文章导读

研究综述

三体轨道动力学研究进展(1223-1245,doi:10.6052/0459-1879-20-367)

李翔宇,乔栋,程潏

三体系统轨道动力学问题是航天动力学领域中的经典问题,具有丰富的理论与工程意义.本文以当前与未来的深空探测任务为背景,从三体问题的动力学模型及特性、三体系统内周期运动及转移轨道、三体系统轨道动力学应用等三方面回顾了三体系统轨道动力学相关研究进展并总结了难点与挑战,期待对中国未来深空探测任务提供参考.

流体力学

反射激波作用下三维凹气柱界面演化的数值研究(1246-1256,doi:10.6052/0459-1879-21-042)

崔竹轩,丁举春,司廷

本文通过数值模拟研究了反射激波作用下二维气柱和三维凹气柱的演化,考察了不同反射距离对界面特征尺寸变化的影响规律.研究表明,反射距离决定着反射激波作用气柱时的激波和气柱形态,从而影响斜压涡量的生成和分布,进而改变气柱的不稳定性演化过程.三维气柱不同高度截面上斜压涡量分布不同,诱导出了复杂的三维结构.

基于LBM 的壁湍流跨尺度能量传递结构统计(1257-1267,doi:10.6052/0459-1879-20-432)

高铨,邱翔,夏玉显,李家骅,刘宇陆

采用空间滤波方法对壁湍流数据进行滤波,得到表征能量跨尺度输运的物理量能流,结合聚类分析法,分析了能流结构的分布特性、几何特性和结构对的排布趋向,统计结果显示:大尺度结构主要为附面结构,且附面结构在几何上存在一定的自相似性,正反级串对倾向于沿展向并排排列,表明壁湍流能流结构也具有Townsend 所提出的附面涡的自相似性.

空化对叶顶间隙泄漏涡演变特性及特征参数影响的大涡模拟研究(1268-1287,doi:10.6-052/0459-1879-20-415)

程怀玉,季斌,龙新平,槐文信

本文讨论了不同间隙大小对顶间隙泄漏涡(TLV)空化的演变行为的影响规律及其流动机制.结果表明,间隙越大,片空化强度越小,TLV 强度逐渐恢复至无空化时的水平.TLV 空化对涡心处气核分布会产生较为明显的影响.空化发生后,TLV 空化生长引起的膨胀过程以及流动粘性作用会使得TLV 空化区域外围形成“类刚体旋转”的切向速度分布特性.

自由场空泡溃灭过程能量转化机制研究(1288-1301,doi:10.6052/0459-1879-21-006)

韩磊,张敏弟,黄国豪,黄彪

本文综合应用实验与数值模拟方法,深入讨论了自由场空泡溃灭过程中的能量转化机制.本文聚焦于空泡溃灭全过程中各能量,包括空泡势能、流场动能、冲击波能和高压区内各能量在溃灭全过程中的转化方式和转化比例,并分析空泡外围高压区在能量转化过程中起到的作用,探究得到空泡溃灭过程中能量转化机制.

各向异性柔性壁上二维T-S 波演化的数值研究(1302-1312,doi:10.6052/0459-1879-20-460)

洪正,叶正寅

受鸟类羽毛的柔性特征启发,以数值手段研究了各向异性柔性壁面上二维T-S 波的演化特征.结果表明,柔性壁面能够减小甚至消除T-S 波的不稳定增长区间,即抑制T-S 波的幅值增长,因此具有延迟转捩的潜力.柔性壁面的变形除了跟随T-S 波波形之外,还会因前缘引起与T-S 波同频但尺度更大的壁面振动.总体上,壁面柔性越强,对T-S 波的抑制效果越好.

黏弹性液滴热毛细迁移的对流不稳定(1313-1323,doi:10.6052/0459-1879-20-443)

章绍能,胡开鑫

本文采用线性稳定性理论研究了附壁粘弹性液滴在热毛细迁移中的对流不稳定性,得到了不同Prandtl 数(Pr)下的临界Marangoni 数(Mac)与弹性数的函数关系,并分析了临界模态的流场和能量机制.研究发现:流体弹性激发了更多不稳定模态,小Pr的临界模态为斜波和流向波,而中高Pr的临界模态为斜波和展向稳态模态.弱弹性略微增强了流动稳定性,而强弹性使得Mac显著下降.

交变电场作用下单液滴蒸发的分子动力学模拟(1324-1333,doi:10.6052/0459-1879-20-410)

王群,富庆飞

本文基于分子动力学方法研究了交变电场对单水滴在氮气环境下蒸发特性的影响,主要考虑了交变电场幅值和频率对液滴的蒸发寿命和瞬时的蒸发速率的影响.结果表明,相比于匀强电场,交变电场更能够促进液滴的蒸发.在本文中,主要从液滴的能量以及液滴内水分子的排列结构两个方面讨论了交变电场如何影响液滴的蒸发,为液滴蒸发的微观机理和解释提供一定的参考.

固体力学

一种预测颗粒增强复合材料界面力学性能的新方法(1334-1344,doi:10.6052/0459-1879-21-076)

郭晓龙,姚寅,陈少华

本文基于单个氧化锆颗粒填充PDMS 基复合材料试样,提出一种标定界面力学性能的新方法.通过复合材料不同阶段拉伸力学响应实验与数值结果的对比,分别标定了界面法向、切向强度及界面断裂韧性,并验证了标定结果的合理性.本文提出的标定方法简便、易操作、精度高,为定量预测颗粒增强复合材料力学性能提供了关键的界面参数.

高温超导带材超导涂层局部脱黏后的电磁力学行为分析(1345-1354,doi:10.6052/0459-1879-21-043)

杨育梅,李志鹏

本文基于临界态Bean 模型和弹性力学平面应变方法,考虑局部脱黏的YBCO 高温超导带材涂层结构在外部垂直磁场作用下的情形,推导了在外部磁场发生变化时超导薄膜内电流和磁通密度的分布,并详细讨论了局部脱黏的存在,磁场大小的变化及基体材质的变化对超导薄膜中正应力及界面处切应力的大小及分布产生的影响.

考虑晶体滑移面分解正应力的细观损伤模型(1355-1366,doi:10.6052/0459-1879-20-454)

赵伯宇,胡伟平,孟庆春

材料内部的解理、滑移面剥离等细观损伤是引起宏观失效的根源,从细观尺度研究损伤的发生和发展有助于深入认识材料的变形和失效过程.本文基于晶体塑性理论,从滑移系的受力和变形出发研究材料的细观损伤,建立了考虑滑移面分解正应力的细观损伤模型,包括理论框架、数值实现和参数标定,并验证了本文模型的合理性与有效性,为晶体材料解理断裂的分析提供了新方法.

基于统一相场理论的早龄期混凝土化-热-力多场耦合裂缝模拟与抗裂性能预测(1367-1382,doi:10.6052/0459-1879-21-020)

吴建营,陈万昕,黄羽立

提出了混凝土早龄期开裂模拟的化-热-力多场耦合相场内聚裂缝模型.模型融入了基于强度的起裂准则、基于能量的裂缝扩展准则和基于变分原理的裂缝方向判据.模型能够描述热膨胀和自收缩两类相互竞争的混凝土早龄期裂缝演化机制.模型数值计算结果与有限元网格和相场尺度参数无关.

基于近场动力学数值方法的冰-吊舱推进器接触判断研究(1383-1401,doi:10.6052/045-9-1879-21-001)

徐佩,王超,郭春雨,苏玉民,叶礼裕

本文采用近场动力学方法和面元法耦合提出了不同操纵状态的吊舱推进器与冰切削时的接触判断方法,建立了冰-吊舱推进器切削状态的数值计算模型,实现了冰-吊舱推进器切削动态变化过程的数值仿真,获得了吊舱推进器-冰切削过程中冰块的破坏现象和冰载荷变化特性,可为冰区海洋结构冰载荷数值预报技术的发展、冰区吊舱推进器结构的优化设计和运营提供指导.

层状分数阶黏弹性饱和地基与梁共同作用的时效研究(1402-1411,doi:10.6052/0459-18-79-20-447)

艾智勇,王禾,慕金晶

论文研究了层状分数阶黏弹性饱和地基与梁共同作用的时效问题,主要创新点有:(1) 建立了梁与层状分数阶黏弹性地基共同作用时效分析的有限元-边界元耦合方法;(2) 采用分数阶Merchant 模型研究饱和地基流变固结,该模型比整数阶模型更能精确反映地基的时变特征;(3)研究了分数阶次及地基成层性对梁与地基共同作用的影响.

动力学与控制

一种含惯容和接地刚度的动力吸振器参数优化(1412-1422,doi:10.6052/0459-1879-21-058)

隋鹏,申永军,杨绍普

提出了一种含有惯容和接地刚度的新型动力吸振器模型,利用扩展的固定点理论推导出最优设计公式的精确解析解.发现不恰当的惯容系数会导致系统产生失稳现象,进而推导出惯容最佳工作范围.通过与其他类型吸振器对比,证明了该模型能大幅降低主系统振幅,拓宽减振频带.

余维三fold-fold-Hopf 分岔下簇发振荡及其分类(1423-1438,doi:10.6052/0459-1879-21-024)

薛淼,葛亚威,张正娣,毕勤胜

余维三fold-fold-Hopf 分岔意味着动力系统含有丰富的分岔行为和复杂的动力学响应,引入规范型和开折理论可以有效地分析分岔点附近可能存在的分岔和拓扑相图.考虑分岔是非退化的,本文研究了3 次截断形式的规范型及普适开折的动力系统存在的余维一和余维二分岔行为,结合快慢分析法,揭示了该系统存在的簇发振荡类型及其产生机制.

载荷作用位置不确定条件下结构动态稳健性拓扑优化设计(1439-1448,doi:10.6052/045-9-1879-21-009)

王栋

考虑到实际工程结构加载环境的复杂性,开展连续体结构在外激励作用位置不确定情形下的动态稳健性拓扑优化设计.基于敏度分析的方法并结合扰动区间内最大绝对值灵敏度,获得了结构稳健性拓扑优化设计.与确定性优化结果比较发现,有较多的材料聚集在载荷作用点周围,并且构造额外的传力路径,从而有效降低了结构性能对外激励作用点随机扰动的敏感性.

生物、工程及交叉力学

基于仿真和智能算法骨骼肌超弹性本构参数的反演方法研究(1449-1456,doi:10.6052/0-459-1879-21-038)

李洋,桑建兵,敖日汗,马钰,魏新宇

本文利用KNN 模型和SVR 模型结合非线性FEM 确定了可靠的骨骼肌的本构参数范围.首先对骨骼肌在压缩下的变形特性进行了FEM 仿真,得到了变形特性及应力分布规律,建立了名义应力和主伸长之间非线性关系的数据集.其次分别利用KNN模型和SVR 模型并结合单轴压缩实验预测了材料的本构参数.结果表明KNN 模型和SVR 模型预测骨骼肌的本构参数都具有很大的潜力.本文提出的反求方法也可以应用于其他具有超弹性结构的软组织.

滚波演化中聚合过程的数值模拟研究(1457-1470,doi:10.6052/0459-1879-20-459)

陈歆怡,王晓亮,刘青泉,张静

本文建立了自然滚波发展演化的立面二维数值模型,研究了自然滚波发展过程中的聚合现象.自然滚波中滚波为以聚合增长为主要发展模式,滚波聚合过程依次经历后波追赶、爬升、与前波合并、内部流场调制等多个步骤,最终形成一个具有更大波长和波高的滚波.研究还首次发现在三个滚波间距较近的情况下,可能发生二重聚合现象.

考虑表面层厚度不确定的稳健性拓扑优化方法(1471-1479,doi:10.6052/0459-1879-20-419)

李冉,刘书田

本文建立了考虑结构表面层厚度不确定的稳健性拓扑优化模型.建立基于腐蚀的表面层识别技术实现表面层异质层的描述与建模,采用摄动有限元进行不确定性传播分析和随机响应预测.数值算例表明,通过本文方法得到的结构具有更强的抵抗不确定性的能力.因此,在拓扑优化中考虑表面层厚度不确定性对结构性能的影响具有重要意义.

波动数值模拟中的外推型人工边界条件(1480-1495,doi:10.6052/0459-1879-20-408)

邢浩洁,李小军,刘爱文,李鸿晶,周正华,陈苏

本文新提出离散形式和连续形式(即微分方程形式) 两个基本边界公式,通过证明二者的等价性并阐明其与经典的廖氏透射边界、旁轴近似边界、Higdon 边界以及Givoli-Neta,Hagstrom-Warburton,AWWE 辅助变量边界等之间的理论联系,建立一种外推型人工边界条件的理论与公式体系.这两个基本公式是该类边界最简单实用的形式,体现了其精度和稳定性的典型特征.

不同排水条件下非饱和土中柱孔扩张问题的解析分析(1496-1509,doi:10.6052/0459-18-79-20-439)

周凤玺,牟占霖,杨汝贤,张雅森

本文采用统一强度理论,将柱孔周围土体分为弹性区和塑性区,并提出在弹性区遵循小应变理论,在塑性区遵循大应变理论,得到综合考虑中间主应力、吸力、不同排水条件及土体剪胀等影响因素下的非饱和土中柱孔扩张时周围弹塑性区内应力场及应变场分布规律与最大塑性区半径及极限扩孔压力的解析解,通过与已有的饱和及非饱和土中柱孔扩张解答进行退化验证与对比计算以证明解答的有效性.

学报综合信息

从钱学森先生的审稿意见，谈对《力学学报》办刊的启示(1510-1514,doi:10.6052/0459-1879-21-117)

刘俊丽

本文首次发布钱学森主编1961 年给《力学学报》的一份审稿意见,认真解读了钱先生的办刊方针,学术论文评审的基本理念,以及对期刊编辑工作的严格要求.本文还介绍了钱先生审稿意见的时代背景及其产生的效果和影响.作者希望通过回顾这一历史真实过往,重温钱先生针对《力学学报》所提出的办刊思想和推动力学发展的科学精神,回顾《力学学报》发展的传承之路,期望能在新时代的科技期刊办刊实践中,弘扬光大,踏踏实实,走出具有力学特色的办刊之路.