期刊,力学学报（英文版） 2024年卷1期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

力学学报（英文版）

出版周期：双月刊

国际刊号：0567-7718

电　　话：010-62536271

邮政编码：100080

地　　址：北京北四环西路15号中科院力学所

力学学报（英文版）/Journal Acta Mechanica Sinica(English Series)CSCDCSTPCD北大核心EISCI

查看更多>>是中国力学学会主办的学术期刊，刊登力学和相关交叉学科在理论研究、实验研究及在国民经济中具有创新性的优秀论文，反映力学学科的学术水平，是力学界同仁科学活动的知已和朋友。

正式出版

收录年代

可压缩壁湍流物理与建模研究进展

程诚陈贤亮朱文凯史维...

1-34页

查看更多>>摘要：对高速边界层转捩与湍流的理解、建模与控制不但具有广泛的学术兴趣，而且对高速飞行器的设计与节能有至关重要的意义，因为转捩和湍流会急剧增加壁面摩阻和热流。根据Morkovin假设，高速流动具有一些与不可压缩流动本质上相似的特征，但另一方面，由于存在热力学过程、激波、高焓效应等多物理场耦合，与不可压缩流动也有显著区别。本文综述了高速边界层转捩与湍流的物理和建模方面的最新研究进展，其中较大部分内容为湍流研究。为了物理过程描述的完整性，我们首先简要综述了高速流动转捩，主要关注气动加热原理和推迟转捩的被动控制策略。随后，我们总结了近期在湍流平均流向速度和温度的标度率方面的一些令人鼓舞的发现，这些标度率能够用于构建一系列新颖的壁面模型以提高模式精度。此外，作为湍流建模的基础之一，我们还总结了湍流结构方面的研究，尤其关注边界层对数区含能运动的标度率与建模。另外，我们综述了各种用于预测壁湍流的线性模型。尽管湍流通常被认为是高度非线性的，这些线性模型在过去二十年的研究中取得了较大的成功。最后，我们对综述进行总结，并简要展望未来研究。

关键词：

Hypersonic flowsWall-bounded turbulenceTurbulence structuresBoundary-layer transitionWall modeling

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考虑Steigmann-Ogden界面的复合材料远场解析解

高梦园贺哲龙Ougbe Anselme Ahehehinnou王冠楠...

35-43页

查看更多>>摘要：本文给出了含有纳米纤维或孔隙的二维异质材料在远场载荷作用下的Steigmann-Ogden弹性面的解析解。该求解与最近文献中复函数法的数值结果进行了验证，并提供了具体位移和应力场的闭式表达式。数值研究了表面弹性参数、表面残余应力、纤维/孔径和远场载荷对局部应力分布的影响。结果表明，表面弹性参数会扰乱纤维域内的内应力，而表面弯曲刚度参数会显著影响应力集中，这与经典Eshelby问题中的均匀应力分布不同。分析表达式揭示了一些有趣的现象，例如，纤维复合材料在静水载荷作用下的应力/位移场仅与表面Lamé参数有关，剪切载荷作用下分析表达式中的非常数系数保持为单轴拉伸载荷作用下的两倍，这些都是本文首次报道的。所建立的解决方案对于准确捕捉具有显著表面效应的纳米复合材料的力学响应至关重要。

关键词：

Fibrous compositesSteigmann-Ogden surfaceEshelby analytical expressionFar-field action

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具有高度(220)取向垂直纳米孪晶异质结构铜薄膜的强化机制研究

韦小丁张鹏马瑜薇刘俊杰...

44-53页

查看更多>>摘要：在本工作中，我们通过直流电沉积方法制备了含有不同体积比的(220)取向垂直纳米孪晶异质结构的铜薄膜，并表征了其力学性能。单轴拉伸测试表明，当垂直纳米孪晶的体积比增加时，机械性能显著提高:具有88％垂直孪晶的薄膜的极限拉伸强度为455 MPa，约比等轴晶粒铜薄膜的强度高83％。通过对拉伸后样品进行高分辨电子显微镜表征，并辅以分子动力学模拟，我们揭示了含有等轴晶粒和垂直纳米孪晶的特殊异质结构有助于激活铜薄膜材料内部多种模式的滑移系统，并导致更高的位错密度，从而在赋予材料更强的机械强度和加工硬化率的同时，不会显著损失材料的韧性。

关键词：

DC ElectrodepositionVertical twinsMechanical propertiesDislocation mechanism

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基于表面曲率依赖的三维纳米多孔金属强度分析

张永超糜长稳苟晓凡

54-73页

查看更多>>摘要：纳米多孔金属因其显著的表面效应和优异的机械性能而获得广泛认可。受限于理论复杂性，以往对纳米多孔金属的研究往往依赖于简化二维模型。然而，这些简化模型无法准确地刻画纳米多孔金属力学性能，也未能充分捕捉表面效应影响，特别是纳米表面曲率依赖性。因此，该研究采用最小能量原理，基于Steigmann-Ogden表面理论，设计了综合考虑纳米多孔材料表面效应的有限元表面单元。利用这种新型表面单元，我们构建不同纳米多孔金属模型，并对其进行单轴拉伸和压缩模拟。研究结果表明，表面弯曲刚度导致材料应变能密度显著增加，从而影响能量吸收率变化趋势。此外，与表面Lamé常数相反，纳米多孔金属杨氏模量受到表面残余应力、表面弯曲模量和加载方向等因素显著影响。所开发的有限元模型为准确预测纳米多孔金属力学性能提供了一种稳健而令人信服的科学方法。

关键词：

Nanoporous metalSurface effectSurface elementSteigmann-Ogden surface modelFinite element method

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后缘开槽型超燃冲压发动机凹腔燃烧室及其促燃特性实验研究

张林乔竑玮梁剑寒王翼...

74-84页

查看更多>>摘要：为了改善传统的二维梯形凹腔在促进混合和燃烧方面的效果，本文提出了一种在凹腔后缘设置开槽的三维凹腔，并在超声速模型燃烧室中进行了研究。在直连式实验台上开展实验，对传统的二维梯形凹腔(基线)和后缘开槽凹腔进行了对比。结果表明，后缘开槽凹腔增强了沿燃烧室的燃烧。具体而言，凹腔附近的压力在燃料喷注压力较低时增加6。1％，在燃料喷注压力较高时增加12。7％。基于准一维分析，后缘开槽凹腔的燃烧效率提高了20％以上。对于后缘开槽凹腔，燃烧面积和火焰基底位置受喷注压力的影响小于基线情况。与此同时，后缘开槽凹腔的火焰稳定能力较基线构型更优。凹腔交换面积增加、长深比增大以及开槽诱导的横向流动和流向涡可能是增强混合和燃烧的主要原因。

关键词：

Supersonic combustorCavity configurationSlotsCombustion enhancement

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节流式燃氧分离固体发动机准一维内弹道数值研究

王立民王富祺王志邦王英男...

85-101页

查看更多>>摘要：本文建立了用于计算节流式燃氧分离固体发动机内弹道的准一维数值模型。节流式燃氧分离固体发动机通过改变富燃燃烧室和富氧燃烧室之间的节流阀开口半径来实现其推力的调节。数值模型采用简化的反应机理来描述化学非平衡过程，且考虑了燃烧室中的质量添加、壁面摩擦和推进剂燃面退移过程。利用该数值模型展示了节流式燃氧分离固体发动机的内部流动参数分布和工作性能。发动机稳定工作状态结果显示，当节流阀开度半径由10。5 mm调节至1。4 mm时，发动机推力由121。82N增加至250。60 N，推力提升了206％，验证了节流式燃氧分离固体发动机概念的可行性。流动参数也表明节流阀的调节作用仅在阀门开度较小时才得以充分体现。发动机动态工作过程结果显示，在调节阀停止作动时，节流式燃氧分离固体发动机性能会产生负调现象，因而需要对发动机采取额外的保护措施。对节流式燃氧分离固体发动机调节能力的理论预测发现，发动机的推力调节能力受限于富燃燃烧室压力和初始质量流量比，需要在多个参数之间进行权衡以实现合理的推力调节比。最后对推进剂的布置方式进行了初步探讨。结果表明，燃氧推进剂布置下发动机的推力调节能力优于氧燃推进剂布置。

关键词：

Solid rocket motorSegregated fuel-oxidizer systemQuasi-one-dimensionalInternal ballisticsThrottling

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机动飞行下飞行器表面噪声预计

张晓光李斌

102-122页

查看更多>>摘要：针对飞行器高机动大过载飞行时表面噪声预计问题开展研究。对基于分区混合与湍流尺度混合的双重RANS/LES混合模型进行修正，对复杂分离流动进行精确模拟。建立一种同时计算气动/运动、内/外流、可压缩/不可压缩流的计算方法，利用双重RANS/LES混合模型结合六自由度运动方程模拟飞行器机动过程并计算飞行器表面声载荷。计算结果表明进气道及尾喷口处声载荷较大，正过载飞行时由于飞行速度较大、尾喷口喷流噪声影响使得表面噪声大于负过载。喷流噪声对机身总声压级贡献率由前到后逐渐增大。机动状态下，飞行器表面涡流运动增强，压强脉动大于巡航状态，使得相同飞行速度下机动状态表面总声压级大于巡航状态。

关键词：

Computational aeroacousticsManeuvering flightWhole aircraft noiseSeparated flowDynamic environment

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扑翼尾迹全自由柔性细丝的数值研究及参数预测

孙唯真何国毅金飞宇王琦...

123-137页

查看更多>>摘要：本文采用浸入边界法模拟了全自由度柔性细丝在涡街中被动变形产生的自适应运动，研究了不同柔性分布方式的细丝在不同涡街中的运动性能，并探讨了单根细丝个体与涡系之间的关系。此外，文章采用长短期记忆(LSTM)神经网络方法建立预测模型。该模型利用细丝上有限测点的训练数据来获得流场的物理参数特征，进而对细丝和扑翼的性能参数的数值变化进行预测，得到了细丝后25％运动周期内的性能参数。该方法可有效简化数值模拟过程。结果表明，预测模型对性能参数预测结果的平均绝对百分比误差稳定在0。09以下，该方法减少了总体实验和计算工作量的15％。进一步的研究表明，扑翼尾迹中的全自由度细丝共产生三类运动模式。仅当整根细丝被包裹在涡带中时，前缘和后缘产生的逆流向压力差可以推动细丝稳定逆来流运动，且细丝刚度的非均匀分布方式和细丝后缘更大的摆幅都有助于其推力的增加。

关键词：

Immersed boundary methodFull degrees of freedomFlexible filamentMotion performanceLSTM neural network parameter prediction

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求解多约束离散变量结构拓扑优化的序列保守近似整数规划算法

孙凯程耿东张凯庆梁缘...

138-154页

查看更多>>摘要：序列近似整数规划方法通过求解一系列可分离的近似整数规划子问题成功求解多类大规模拓扑优化问题。然而，这些近似子问题的解析求解依靠正则松弛算法，正则松弛算法要求子问题必须由二次或线性的目标函数以及线性的约束函数构成。同时，序列近似整数规划方法依赖于体分比下降策略，这使得其难以处理不包含体分比约束的拓扑优化问题。为进一步地完善序列近似整数规划算法，我们受移动渐近线方法的启发，引入经典的序列保守近似规划，以获得一系列可行性稳步提升的设计，这个新方法称作序列保守近似整数规划算法。新方法会产生一系列包含倒数设计变量的非线性的近似整数规划子问题，并通过调整渐近线控制子问题的保守性。由于正则松弛算法不能求解非线性子问题，一种基于KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件的简单的设计变量更新准则被给出。基于上述思想，序列保守近似整数规划算法不依靠体分比约束等线性约束就可以获得稳定的优化过程，由此可以用来求解复杂的离散变量拓扑优化问题。多类不同需求的拓扑优化问题被解决，包括考虑等式约束及非等式约束的、以及考虑有效的及无效的体分比约束的问题。数值结果证明，由于保守性的引入，整个优化收敛进程可以自适应地调节无需额外的结构分析。

关键词：

Topology optimizationSequential approximate integer programmingSequential conservative integer programmingAugmented Lagrange formulationCompliant mechanism

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结构设计驱动的橡胶类复合材料柔性传感器压阻性能设计研究进展

尚家琛杨恒姚学锋陈浩森...

155-182页

查看更多>>摘要：近年来，柔性应变及应力传感器因其灵敏度高、应变范围大、形式多样等显著优点引起研究人员的广泛关注。柔性传感器在可穿戴电子、智能机械、结构健康监测等领域有着重要的应用价值和广阔的市场前景。同时，这些新兴领域也对柔性传感器的性能要求更为苛刻。导电橡胶复合材料具有高拉伸、高力敏、高稳定性的特点，是制备高性能柔性压力传感器的理想材料，进一步提升导电橡胶复合材料柔性传感器的性能是该领域发展重点之一。本文综述了导电橡胶类复合材料的制备方法和力电响应机理，重点介绍了通过结构设计提高柔性压力传感器性能的方法，包括内部导电网络结构设计、基体结构设计和导电聚合物复合材料整体结构设计等。同时，文章还介绍了柔性传感器的主要应用领域。最后，总结了柔性传感器目前发展中存在的问题，并对未来的发展方向进行了讨论。

关键词：

Flexible sensorsConductive rubber compositesElectromechanical mechanismStructure designSensor applications

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