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2022年第52卷第3期

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研究综述

裂纹体分析的权函数理论与应用: 回顾和展望

吴学仁, 徐武

2022, 52(3): 415-507. doi: 10.6052/1000-0992-21-060

摘要(4229)

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PDF(607)

摘要:
断裂力学是工程材料和结构的疲劳与断裂分析、损伤容限设计和结构完整性评定的理论基础. 应力强度因子作为线弹性裂纹尖端奇异场的单一表征参量和裂纹扩展驱动力, 在裂纹体的断裂力学分析中发挥着关键作用. 权函数法为复杂受载裂纹体的应力强度因子求解计算提供了强有力的解析工具, 不但具有远高于各类数值解法的计算效率, 而且精度可靠, 使用方便. 本文结合笔者团队在权函数法方面的长期研究工作, 对该方法自20世纪70年代初提出至今半个世纪以来, 国际断裂界在二维和三维权函数理论与应用方面的主要研究进展作了回顾和评述, 并对其未来发展提出了展望. 主要内容涵盖: 当前国际断裂界广泛应用的3种二维裂纹解析权函数法简介和以格林函数为基准的验证评价; 三维裂纹问题的片条合成权函数法和点载荷权函数法; 权函数法在复杂受载裂纹体的应力强度因子和裂纹张开位移等关键力学参量计算、内聚力/桥连等裂纹模型分析、共线多裂纹权函数理论及其在剩余强度预测等方面的应用, 以及复杂裂纹几何的工程化权函数分析和权函数法的反向应用问题.

力学超材料研究进展与减振降噪应用

尹剑飞, 蔡力, 方鑫, 肖勇, 杨海滨, 张弘佳, 钟杰, 赵宏刚, 郁殿龙, 温激鸿

2022, 52(3): 508-586. doi: 10.6052/1000-0992-22-005

摘要(9239)

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PDF(2859)

摘要:
力学超材料是一类由人工微结构单元构筑的复合结构或复合材料, 具有天然材料所不具备的静力学/动力学性能. 由于这些超常特性通常取决于微结构单元而非材料组分, 这就为力学性能调控和结构功能材料设计提供了新思路. 本文在简述力学超材料概念的提出、发展及其超常力学性能的基础上, 以装备减振降噪工程需求为牵引, 重点探讨力学超材料在水声调控, 空气声吸隔声降噪, 结构减振抗冲设计等方面的应用探索及发展趋势, 为相关领域的科研及工程人员提供一定参考.

神经系统疾病与认知动力学(II): 神经振荡与认知动力学

韩芳, 樊登贵, 张丽媛, 王青云, 顾晓春, 王直杰

2022, 52(3): 587-622. doi: 10.6052/1000-0992-21-065

摘要(3011)

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PDF(365)

摘要:
大脑神经系统具有从慢到快多种不同的振荡节律, 这些节律振荡被认为参与了大脑多种功能的实现, 其中高频的伽马同步振荡被认为与大脑的认知功能最为相关. 本文阐述了生物学实验方面关于伽马振荡及其功能的研究进展, 并针对实验中伽马振荡的频率敏感依赖于外部刺激特征的现象, 综述了基于神经网络模型进行变频伽马振荡及其认知功能的动力学建模研究工作, 解释了视觉刺激调控的变频率伽马振荡动力学产生机理, 提出了基于同步抑制增强全局放电率对比度的神经认知机制. 研究成果有助于理解神经系统同步振荡的产生机理及其认知作用, 为大脑认知原理以及类脑智能的研究奠定基础.

非球形颗粒两相流的数值模拟研究进展

崔智文, 王泽, 蒋新宇, 赵立豪

2022, 52(3): 623-672. doi: 10.6052/1000-0992-22-006

摘要(2648)

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PDF(539)

摘要:
非球形颗粒两相流是多相流的重要研究方向之一, 常见于自然界及工业生产过程中. 不同于球形颗粒, 由于非球形颗粒形状的各向异性, 除了颗粒平动行为, 还需要考虑颗粒的转动与取向行为, 颗粒的取向与转动行为会影响颗粒所受的力和力矩. 为了准确模拟非球形颗粒的运动行为, 目前非球形颗粒两相流的数值模拟研究主要基于欧拉−拉格朗日的求解框架展开, 常见的非球形颗粒两相流数值模拟方法主要包括点颗粒法与全分辨颗粒法. 本文将对这两类方法进行介绍, 同时会全面介绍非球形颗粒两相流研究的基础理论模型, 并系统总结非球形颗粒在简单基本流和复杂湍流中的研究进展, 包括对于非球形颗粒在湍流中的取向与转动行为机理, 以及颗粒对湍流减阻调制作用的研究. 最后, 本文提出了非球形颗粒两相流研究存在的问题及未来研究方向.

轻质点阵超结构设计及多功能力学性能调控方法

吴文旺, 夏热

2022, 52(3): 673-718. doi: 10.6052/1000-0992-22-002

摘要(6081)

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摘要:
随着先进制造技术、多学科交叉和人工智能科技的飞速发展, 高端装备呈现出轻量化、集成化、复合化、功能化、智能化、柔性化和仿生化等发展趋势. 传统结构研究存在结构设计和制造相互分离, 复杂结构制造效率低、实际制造结构的性能指标和使用可靠性大幅低于设计理论预测、结构多功能一体化程度不足、经济成本过高等问题. 此外, 先进工业装备对材料、结构的使用性能、使用环境要求越来越高, 亟需开展结构的设计、制造、功能、应用一体化研究, 为解决我国先进制造“卡脖子”技术难题提供理论依据和技术支持. 轻量化多功能点阵超结构具有轻质高强、抗冲击吸能、减振降噪等性能优势, 在航空航天、交通运输、国防、生物医疗、能源、机械等工业领域具有巨大的应用潜力. 有鉴于此, 受多晶体微结构的多尺度力学设计启发, 以“点阵超结构力学设计”为主题, 开展点阵超结构的节点、杆件组元, 胞元类型、双相结构、梯度结构、多层级结构等典型点阵超结构的几何构筑和力学设计, 并阐明多晶体多尺度微观结构启发的点阵超结构力学设计基本原理、多功能力学性能调控方法, 以及点阵超结构在不同类型载荷下的结构变形和失效物理机理.

研究通讯

水平电场下界面波的Hamilton原理与多尺度建模

王展

2022, 52(3): 719-729. doi: 10.6052/1000-0992-22-035

摘要(1419)

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PDF(181)

摘要:
本文研究水平电场下两层电介质流体间界面波动的多尺度建模. 首先对此系统的Hamilton原理给出详细证明; 然后基于Hamilton结构和Dirichlet–Neumann算子的解析性质, 将Hamilton量中的动能与电势能展开成收敛级数形式并确定截断阶数, 最后通过计算截断后近似总能量的变分导数得到约化模型. 上述过程对该问题给出了一套建立多尺度非线性模型的系统方法. 文章再以“上层深水、下层浅水”为例详细阐述了多尺度建模的全过程, 并利用修正的Petviashvili迭代方法计算了新模型中的非线性相干结构. 本文所发展的渐近分析技巧不同于之前的工作, 其优点在于所导出的约化模型自然保留能量守恒的性质; 同时, 本文亦将原有结果推广至三维情形.

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