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期刊信息/Journal information
力学学报（英文版）
力学学报（英文版）

双月刊

0567-7718

010-62536271

100080

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。
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    多重激波/激波干扰导致的进气道唇口处极端气动载荷的研究

    林明月杨帆胡宗民韩桂来...
    113-124页
    查看更多>>摘要：对于以吸气式推进为动力的高超声速飞行器来说，多重激波/激波干扰将在进气道唇口诱导极端气动载荷，对飞行器热防护系统的设计提出更高的要求。本研究对由两道入射斜激波与弓形激波干扰产生的多重激波干扰流场下的壁面气动载荷进行了详细的理论和数值研究。伴随射流流场和双射流流场是多重激波干扰流场的两种主要模式，分别对应两道入射斜激波诱导的超声速射流由滑移线或亚声速区分隔的情况。理论分析结果表明，在相同边界条件下，双射流流场诱导的壁面峰值压力近乎伴随射流流场的两倍。为了验证理论分析结果，开展了无黏瞬态数值计算。数值计算结果验证了理论分析给出的不同干扰模式下壁面峰值压力之间的大小关系。对比理论分析和数值计算结果发现，理论预测的壁面峰值压力略低于数值计算的值。同时，本文数值验证了由两个Ⅳ型超声速射流组成的双射流流场的存在。

    Shock wavesShock-shock interactionTheoretical analysisHysteresis

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    高雷诺数下覆羽控制直翼型流动分离的位置影响实验

    巩绪安马兴宇姜楠
    125-135页
    查看更多>>摘要：本文在二维机翼上安装了仿生的覆羽结构，在5。0×105的雷诺数下研究它们控制前缘流动分离的效果。覆羽是指覆盖在鸟类翅膀上的多排短而柔软的带有锯齿状尖端的羽毛。它们覆盖在长而硬的飞羽边缘，使鸟的翅膀保持流线型。当流动分离发生时，这些柔性锯齿形的人工覆羽在来流的激励下能够自适应地变形和颤振。在风洞实验中，本文使用高时间分辨率的粒子图像测速仪(PIV)来测量机翼上表面的速度场，并使用热线风速仪来测量尾流中的高频湍流脉动。安装在20％弦长处的人工覆羽在前缘分离流的激励下会自适应地大幅翻转。安装在80％弦长处的覆羽则会被尾缘卷起的脱落涡向上抬起，并在准平衡状态下轻微摆动。这两类人工覆羽均能够有效地控制流动分离，并减小尾流的湍流脉动强度。

    Flow separationArtificial covertsPosition-dependenceWavelet analysisHigh Reynolds number

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    基于浸入式边界方法的圆柱-振荡翼型流动干涉数值模拟研究

    王卓杜林孙晓峰
    136-158页
    查看更多>>摘要：本文研究了圆柱尾迹中振荡翼型的动力学特性，通过浸入式边界方法结合自适应网格技术对雷诺数为1100的二维模型开展了数值模拟计算，重点关注圆柱翼型间距和振荡频率这两个关键参数的影响。文中给出了翼型动力学响应随上述两个参数的变化规律，包括流动作用力、频率特征以及翼型与流动之间的能量交换过程，结果表明圆柱尾迹能够显著改变翼型阻力的大小，并且对通过翼型升力所产生的能量交换过程具有重要影响。在某些特定流动工况下，翼型振荡会与尾迹之间呈现出1∶1，1∶2和1∶3不同的同步模式。值得注意的是，1∶2同步对应着一种非对称的涡脱落形态，在此工况下，即使翼型的振荡和上游圆柱尾迹都存在明显的周期性，翼型上依然存在非零的时均升力及力矩。此外由于圆柱尾迹与翼型振荡之间的强烈非线性干涉，在翼型响应中出现了新的频率条带，该条带满足非线性频率叠加关系。本文还发现振荡幅值对于同步现象具有重要影响。

    Oscillating airfoilWake/airfoil interactionWake patternSynchronization

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    多重节点法并行求解大规模稀疏线性方程组

    王永庆刘彬
    159-171页
    查看更多>>摘要：本文以弹性力学为例，提出了多重节点法用于求解大规模稀疏线性方程组。多重节点法利用叠加性将复杂问题分解为简单的子问题，并利用局部性减少计算量。粗节点刚度阵和子区域刚度阵在迭代时不变，使得多重节点法适合求解多工况问题。粗节点和细节点之间的映射关系通过求解局部有限元模型得到而非插值法，使得多重节点法能够快速求解复杂拓扑问题。为了加快收敛速度，提出了最优粗节点刚度阵，并基于正则化最小二乘法给出了其计算方法。大规模数值实验表明，多重节点法具有很好的可扩展性以及近似线性加速比。与主流算法如多重网格法相比，多重节点法在求解多工况问题时收敛速度更快。

    Hierarchical node methodCoarse node stiffness matrixLarge-scale sparse linear equationsParallel computing

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    用于振动模态可操纵性的克拉尼图形拓扑优化设计

    薛亮文桂林Fengwen WangNiels L.Pedersen...
    172-184页
    查看更多>>摘要：经典克拉尼图形(Chladni patterns，CP)是特征向量的视觉表示，在振动分析、乐器设计、粒子操纵和分离等领域中具有广泛的应用。均质结构通常会表现出高度规则化的CP，这限制它们的应用场景。因此，实现面向应用来逆向设计结构的CP是非常重要的，而这可以通过使用拓扑优化来实现CP的逆向设计。本研究提出了一种使用基于密度的拓扑优化算法来设计结构CP的方法。优化列式中，给出了描述图形的指标函数，并以最小化特征向量和目标CP之间的误差构建了优化目标。数值结果表明，所提出的方法可以为指定的单阶或多阶CP生成新颖的材料分布。这表明了本文所提出的方法能够实现CP的精确定制设计，进一步为面向应用的需求提供了更多选择。

    Eigenvector derivativesDynamicTopology optimizationChladni pattern

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    在高应变率拉伸/压缩-扭转载荷下TC17钛合金的屈服和塑性流动行为

    杨学赵敬凡杜冰郭亚洲...
    185-198页
    查看更多>>摘要：金属材料经常暴露在高应变率和复杂的应力条件下。研究这些材料的动态力学行为对工程设计和工业应用至关重要。本文研究了TC17钛合金在压缩/拉伸-扭转作用下的动态塑性流动行为。研究了TC17钛合金在准静态和动态载荷下的初始屈服行为，并采用杨、郭和李提出的动态不对称屈服准则(DAYC)来表征动态初始屈服行为。根据不同应力状态下的硬化特性，提出了一种修正的动态硬化规律(MDHL)来拟合加载面。研究了TC17钛合金在准静态和动态载荷作用下的塑性流动方向。结果表明，塑性势函数基本符合相关联流动法则。总之，本文系统性的研究了TC17钛合金的屈服性能，应变硬化规律和塑性流动规律，并利用DAYC和MDHL对其进行了表征。

    Compression/tension-torsionStrain rate effectYield surfaceStrain hardening lawPlastic flow rule

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    考虑气动载荷的超级高铁系统混合悬挂吊舱稳定性分析

    Hamed PetoftAbbas RahiVahid Fakhari
    199-211页
    查看更多>>摘要：超级高铁运输技术(HTT)是一种新型运输方式。它的工作原理是将一种称为吊舱的超高速车辆移动到低气压管中。本文研究了考虑空气动力载荷的新型混合悬浮吊舱的稳定性分析。拟议的吊舱包含两个悬浮装置:磁悬浮(EMS)和气垫。在这方面，气垫有助于系统克服整体重量。EMS悬架有两个比例微分(PD)控制器，可在存在空气动力载荷的情况下稳定吊舱的运动:一个控制垂直位移，另一个控制横向运动。本文建立了吊舱的五自由度动力学模型，包括吊舱的垂直和横向位移以及吊舱的俯仰、滚转和偏航力矩。介绍了气垫、磁悬浮和空气动力载荷的动态模型。求解相关动力学方程后，研究了控制器参数和气动升力和阻力载荷对吊舱稳定性的影响。此外，还分析了控制器系数和其他一些吊舱设计参数(包括气垫刚度、总质量和管内气压)对临界速度的影响。

    HyperloopEMSAir cushionsStability analysisCritical speedAerodynamic forcesPD controller

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    基于SO(3)群几何精确Kirchhoff梁理论的细长梁动力学

    安志朋王斌侯云森刘铖...
    212-225页
    查看更多>>摘要：本研究旨在开发一种高效的细长梁单元，精确描述细长柔性结构的大变形和大旋转，在现有细长梁单元研究的基础上，提出一种基于SO(3)群活动标架的二阶几何精确Kirchhoff梁单元(GEKBF)，用于细长梁的动力学研究。首先，在此标架中推导出运动学描述和几何、本构和动态平衡方程及其线性化。然后，引入相对扭转角的二阶插值函数，以提高单元的收敛性，通过选择合适的标架来开发旋转矢量参数化。它可以显著减少由刚体旋转引起的几何非线性，并提高描述当前标架下单元旋转公式的计算效率。此外，考虑了参考标架的影响，并使用空间平行移动而非时间平行移动，简化了弹性力和雅可比矩阵的推导。使用李群广义α-方法求解李群上的半离散运动方程。最后，通过数值实例验证了 GEKBF的准确性，包括静力学和动力学。

    Geometrically exact Kirchhoff beam formulation(GEKBF)Slender beamParallel transportGeometric nonlinearityLarge deformation

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    出平面剪切波作用下弹性非均匀材料中圆孔受刚度影响的力学分析

    卞金来杨在林Erasmo Carrera
    226-237页
    查看更多>>摘要：基于复变函数理论，研究了出平面剪切波在非均匀直角域内的传播特性。介质的非均匀性体现在剪切模量是与空间坐标有关的函数。引入一个位移辅助函数和一对映射函数用以辅助推导控制方程。同时，在复坐标系下可以更方便的进行坐标变换。使用镜像法构造了介质内反射波和散射波的波场表达式。根据圆孔处的边界条件求解了散射波中的未知系数，并给出了直角域空间内波场的解析表达式。在动力学分析中，刚度可以用剪切模量来表示。在算例分析中，讨论了位移幅值和动应力集中系数对非均匀参数，参考波数以及圆孔位置的依赖关系。

    Complex variable functionInhomogeneousRight-angle spaceAnalytical expressionsStress concentration

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    基于角度分辨倾斜背散射拉曼光谱的单晶硅应力分量解耦分析

    常颖何赛赛孙铭媛赵宇琦...
    238-250页
    查看更多>>摘要：对于应变工程而言，应力是控制半导体器件光电性能的关键。显微拉曼光谱是一种有效的半导体材料应力无损分析技术。然而，使用传统拉曼方法得到的结果通常是特定晶体/特定晶面的面内等效应力或主应力和。本文提出了一种基于角度分辨倾斜背散射显微拉曼光谱的应力分析方法。通过在样品坐标系中求解晶格动力学方程，在特征向量坐标系中进行拉曼选择，提出了一种通用的物理力学模型。利用该模型，考虑折射率、转偏和数值孔径影响等因素，建立了任意应力状态下任意晶面(以单晶硅｛100}面为例)上偏振拉曼频移与各应力分量的解析关系。验证实验表明，应力分量的分析结果与施加的应力状态非常吻合。证明了基于角度分辨倾斜背散射显微拉曼光谱的方法、模型和仪器，能够解决单晶硅特别是{100｝晶面上的应力分量不能通过拉曼测量解耦的普遍问题。

    Angle-resolved RamanRaman-stress relationshipDecoupling analysis of stress componentsOblique backscatteringMonocrystalline silicon

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