伦分析方法（HAM）提供了选取基函数之自由，从而可以选择较好的基函数，更有效地逼近问题的解.同伦分析方法为非线性问题的解析近似求解提供了一个全新的思路，为非线性问题（特别是不含小参数的强非线性问题）的求解开辟了一个全新的途径.简要描述同伦分析方法的基本思想，其在非线性力学、物理、化学、生物、金融、工程和计算数学等领域的应用举例，以及与摄动方法、LYAPUNOV人工小参数法、δ展开法、ADOMIAN分解法、同伦摄动方法之区别和联系.

非线性方程；解析近似；无穷级数；同伦分析方法；HAM

来源出版物：力学进展，2008，38（1）: 1-34入选年份：2012

添加剂湍流减阻流动与换热研究综述

焦利芳，李凤臣

添加剂湍流减阻是指在液体的管道湍流中添加少量的高分子聚合物或某种表面活性剂从而使湍流阻力大大降低的现象.从其被发现至今，经过近半个世纪的研究（实验研究、理论分析、数值模拟和实际系统的应用研究），尽管对这一现象及其实际应用价值已有了较为深入的认识，但仍有许多方面尚有欠缺，例如对湍流减阻的机理仍然在探索中.该文归纳评述了高分子聚合物或表面活性剂添加剂湍流减阻流动与换热现象的研究现状，从湍流减阻剂的特性、减阻剂的湍流减阻机理、湍流减阻发生时的换热机理、减阻流动速度场分布和换热控制等几个方面综述了添加剂湍流减阻流动与换热特性，并综述了湍流减阻剂在实际工业系统中的应用情况，在对添加剂湍流减阻机理、有湍流减阻发生时的对流换热机理等的理解方面进行了新的总结.

高分子聚合物；表面活性剂；湍流减阻；对流换热；节能

来源出版物：力学进展，2008，38（3）: 339-357入选年份：2012

航天器动力学与控制大研究进展与展望

黄文虎，曹登庆，韩增尧

开展航天器动力学与控制的研究在航天技术的发展中起到举足轻重的作用，其目的在于发展有效的方法促使航天器在各阶段平稳可靠地运行.航天器技术发展迅速，其形式日趋多样化，功能与构造日趋复杂，已经向大型空间站、微小卫星、深空探测等方向发展.航天器结构表现出多耦合、非线性、极端外界环境，以及大尺度柔性结构等特征，由此激发起航天器动力学与控制领域各方向的深入研究.航天器动力学与控制的研究方法覆盖理论分析、数值仿真，以及实验模拟等诸多方面，研究内容十分丰富.本文概括介绍了近年来航天器动力学与控制研究方面的发展状况，综述了跨航天器动力学与控制、航天器系统级动力学与振动控制、航天器部件级动力学与振动控制等航天领域中的若干基础问题.内容主要集中于航天领域中不同应用范围、不同层次结构的航天器动力学模型的建立和动力学响应与振动控制的研究方法及已取得的成果.最后，提出了该领域中值得进一步考虑的科学问题及未来的发展方向.

航天器；动力学特性；耦合；柔性；非线性

来源出版物：力学进展，2012，42（4）: 37-394入选年份：2012

新型复合材料点阵结构的研究进展

吴林志

复合材料点阵结构是一种具有轻质、高比强、高比刚以及多功能潜力的新型结构材料，近几年受到国外学者的极大关注，是新一代结构材料一体化的理想结构材料.复合材料点阵结构的发展是一个渐进的过程，纤维增强复合材料在夹芯结构中的应用已由部分向整体过渡.纤维增强复合材料相对金属材料具有更高的比强度和比刚度，而且可设计性优势更加明显，采用复合材料制备成型的点阵结构表现出更加优越的力学和多功能优势.各种制备技术的提出，使得复合材料点阵结构的发展取得重要进展，为今后应用和深入研究打下坚实的基础.

在拓扑构型设计和制备工艺方面，首先对Z向增强泡沫夹芯结构进行简单概述，具体包括缝纫泡沫夹芯结构、Z-Pin增强泡沫夹芯结构和三维中空夹芯结构形式.在此基础上，指出复合材料点阵结构出现之前夹芯结构领域的发展现状，由此引出复合材料点阵结构的概念，介绍了直柱型、斜柱型、金字塔型、四面体型、Kagome型和编织芯子点阵结构等多种形式.然后，简要概述了复合材料格栅结构和多层级点阵等其他特殊构型的夹芯结构.

在力学性能及失效模式方面，人们通过缝纫、Z-pin增强、三维编织等手段来改善面芯间的界面性能，进而提高结构的整体强度和刚度.对于纤维增强复合材料点阵结构，国内外学者对其做了广泛的研究和概述，在此主要概述其平压、剪切、侧压、弯曲、冲击力学性能及失效模式，建立了预报复合材料点阵结构力学性能的理论及数值模型.为了便于读者了解整体内容，我们采用了图表综述的方式直观描述.汇总了目前复合材料点阵结构性能指标，给出了修正之后的强度-密度表.

最后，本文对复合材料点阵结构可能应用的领域进行预测，复合材料点阵结构除了具有高的比强度、比刚度外，其内部开放的空间为结构/功能一体化提供了理想的结构平台，同时也为部分替代传统的蜂窝或泡沫夹芯复合材料结构提供了技术支持.复合材料点阵结构独特的轻质特性及多功能性等优势将使得其在轨道交通、航海、航空、航天等领域拥有很大的应用潜力.在复合材料点阵结构设计/制备/表征/评价/应用方面，我们系统总结了目前复合材料点阵结构已完成和未开展的研究工作.从总体上看该方向依然处在基础研究阶段，同时指出了该结构未来的发展方向.

复合材料点阵结构；制备工艺；力学性能；轻质；夹芯结构

来源出版物：力学进展，2012，42（1）:入选年份：2012

基于CFD的气动力建模及其在气动弹性中的应用

张伟伟，叶正寅

CFD技术为带有气动力非线性的气动弹性分析提供了一种研究途径，但是基于CFD的气动弹性直接数值模拟方法的计算量很大，不便开展定性分析和参数设计.基于 CFD的非定常气动力模型的降阶技术为缓解计算效率与计算精度之间的矛盾以及系统的复杂性与易分析、易设计性之间的矛盾提供了行之有效的技术途径.综述了近年来发展的两类基于 CFD技术的非定常气动力降阶技术和一种非线性气动力的谐波平衡方法，以及这些方法在非线性气动弹性研究中的运用.对比了各种方法的优越性并作了进一步的展望.

非定常气动力模型；非线性气动弹性；CFD；ROM

来源出版物：力学进展，2008，38（1）: 77-86入选年份：2013

土木工程结构健康监测系统的研究状况与进展

李宏男，高东伟，伊廷华

土木工程结构健康监测的研究是近年来国际学术研究的热点问题之一，涉及许多不同的研究领域，如数据采集系统、信号处理、结构分析等.阐述了实施土木工程结构健康监测的必要性和迫切性，介绍了结构健康监测系统的概念、组成及其应用，分析研究了结构健康监测系统的各个子系统的功能、特点和实现方法，重点讨论了实现各子系统的理论、方法和存在的若干力学问题，论述了结构健康监测在国内外土木工程领域的应用状况，最后对结构健康监测领域的几个重要问题做了展望.

土木工程结构；健康监测；监测系统；损伤诊断；安全性评估

来源出版物：力学进展，2008，38（2）: 151-166入选年份：2013

层状盐岩力学特性研究进展

杨春和，李银平，屈丹安，等

盐岩具有孔隙度低，渗透率小，损伤自恢复和塑性变形能力大等特性.该文着眼于深部盐岩能源地下储备，在简要介绍国内外盐岩力学特性研究现状基础上，着重综述了近期关于层状沉积型盐岩工程力学特性研究的进展.层状盐岩压缩试验表明泥质硬石膏夹层对盐岩体的变形和破坏特性有明显的影响，揭示了复合岩体的变形和破坏机制；层状盐岩流变试验表明层状盐岩的蠕变主要由盐岩层控制，硬央层的存在对溶腔围岩的长期蠕变起到抑制作用；为了深入了解界面的力学特性，开展了层状盐岩直接剪切试验、间接拉伸试验和界面微观分析试验，试验表明层状盐岩体中盐岩央层界面具有较强的黏结力，这十分有利于盐岩溶腔的密闭性和稳定性；针对特殊的层状岩体提出了复合岩体 COSSERAT介质扩展本构模型，并应用于层状盐岩构造中能源储库稳定性分析中.最后指出了层状盐岩工程力学特性研究中值得关注的几个重点研究方向.

层状盐岩；能源地下储存；压缩试验；直接剪切试验；界面；本构关系

来源出版物：力学进展，2008，38（4）: 484-494入选年份：2013

机械系统中摩擦模型的研究进展

刘丽兰，刘宏昭，吴子英，等

摩擦现象在机械系统中的作用日益突出，合理地解决机械系统中摩擦环节尤其是非线性摩擦环节的制约问题已成为当前研究的重点.由于摩擦的复杂性，很难从机理上获得其准确唯一的数学模型，迄今已提出的摩擦模型有数十种.鉴于目前机械系统中摩擦建模的发展状况，首先描述了几种重要的摩擦现象，如库仑摩擦、黏性摩擦、STRIBECK效应、预滑动摩擦、可变的静态摩擦力和摩擦记忆效应等.其次，系统地介绍了几种较为重要的、常用的摩擦模型，包括6种静态摩擦模型和7种动态摩擦模型，并对每一种模型的构成，特点和适用范围等进行了较为详细地论述.比较而言，静态摩擦模型结构简单，参数辨识容易，但是无法描述摩擦的动态特性，动态摩擦模型能够比较全面的描述摩擦现象，但结构复杂，参数辨识难度较大.再次，简要概述了摩擦建模对机械系统动力学行为的影响，以及在高精度定位系统的控制中的作用.最后，针对当前机械系统中摩擦建模方面存在的一些不足提出了几点展望.为今后摩擦模型的选用和新摩擦模型的建立提供了参考.

摩擦；静态摩擦模型；动态摩擦模型；机械系统；控制

来源出版物：力学进展，2008，38（2）: 201-213入选年份：2013

流体流动的边界滑移问题研究进展

吴承伟，马国军，周平

最近十几年来，随着现代微/纳米测试以及分子动力学模拟技术的出现和发展，流体流动的边界滑移问题研究获得了突飞猛进的发展.边界滑移相关研究大体可分为3个方面：实验、分子动力学模拟和理论数值分析，前两者主要以发现边界滑移现象、探索边界滑移的产生机理以及各因素对边界滑移的影响规律为主要研究目的，而后者主要研究边界滑移的物理模型、相关问题的计算方法以及边界滑移对流体系统流体动力学行为的影响.该文首先简要回顾了液体流动的边界滑移及其相关问题的早期研究历史，随后对边界滑移问题的研究现状进行了综述，最后展望了该领域今后的研究重点及其应用前景.

边界滑移；流体动力学；微/纳米；滑移长度；极限剪应力

来源出版物：力学进展，2008，38（3）: 265-282入选年份：2013

网络科学中统一混合理论模型的若干研究进展

方锦清，李永

复杂网络的理论模型研究一直是网络科学的最重要课题之一.首先概述网络科学理论发展史上的3个里程碑以及有权演化网络的发展概况.为了全面反映确定性与随机性混合的真实世界的统一性、多样性和复杂性，使网络理论模型更加接近实际网络的全面特性，着重评述近年来发展的统一混合网络理论模型的3部曲:和谐混合择优模型、统一混合网络模型和统一混合变速增长网络模型，总结和评述了混合理论模型3部曲的不同特点和相互联系，揭示了统一混合网络的复杂性与普适性及其错综复杂的转变关系.最后指出，该理论在多层次高科技网络等实际网络中的应用前景.

网络科学；统一混合网络理论模型3部曲；复杂性；普适性；小世界；无标度

来源出版物：力学进展，2008，38（6）: 663-678入选年份：2013

无网格法的理论及应用

张雄，刘岩，马上

详细论述了近年来迅速发腱的无网格法的理论基础及其在各个领域内的应用.无网格法网格依赖性弱，避免了传统的有限元、边界元等基于网格的数值方法中可能出现的网格畸变和扭曲，在一些有限元、边界元等方法难以较好处理的领域体现出独特的优势.以加权余量法为主线归纳了已有的 30多种无网格法，各类无网格法的主要区别在于使用了不同的加权余量法和近似函数.详尽介绍了各种无网格近似方案（包括移动最小二乘近似、核近似和重构核近似、单位分解近似、径向皋函数近似、点插值近似、自然邻接点插值近似等）和无网格法中常用的各类加权余量法（伽辽金格式、配点格式、局部弱形式、加权最小二乘格式和边界积分格式等），并讨论了数值积分方法和边界条件的处理等问题.在此基础上较系统地总结了无网格法在冲击爆炸、裂纹传播、超大变形、结构优化、流崮耦合、生物力学和微纳米力学等领域的应用，展示了无网格法相对于传统数值方法的优势.

无网格法；无单元法；高速冲击；裂纹扩展；大变形

来源出版物：力学进展，2009，39（1）: 1-36入选年份：2013

颗粒流动力学及其离散模型评述

孙其诚，王光谦

颗粒流是由众多颗粒组成的具有内在相互作用的非经典介质流动.自然界常见颗粒流都是密集流，颗粒间接触形成力链，诸多力链相互交接构成支撑整个颗粒流重量和外载荷的网络，其局部构型及强度在外载荷下演化，是颗粒流摩擦特性和接触应力的来源.该文介绍球形颗粒间无粘连作用时的HERTZ法向接触理论和MINDLIN-DERESIEWICZ切向接触理论.CAMPBELL依据是否生成较为稳定的力链把颗粒流分为弹性流和惯性流两大类，其中弹性一准静态流和惯性-碰撞流分别对应准静态流和快速流，作为两种极端流动情况通常处理成连续体，分别采用摩擦塑性模型和动理论予以描述，但是表征接触力链的颗粒弹性参数并不出现这两个模型和理论框架中，如何进一步考虑颗粒弹性参数将非常困难.目前离散动力学方法逐渐成为复现其复杂颗粒流动现象、提取实验不可能获得的内部流动信息进而综合起来探索颗粒流问题的一种有效工具，其真实性强于连续介质理论的描述.软球模型对颗粒间接触力简化处理，忽略了切向接触力对法向接触力及其加载历史的依赖，带来了法向和切向刚度系数如何标度等更艰难的物理问题，但由于计算强度小而广泛应用于工程问题中.硬球模型不考虑颗粒接触变形，因而不能描述颗粒流内在接触应变等物理机理，仅适用于快速颗粒流，这不仅仅是由于两体碰撞的限制.因此基于颗粒接触力学的离散颗粒动力学模型是崭新的模型，适用于准静态流到快速流整个颗粒流态的模拟，可以细致考虑接触形变及接触力的细节，建立更为合理的颗粒流本构关系，进而有力的促进颗粒流这一非经典介质流动的研究.

颗粒流；接触力学；力链；离散元；软球模型；硬球模型

来源出版物：力学进展，2008，38（1）: 87-100入选年份：2013

城市大气环境的大涡模拟研究进展

崔桂香，张兆顺，许春晓，等

本文回顾城市大气污染扩散的研究实践与进展，介绍城市大气环境流动的特点和用现代计算流体力学手段开展城市大气环境的大涡模拟研究方法，包括：数学模型，控制方程、亚网格湍流模式、定解条件及其数值方法.其中，重点介绍中尺度到微尺度的耦合模型与适用于复杂城市下垫面（满足大涡模拟分辨率要求且计算量较小）的组合模型；并给出实际算例和结果分析，包括准确度的统计估算和湍流特性等.最后，讨论城市大气环境数值模拟方法进一步改进的方向和城市大气环境流动与污染物扩散数值研究应重点关注的几个问题.

城市大气环境；大涡模拟；多尺度耦合；下垫面模型

来源出版物：力学进展，2013，43（4）: 295-328入选年份：2013

空间激光干涉引力波探测

罗子人，白姗，边星，等

为印证广义相对论和开拓引力波天文学窗口，引力波探测是当前国际研究热点.本文围绕空间激光干涉引力波探测，对其科学意义、发展状况、关键技术等进行了回顾.与地面激光干涉引力波探测相比，空间探测的工作频段更低，从104～10 Hz，在工作距离为百万公里量级上，预计能探测到双致密星系统、超大质量比双黑洞绕转系统、中等质量比双黑洞绕转系统，以及星系合并引起的超大质量黑洞并合等波源.为此，测距精度须达到皮米的量级，并且保证测距技术有效工作的无拖曳航天技术亦有很高的要求.本文以欧洲的空间激光引力波探测计划为例，主要对上述两项技术进行分析和阐述，并展望了空间引力波探测在我国的发展趋势和前景.

引力波探测；激光干涉测距系统；无拖曳航天技术；惯性传感器；微推进器；引力波天文学

来源出版物：力学进展，2013，43（4）: 415-447入选年份：2013