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薛昌明, 唐雪松

2004, 34(2): 145-170. doi: 10.6052/1000-0992-2004-2-J2003-048

摘要(1807)

PDF(1085)

摘要:
纳米技术的出现,使我们有必要更好地了解,在原子水平上材料微结构的变化是如何影响和控制着材料的宏观性能.这一挑战涉及到许多以前不曾考虑和不曾了解的现象.其中,位错理论的基础现在知道是有问题的.宏观尺度下采用的简化假设,也许不能用于微观和纳米尺度.尺度效应的含义,涉及到物理系统的非均质和非平衡特性.宏观尺度下的均匀与平衡特性,在材料的物理尺度减少到微米量级时就不再保持了.这些基本观点不能够为了方便而随意到处使用,因为这会改变预测的结果.更令人不满的是在建立物理模型时缺乏一致性.由此产生的问题是在确定制造过程中的有关参数时无能为力,导致由于成本过高而不切实际的终端产品.先进的复合材料和陶瓷材料就存在这样的问题.本文将要讨论的是在原子尺度与连续介质尺度下应用理论模型时存在的潜在问题,而不是去揭示自然的真相.主要讨论微粒,均匀连续介质或者两者的结合.尺度效应问题当前的发展趋势,趋向于在有或者没有时间效应的情况下寻找材料微结构的不同特征尺寸.从原子模拟模型中将了解到许多情况,原子模拟计算将揭示计算结果如何随着边界条件和尺度变化而不同.量子力学,连续介质力学和宇宙模型证明,没有普遍适用的方法.当前的主要兴趣也许是针对多尺度物理问题在技术上建立更高的精度,以得到一个更好的表达结果.

柔性多体系统动力学实验研究综述

杨辉, 洪嘉振, 余征跃

2004, 34(2): 171-181. doi: 10.6052/1000-0992-2004-2-J2002-028

摘要(2349)

PDF(951)

摘要:
介绍了国内外柔性多体系统动力学实验研究现状,分为三个方面,即理论模型验证实验、动力学特性的实验研究和其它实验.柔性多体系统动力学建模理论的发展经历了3个阶段：运动-弹性动力学(KED)方法、传统混合坐标方法和计及了动力刚化效应的各种非线性理论.关于这些理论的模型验证实验均在本文中作了重点介绍.文中还对柔性多体系统动力学性态的研究实验也作了介绍,包括系统模态特性和共振等非线性力学行为.关于机械臂控制和碰撞研究实验虽有提及,但不作为重点.随后,着重介绍了柔性体弹性振动位移的测量和阻尼因素的处理这两个在实验不可避免但又难以解决的问题,尤其是结构阻尼和大范围运动引起的空气阻力.最后指出了今后的研究方向.文中对一些较为重要的实验装置也着重予以介绍,并给出了部分实验图片及数据曲线,以给读者一个更好的理解和参考.

输液管模型及其非线性动力学近期研究进展

徐鉴, 杨前彪

2004, 34(2): 182-194. doi: 10.6052/1000-0992-2004-2-J2003-028

摘要(2741)

PDF(1535)

摘要:
综述了输液管系统的各类物理模型及其相应的数学模型,在流体满足基本假设条件下,对于管道内径远远小于管道长度的直管和曲管,详细叙述了梁模型管动力学数学模型的建模过程以及建模方法,针对在水动压力作用下以及管道短而且薄的情形,综述了壳模型的输液管道的动力学方程.在此基础上,概述了近几年来输液管道的非线性振动、稳定性、分岔与混沌、特别是管道控制的研究现状,并对今后的发展趋势作了分析和预测.综观非线性动力学理论的发展历程可以发现选取研究对象和典型的数学模型是至关重要的.对于低维的非线性系统,常常选用van der Pol、Duffing、Mathieu、Lorenz等典型系统来进行研究工作的.通过本文可以看出,对于研究高维非线性系统动力学,流诱发输液管的动力学问题是非常典型的模型之一,它有着容易理解的工程背景、包含了梁和壳的振动问题,并且它的数学模型相对简单,然而却能包含非常复杂的非线性动力学现象,同时容易解释数学方法得到的结果易对应到工程中的实际现象.本文希望通过对输液管动力学模型及其非线性动力学和控制研究现状的综述,建立高维非线性动力学的分析模型,以便发展高维非线性动力学的分岔与混沌理论,同时建立相应的控制理论基础.

非均匀微极介质的有效性质分析

胡更开, 刘晓宁, 荀飞

2004, 34(2): 195-214. doi: 10.6052/1000-0992-2004-2-J2003-007

摘要(2169)

PDF(1041)

摘要:
首先讨论了不同尺度关系下宏细观过渡方法,然后重点介绍了尺度关系满足L>>l>>A ≈lm时(适用于金属基复合材料,泡沫基复合材料和纳米复合材料等),构元材料看作微极介质,而均质化后的材料仍可看作传统Cauchy介质时的解析弹塑性细观力学方法.在这样的理论框架下,细观结构的尺度影响可作为变量引入细观力学模型,并且当A>>lm 时,该方法自然退化成传统的细观力学方法.

结构健康监测中的损伤检测技术研究进展

杨智春, 于哲峰

2004, 34(2): 215-223. doi: 10.6052/1000-0992-2004-2-J2002-111

摘要(2808)

PDF(1087)

摘要:
对结构健康监测研究中的结构损伤检测方法及其特点进行了介绍.从基于结构模态分析的方法和基于结构动态试验信号处理的方法两方面,阐述了结构健康监测中的损伤检测方法及其最新研究进展.基于结构模态分析的结构损伤检测方法是针对整个结构的检测,使用的模态都限于低阶模态范围内,所检测的结构应容易建立有限元模型,便于进行响应预测.基于结构动态试验信号处理的损伤检测方法通常是针对结构局部构件的损伤检测,不需要对结构进行有限元建模,而直接从测试的动态响应信号中提取表征结构损伤的特征参数.文中提出了对比性损伤检测方法和非对比性损伤检测方法的概念,并对结构损伤检测中常用的信息传感与处理技术进行了论述,指出了结构损伤检测研究中应该考虑的传感器布置问题.提出了将损伤信息的主动检测与被动检测相结合进行损伤程度判断和剩余寿命估计等问题是有待进一步深入研究的课题.

关于飞行器高超声速不平衡气体绕流的数值模拟

范绪箕

2004, 34(2): 224-236. doi: 10.6052/1000-0992-2004-2-J2002-101

摘要(1826)

PDF(953)

摘要:
高速飞行器气动计算是伴随着计算机技术及空气动力学的发展而发展的.较早从宏观角度出发求解欧拉方程,N-S方程,到考虑真实气体影响带化学反应和电离的N-S 方程的求解,以及从微观角度出发用蒙特卡洛法对气体分子运动直接模拟求解(DSMC),即代表计算动力学理论的发展,也是计算机技术发展的结果.虽然从理论上说DSMC方法适用于各种流动,但所需的计算时间非常巨大,因此只在不可避免的情况下才会应用,否则仍用宏观的解决方法.本文讨论的是与气动热有关的高超声速飞行问题,包括数学模型的选择,空气化学组分的确定及其化学反应,边界条件处理,辐射热的计算等等,最后推荐如何正确选择高超声速飞行的数学模拟方法.

等离子体电解沉积的研究现状

关永军, 夏原

2004, 34(2): 237-250. doi: 10.6052/1000-0992-2004-2-J2003-045

摘要(2842)

PDF(954)

摘要:
等离子体电解沉积(PED)是一门新兴的材料表面处理技术.本文详细介绍了等离子体电解沉积的机理及其在材料表面改性、生物材料、电子材料、高性能材料等方面的应用.其基本原理是:当两极之间的电势差达到一定程度时, 电极与电解液界面处的电势突变产生的高电场强度,可以击穿界面处的钝化膜、气体等电介质, 使得电极表面局部瞬间高温并发生复杂的物理、化学反应, 从而在电极表面制备特定性能的陶瓷层或渗透层.在结构材料的应用方面, 可以利用PED技术在铝合金、钛合金、镁合金等轻金属表面制备陶瓷层、可以对钢铁基体进行快速碳氮共渗或涂覆金属镀层, 以提高这些材料的抗磨擦、耐腐蚀等性能.选择含有钙、磷元素的电解液或是在电解液中添加羟基磷灰石粉末进行PED处理, 可以在钛合金表面制备具有生物活性的陶瓷膜, 从而使植入体与自然骨形成分子水平的化学键合.选择适当的电解液,可以制备BaTiO$_3$、SrTiO$_3$、NaTaO$_3$、SrZrO$_3$等钙钛矿结构电子薄膜.利用有机溶液高电压电解, 可以制备DLC薄膜、氮化碳等高性能的材料.文中对PED涂层的残余应力、涂层与基体的结合力、界面断裂韧性、微观缺陷对宏观性能的影响等力学问题进行了讨论.等离子体电解沉积在轻金属特别是铝合金表面制备陶瓷层已经取得了成功, 在钢铁材料的表面处理、DLC薄膜和氮化碳的制备等方面有一些初步进展, 在生物活性陶瓷薄膜和电子薄膜方面也有应用前景.

静力触探锥头阻力的近似理论与实验研究进展

崔新壮, 丁桦

2004, 34(2): 251-262. doi: 10.6052/1000-0992-2004-2-J2003-055

摘要(2428)

PDF(723)

摘要:
锥头阻力在静力触探试验中扮演着十分重要的角色.从不同角度,对触探中锥头阻力的研究进行简要阐述,对承载力理论、空洞膨胀理论、应变路径法及运动点位错法等几种理论分析方法进行了回顾.另外,对数值分析和实验研究的进展情况进行了叙述.并对各种方法的适用性进行了比较.承载力理论虽然简单,但忽略了土的压缩性和探杆周围初始应力的增加,所以不能精确地模拟锥头的深层贯入.空洞膨胀理论提供了一个分析锥头阻力的简单而较精确的方法,它考虑了土的压缩性(或膨胀性)和锥头贯入过程中锥杆周围应力增加的影响.但这种方法是将锥头贯入与空洞膨胀之间做了一个等效模拟,所以不同的模拟方法,得到的结果差别较大.应变路径法能够有效解决饱和粘土中的不排水贯入,但不适用于砂土.运动点位错法因为考虑了部分排水,所以能较好地预测固结系数,但采用了线弹性分析,故位错法在其他方面的应用还需要大量的试验验证.有限元法在处理锥头贯入这类慢侵彻问题时缺乏一种很好的处理技术,导致它在进行破坏荷载计算时有显著的误差和数值计算困难.标定槽试验将在验证和建立锥头阻力与土的性能关系方面继续起到一个重要作用,但其结果需经过校正后才可应用到现场.最后对该领域的研究趋势进行了讨论.

有水平流时双流体混合物对流的时空演变

李国栋, 黄永念

2004, 34(2): 263-269. doi: 10.6052/1000-0992-2004-2-J2003-005

摘要(2028)

PDF(748)

摘要:
在水平流动作用下混合流体(比如水和酒精)的Rayleigh-Benard对流,由于外部强制力和内在行波传播的耦合,构成了研究开流系统中斑图选择和非线性耗散波的理想模型系统,本文介绍对该系统初步的研究成果.首先简述了线性稳定性分析以及水平流对行波非线性分岔特性的影响,然后主要给出我们对这一系统在有限空间非周期边界条件下一维行波对流的研究成果,包括存在的时空形态及其特性对Rayleigh数和槽道长度的依赖关系,最后给出了进一步工作的展望.

小型飞行器空气动力学

Thomas J Muller, James D Delawurier, 于鑫, 孙茂(译）

2004, 34(2): 270-279. doi: 10.6052/1000-0992-2004-2-J2004-027

摘要(2493)

PDF(1486)

摘要:
对小型飞行器设计中涉及的空气动力学问题进行了综述.描述了雷诺数和展弦比对固定翼飞行器的设计以及飞行性能的影响.在低雷诺数飞行范围,翼型上边界层的特性对飞行器的设计尤为关键.本文讨论了大量有关层流边界层(包括层流分离泡影响)的实验,作为例子,列举了几个此飞行雷诺数范围的小型低空无人驾驶飞行器(UAVs).此外,对扑动翼推进的理论模型进行了简述;其范围涵盖了早期的准定常附着流模型,以及后来计及非定常尾涡、流动分离以及气动弹性等效应的模型.文中还介绍了那些与理论互补并最终导致扑翼机设计成功的实验.

2004年度力学科学处基金项目受理情况

詹世革, 孟庆国

2004, 34(2): 280-280. doi: 10.6052/1000-0992-2004-2-J2004-079

摘要(1522)

PDF(564)

摘要:

中国科学院力学研究所2003年度科研进展

黄晨光

2004, 34(2): 281-283. doi: 10.6052/1000-0992-2004-2-J2004-080

摘要(1184)

PDF(804)

摘要:

中国科学院国家微重力实验室简介

朱芙英

2004, 34(2): 284-285. doi: 10.6052/1000-0992-2004-2-J2004-082

摘要(2615)

PDF(701)

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《应用力学评论》2003年第56卷综述评论文章目录

Applied Mechanics Reviews

2004, 34(2): 286-287. doi: 10.6052/1000-0992-2004-2-J2004-083

摘要(1392)

PDF(539)

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《流体力学年鉴》2004年第36卷

Annual Review of Fluid Mechanics

2004, 34(2): 288-288. doi: 10.6052/1000-0992-2004-2-J2004-084

摘要(1459)

PDF(601)

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