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期刊信息/Journal information
力学学报
力学学报

郑泉水

双月刊

0459-1879

lxxb@cstam.org.cn

010-62536271

100190

北京市北四环西路15号2号楼 324 房间

力学学报/Journal Chinese Journal of Theoretical and Applied MechanicsCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>《力学学报》由首任主编钱学森等创刊1957年，由中国科学院主管、中国力学学会和中国科学院力学研究所主办。《力学学报》是力学学科的综合性学术刊物，报道在理论和应用力学所有领域里，在理论、方法和实验方面的研究进展。期刊鼓励发表与力学相关的交叉学科的研究成果，力求成为力学与其他工程和科学分支的桥梁，成为有助于中国力学年青学子成长和推动与中国重大工程建设合作的平台。从2012 年开始，学报将提供四个栏目： 1 、特邀论文，2 、全文，3 、快报，4 、对近期在本刊发表论文的讨论。对栏目 1和2的论文从收稿到发表的平均周期，将力争控制在6个月以内；对栏目3和4，则为3个月以内。尽管期刊是逢单月正式发表，论文稿一旦接受发表，将在24小时内网上登出。本刊论文对中国力学学会的所有会员（超过2万人）开放下载
正式出版
收录年代

    液滴在气流中的破碎和蒸发研究进展

    宋俊周文俊尚文华李会洁...
    3371-3393页
    查看更多>>摘要：冷气体动力喷涂是一种高效低成本构筑纳米复合结构电极的方案,但采用传统的冷喷涂方法直接沉积纳米粉末存在严重的激波减速问题,通过微米液滴携带纳米粉末实现沉积成为极具潜力的解决方案之一.高速流动中,受到气流的作用液滴会发生变形、破碎和蒸发等现象,在破碎特性方面,气流中液滴破碎在惯性力、表面张力和黏性力主导下有袋状破碎和多袋状破碎等多种破碎模式;蒸发特性上,液滴蒸发受扩散现象和Marangoni效应等影响,因此液滴的破碎和蒸发行为将影响到液滴的流动加速进而影响纳米粉末的撞击速度和沉积效果.基于此,文章综述了近年来液滴在气流中破碎和蒸发的研究进展,归纳了液滴破碎的动力学机制及液滴蒸发的传热传质特性;总结了流动液滴破碎和蒸发的主要影响因素,包括液滴自身性质如黏度、组分及粒径等,以及气流状态如温度、压力、速度、湿度和激波等;同时介绍了液滴在气流中破碎和蒸发的主要实验方案;最后对液滴的破碎和蒸发研究进行了展望,提出了需要进一步解决的问题和未来可能的研究方向.

    液滴高速流动破碎蒸发冷喷涂纳米颗粒

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    基于DUGKS的槽道湍流大涡模拟研究

    郭琳沈杰彭程郭照立...
    3394-3408页
    查看更多>>摘要：基于介观数值模拟方法的大涡模拟(large eddy simulation,LES)是研究湍流的重要手段之一.离散统一气体动理学方法(discrete unified gas kinetic scheme,DUGKS)是一种相对较新的介观方法,其作为湍流大涡模拟工具的研究还处于起步阶段.文章通过耦合标准离壁Smagorinsky亚格子应力模型和Musker壁面模型,实现了DUGKS-LES介观大涡模拟方法.推导了在DUGKS中实现大涡模拟所需的有效总应力和修正分布函数非平衡态的关系式;通过壁面函数逆求解壁面剪切应力时,设计了可以保证收敛性的快速牛顿迭代法,并利用逆问题的近似解进一步提高了迭代效率.最后,分别对摩擦雷诺数为 180,395 和 950 的槽道湍流进行大涡模拟,并与相关文献中介观大涡模拟方法的结果进行了比较.结果表明,DUGKS-LES方法在准确性上具有优势,以谱方法模拟结果为基准,流向速度、雷诺应力和脉动速度等湍流统计量的均方误差均可以控制在 11%以内.在DUGKS框架下,与文献中利用自适应亚格子应力模型相比,文章结合Musker壁面模型的处理方法,可以得到更精确的流向速度和雷诺切应力.

    离散统一气体动理学方法大涡模拟壁面模型槽道湍流

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    壁湍流相干结构的时空多尺度条件平均模态

    李秋营范子椰白建侠程肖岐...
    3409-3417页
    查看更多>>摘要：对湍流边界层中"喷射"和"扫掠"事件的时间历程和空间物理形态进行描绘并研究其统计特性,是深入认识湍流的重要途经.利用平板湍流边界层四相机阵列大视场高时间分辨率TRPIV(time-resolved particle image velocimetry)实验数据库,获取流-法向平面u-v瞬时速度场的时间序列样本,依据子波分析能量最大准则及条件相位平均统计分析方法,对平板湍流边界层瞬时速度场进行时-空多尺度分析,开展壁湍流相干结构的时空多尺度条件平均模态研究.结果发现:对瞬时速度场中不同法向位置的流向脉动速度信号进行空间多尺度分解得到能量最大流向空间尺度为第 9 尺度,该尺度湍动能达到峰值,湍流猝发最活跃.提取不同法向位置对应的流向脉动速度时间序列,进行时间多尺度子波分解,发现流向湍动能最大时间尺度随着法向位置远离壁面,逐渐从小尺度第 6 尺度向大尺度第 8 尺度转移.获得第 6 时间尺度喷射和扫掠事件的流向脉动速度、法向脉动速度和瞬时雷诺应力的条件相位平均波形,结果呈现很好拟序性.此外,对 4 个不同法向位置的第 6 空间尺度喷射事件和扫掠事件锁定流线和涡量场的空间相位平均模态,发现对数律区的检测点处流线出现明显鞍点-焦点动力系统结构,且在鞍点-焦点动力系统四角的涡量场呈现明显四极子结构,在缓冲层区域,四极子的下层涡对消失,四极子上层涡对诱导流体产生喷射和扫掠事件.该项研究为湍流边界层多尺度涡结构的动力系统模型提供了实验依据.

    壁湍流PIV(particleimagevelocimetry)子波分析相干结构时空条件平均模态

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    流体压缩性对气泡RT不稳定性的影响

    汪跃鸣孙远翔王成
    3418-3429页
    查看更多>>摘要：气泡载荷的研究对于设计舰船与海上建筑是必要的,然而存在于流体中的气泡并不稳定,气泡不稳定性现象会改变气泡对周围结构的载荷特性,影响气泡射流的形成.气泡界面的不稳定现象关系到水下战斗部的毁伤能力.在水下爆炸中,爆炸形成的大尺寸高压气泡内部气压最高可达几万大气压,这时,气泡周围的水的压缩效应不可忽略,而传统的气泡界面Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性解析理论假设气泡周围的流体是不可压缩的.文章通过理论分析得到气泡周围流体的可压缩性对气泡界面RT不稳定性的影响,建立了考虑压缩性的解析理论.文章得到的结论为:对于水下爆炸气泡,在气泡膨胀时,压缩性略微抑制界面不稳定性;在气泡收缩时,压缩性促进界面不稳定性.并且,考虑压缩性时,RT不稳定性发生指数爆炸性增长的时刻相比于不考虑压缩性时提前.对于低内压气泡,压缩性始终起抑制界面不稳定性的作用.对于微米级气泡,压缩性抑制界面扰动的第一个峰值,但同样使RT不稳定性发生指数爆炸的时刻提前.黏性与表面张力仅抑制微米级气泡界面不稳定性.

    气泡界面不稳定性Rayleigh-Taylor不稳定性可压缩性球谐函数

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    激波冲击下的交错液柱形态演化数值研究

    王建国关奔边泽乐吕光锐...
    3430-3441页
    查看更多>>摘要：采用时空守恒元与解元方法对平面激波冲击交错排列的 3 液柱形态演化过程进行研究.展示了平面激波冲击 3 液柱后的波系结构及界面形态演化过程,发现液柱间的通道增强了激波间的相互作用,使下游液柱迎风面上压力分布不均,导致其迎风面在较短时间内从弧面演化为平坦表面.测量了下游液柱的迎风面极点位移和宽度,观察到上游两液柱间通道的变窄趋势使得气流对下游液柱迎风面极点的冲击减弱,降低了其迎风面极点位移速度.通过测量 3 液柱整体的无量纲宽度、高度和质心位移,发现第二通道宽度在气流与界面的相互作用中发挥了关键作用.随着第二通道宽度减小,气流对界面的作用能力增强,上游液柱后部凹陷的演化速率加快,第一通道侧的尖端逐渐消失,3 液柱整体的无量纲宽度由减小到增大的转折点提前,而后期的无量纲质心位移速度减慢.在第二通道宽度较大的算例中,上游液柱仍保持了较为对称的结构特征.而在第二通道宽度较小的算例中,上游液柱在波系演化阶段便显现出显著的非对称性,不再展现出对称的结构特征.

    激波交错排列液柱波系演化界面变形时空守恒元与解元方法

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    可变马赫数乘波体的宽速域性能优势探究

    孟旭飞白鹏刘传振
    3442-3454页
    查看更多>>摘要：可变马赫数乘波体被认为在高超声速阶段具有良好的宽速域性能,但学者们将其与传统的固定马赫数乘波体比较时,大都未限制相同的平面形状和容积,导致关于其宽速域性能优势的论证不充分.文章使用定平面形状乘波体设计方法设计可变马赫数乘波体,并生成具有相同平面形状和相等容积的固定马赫数乘波体,以此比较探究可变马赫数乘波体在高超声速阶段的宽速域性能优势.同时结合计算流体力学手段分析流场,给出初步解释.结果表明,与相同平面形状和相等容积的固定马赫数外形相比,在高超声速阶段,可变马赫数乘波体的宽速域升阻比没有优势;同时,可变马赫数基准流场及其导致的乘波曲面变化对纵向稳定性几乎没有影响.我们推测即使采用传统方法设计的乘波体在高超声速阶段也具有较好的宽速域性能,因此未来对乘波体宽速域性能的改进应该着重于亚跨超等严重偏离设计状态的阶段,而不是高超声速阶段.

    乘波体可变马赫数定平面形状等容积宽速域

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    重力驱动下一维斜坡上浮泥的输移规律研究

    刘洁周杨三陈治宇肖毅...
    3455-3467页
    查看更多>>摘要：水库浮泥是存在于水库底部的一层高含沙水体,具有较强流动性,研究其运动规律对实现水库减淤优化调度具有重要意义.为了更准确地掌握浮泥输移规律,不仅需要掌握浮泥内部的流速分布特性,还需明确不同因素对浮泥运动过程中流速和厚度变化的影响.因此选择幂律模型作为浮泥的流变模型,基于纳维-斯托克斯(N-S)方程,采用摄动法简化构建了浮泥运动模型,在空间上使用交错网格的有限体积法,时间上使用二阶龙格库塔方法,并在数值求解的过程中引入流速分布参数,通过牛顿迭代法对参数进行修正,使得模型能反映浮泥内部的流速分布形态.开展浮泥缓坡流动试验验证模型,证明了建立模型能合理描述浮泥的运动过程;分析了底面坡度、浮泥密度和黏性系数等参数对浮泥流动特性的影响作用.结果表明,浮泥密度增大,会降低流动性,减少沿程厚度变化;底面坡度增大,浮泥流速显著增大,且厚度分布形态会发生显著改变;黏性系数增大将导致浮泥流速减小且运动结束时间缩短,同时也削弱浮泥流动性.

    水库浮泥幂律模型数值模拟浮泥厚度浮泥运动特性

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    基于晶体塑性力学框架的材料本构行为智能预测研究

    翁焕博罗诚袁荒
    3468-3483页
    查看更多>>摘要：人工神经网络(ANNs)已逐渐成为非线性材料多尺度本构建模的重要工具.针对航空航天领域中广泛使用的镍基单晶合金开发了基于晶体塑性框架的材料本构行为智能预测方法.提出的新方法在数据驱动的基础上结合了晶体塑性本构模型,保留了晶体滑移系的求解框架,将激活滑移系上的状态变量作为网络的输入,建立了状态变量和滑移系剪切应变增量的物理联系,引入了物理信息损失函数,实现了应力的隐式求解,从而准确预测了单晶材料的单调、循环力学行为.进一步地,探究了不同损失函数对模型训练结果的影响,明确指出数据和物理约束共同作用下的模型性能显著提升.物理信息的融入在一定程度上提升了模型的外插预测精度,但在训练样本稀疏区域仍然无法做到精确预测.为了解决在训练样本稀疏区域难以精确预测的问题,在常规的离线学习策略上提出了在线学习策略,使得神经网络模型根据残差大小进行自学习,最终达到传统本构模型的预测精度.提出的基于神经网络的晶体塑性本构行为预测框架为材料本构关系研究领域提供了创新且有效的思路,有望进一步推动复杂材料的多尺度本构模型研究.

    循环晶体塑性镍基单晶合金物理信息神经网络(PINN)取向敏感性在线学习机制

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    复合超导线圈的电热失稳机理与弹塑性分析

    黄晨光王富生吕晨杨陈龙...
    3484-3497页
    查看更多>>摘要：高温超导磁体通常是由复合超导带材绕制而成的线圈组合成的系统.实际运行中线圈可能因局部热源、局部退化及过载流运行等因素而发生失超,整体结构在热应力和电磁力作用下出现弹塑性变形甚至局部破损现象.由于局部失超的随机性和多原因触发特性、复合带材组分过多且宽厚比过大、线圈内电磁-热-力耦合和非线性特性,这些都为精准预测复合超导线圈的电热失稳与力学变形带来了极大困难.已有的数值研究大多通过对局部失超区域精细化建模而剩余区域均匀化处理来降低自由度,无法处理随机失超情形且无法给出失超传播区域各材料层的力学信息.文章在磁场-磁标势方程、热传导方程和弹塑性力学方程基础上,结合非线性幂律模型和非线性应力-应变关系,发展了一套高效准确的超导磁体电磁-热-力耦合行为分析方法.该方法采用磁场方程来模拟超导层、铜层、银层和哈氏合金层等导电区域的电磁行为,而采用磁标势方程来模拟绝缘层和周围液氮等非导电区域的电磁行为,通过切口法并引入磁标势的不连续性,使得非导电区域从多连通变成单连通并遵守安培定律,其计算速度可以比当前主流的磁场法快近 4 倍.在复合超导盘形线圈的多场耦合分析中,采用该方法详细讨论了局部热源、局部退化及过载流运行等多因素下整体线圈结构的失超传播机理与各材料层的弹塑性演化规律.

    复合超导线圈电磁-热-力耦合失超弹塑性

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    包含Mullins效应的HDR热-超-黏弹性本构模型

    李锋彭天波
    3498-3506页
    查看更多>>摘要：高阻尼橡胶(high damping rubber,HDR)材料具有良好的耗能性能,在建筑和桥梁抗震设计中得到了广泛应用.以往研究表明,其力学行为主要受温度、加载速率和历史幅值等多种因素的影响.既有HDR本构模型大都只针对其中一种或两种因素进行研究,且未能综合考虑Mullins效应的影响,存在一定的缺陷.针对这种情况,为研究温度、加载速率和历史幅值对HDR力学行为的影响,进行了HDR试件的多工况变幅循环压剪试验.首先将HDR本构模型分解为超弹性部分和黏弹性部分的叠加,并引入考虑温度影响的时温等效方程、考虑Mullins效应的损伤函数,最终得到了一种包含Mullins效应的HDR热-超-黏弹性本构模型.然后使用Python的第三方库Scipy中的optimize模块对试验数据进行非线性最小二乘法的分步拟合,得到了相应的本构模型参数.最后,根据参数变化规律拟合得到参数随温度和应变率变化的公式,并补充部分试验,以验证提出的HDR本构模型的有效性和适用性.结果表明,提出的本构模型能够较好地描述HDR材料复杂的应力-应变关系,准确地表述温度、加载速率和历史幅值的影响,同时具有较好的适用性.

    高阻尼橡胶Mullins效应变幅循环压剪试验本构模型非线性最小二乘法

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