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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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    微尺度下粘弹性介电液体的电水动力学传导泵

    陈迪林周楚桐张煜罗康...
    1-16页
    查看更多>>摘要：电流体动力学传导泵送技术可应用于许多高电场强度状态(106 V/m)下工作的宏观设备。随着热管理设备的广泛开发，微尺度流动生成变得越来越重要。这些设备目前用于冷却小表面面积的高热量流源，并可以在各种电子、控制热传递和航空航天场景中找到。此外，微泵中施加电压的幅度可以显著降低，从而节省能源并实现可靠的流动生成。在本研究中，我们探究了嵌入矩形微通道中传导微泵的动态特性，研究了库仑驱动力、不同通道高度、聚合物弹性和粘度比的影响。结果显示，随着通道高度的增加，电力消耗可以变化两个数量级。随着聚合物浓度的增加，最大速度显著减小，并可以达到与未添加聚合物相比的50％，呈柱塞状分布。流量取决于聚合物浓度，但在聚合物弹性下呈现出非线性曲线。这意味着通过调节粘度比来保持微泵的流量性能可控制，可以为某些受控流量应用提供一些建议。

    ElectrohydrodynamicsViscoelastic fluidHeterocharge layerIon conduction

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    具有霍尔效应的广义Maxwell流体通过无穷平板的旋转MHD流动和传热

    乔艳丽续焕英齐海涛
    17-32页
    查看更多>>摘要：黏弹性流体的流动和传热特性研究一直是一个备受关注的问题。然而，一些黏弹性流体的行为会偏离由整数阶控制方程描述的经典的流动和传热现象。因此，建立一种新的本构关系来研究复杂黏弹性流体是有必要的。本文研究了霍尔效应作用下具有分布阶特性的广义Maxwell流体在无穷平板上的旋转磁流体流动和传热现象。考虑到广义Maxwell流体流动和传热的多尺度特性和非局部性，引入分数阶微积分理论准确地描述流动和传热机理，导出了由时间分布阶动量方程和时间分数阶能量方程组成的分数阶控制方程。为了计算速度和温度控制方程的数值解，我们基于L1近似公式提出了 Crank-Nicolson有限差分格式，然后，验证了数值方法的有效性和可行性，并以图形形式讨论了相关参数对流体速度和温度的影响，给出了一些结论。

    Generalized Maxwell fluidMagnetohydrodynamics flowHall effectFractional calculusFinite difference method

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    简化角冰冰形对翼型绕流流场结构的影响

    郑诚毅金哲岩杜旭之东乔天...
    33-49页
    查看更多>>摘要：机翼前缘结冰会改变机翼的气动轮廓并影响整体的空气动力学性能。研究简化角冰冰形对翼型绕流流场结构的影响可以为飞机防冰设计提供有价值的参考。采用粒子图像测速技术，在低速直流风洞中对覆盖不同角冰冰形的翼型在不同攻角时的流场结构进行了详细的实验测量。实验对象包括三种简化的冰形和原始冰形。结果表明，在本研究范围内，覆盖简化冰形的翼型和覆盖原始冰形的翼型在流场参数上的最大差异为35。11％。与原始冰形相比，覆盖简化的角冰冰形的翼型流场中的分离泡距离翼型前缘和后缘更远。在三种冰形简化方法中，将冰角简化成矩形并在冰角之间添加抛物线的连接方式具有比较好的简化效果。在选定的两个区域中，这种简化冰形和原始冰形在翼型绕流流场的参数平均值的差异在14。88％之内。

    SimplifyHorn ice shapeFlow structureAirfoil

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    串列式倾斜拍动翼-固定翼构型的升推性能转化研究

    李港吴江浩李家茗张艳来...
    50-60页
    查看更多>>摘要：昆虫和微型飞行器存在间隙狭窄的串列式拍动翼-固定翼构型。与独立的拍动翼相比，两翼之间的干扰作用可以增强推力，但推力增量能否通过倾斜拍动平面而转化为升力尚不清楚。本文采用浸润边界法和格子玻尔兹曼方法研究了这种串列双翼构型在不同拍动平面倾角下的气动性能。结果表明，当拍动平面倾角为75°时，干扰作用产生的大部分推力增量转化为升力增量，证明了通过倾斜拍动平面实现升推转化的可行性。除了几何投影和有效迎角改变的贡献外，升力增量还来自于两翼位置最接近时的额外升力峰。其流动机制包括两部分:一方面，固定翼阻碍了拍动翼产生的射流并在间隙内产生了较强的水平回流，从而增强了拍动翼上翼面后缘附近的低压区;另一方面，固定翼前方的上洗气流增强了拍动翼下翼面的高压区。进一步分析表明，这种增升机制在多个拍动幅度下有效，因此可以认为该机制在三维构型中仍然存在。上述研究结果揭示了一种通过倾斜拍动平面来增强串列式拍动翼-固定翼构型升力的新机制，为以这种构型为基础的微型飞行器提供了新设计方案。

    Micro air vehiclesUnsteady flowBiomimeticTandem airfoilsLattice Boltzmann method

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    登月舱尺度陨石坑对羽流-月表相互作用影响的数值研究

    赵子熹田诚边靖刘青泉...
    61-74页
    查看更多>>摘要：登月舱着陆期间，陨石坑和其他复杂地形可能会加剧发动机羽流引起的月尘扩散，给探月任务带来干扰和威胁。本文采用direct simulation Monte Carlo(DSMC)方法，研究了嫦娥五号发动机羽流与登月舱尺度陨石坑的相互作用。结果表明，陡峭陨石坑显著改变了近场流动结构，在喷管下方形成明显的回流区。回流区增加了坑壁的风化层侵蚀，将月尘吹入喷管，容易对发动机等设备造成结构损坏。同时，随着陨石坑变陡，羽流被陨石坑所偏转的角度明显增加，从而显著增加了登月舱受到的气动力和气动热;最大扬尘角也显著增大，严重干扰了着陆能见度。对于比较平坦的陨石坑，虽然羽流偏转和扬尘的角度较小，但根据Roberts侵蚀模型计算的总侵蚀通量较大，也意味着对登月舱的严重威胁。这些结果揭示了登月舱尺度陨石坑对羽流-月表相互作用的显著影响，为预测和减轻复杂地形对探月任务的威胁提供了有效参考。

    Plume-surface interactionModule-scale craterDirect simulation Monte Carlo methodRegolith erosionDust dispersion

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    风向改变对非平角冠毛结构周围流场和拖曳力系数影响的数值研究

    傅林涛范庆黄宗柳陈菲...
    75-89页
    查看更多>>摘要：蒲公英种子的良好飞行能力归功于其冠毛结构特征。以往研究主要集中于风从蒲公英种子的冠毛结构底部通过至顶部(简称为"一型风")时，空气流动与种子的相互作用。然而，由于大气湍流和种子结构特征的多样性，蒲公英种子从花序头部脱落或空中飞行过程中，风从蒲公英冠毛结构顶部通过至底部(简称为"二型风")的情况也很常见。但是，目前尚缺乏二型风情况下空气流动与种子相互作用的相关研究。本文中，我们通过数值模拟，考虑风速、冠毛结构角度和孔隙率的变化，研究和比较了在两种风型下冠毛结构模型的拖曳力系数和周围流场分布特征。结果表明:由于风向的反转，流场分布特征和拖曳力系数会发生显著变化。当风从第一型转为第二型时，冠毛丝对气流的干扰从背风侧移前至迎风侧，导致在第二型风时涡环大多数情况下附着在非扁平冠毛结构模型的中心圆盘上，而在第一型风时则发生涡环分离。当风从第一型变为第二型时，压力诱导的拖曳力对总拖曳力的贡献显著增加，从而增强了非扁平冠毛结构模型的拖曳力系数。然而，随着风速、冠毛结构角度和孔隙率的增加，这种增强作用会逐渐减弱。这些发现将有助于种子风驱扩散的定量预测，并为微型仿生飞行器的设计提供一定指导。

    Dandelion seedPappus anglePappus porosityPressure coefficientVortex ring

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    非倒平方根应力奇异性对水力压裂某些裂纹扩展准则的影响

    沈文豪吴璇黄先富
    90-102页
    查看更多>>摘要：水力压裂的数值研究可采用不同的裂纹扩展准则，其中一些准则依赖于线弹性断裂力学的假设，即存在倒平方根应力奇异性和椭圆裂纹轮廓。然而，水力压裂的裂纹尖端可能表现出更弱的应力奇异性，这种现象由称为表观断裂韧性的无量纲参数控制，该参数表示使固体破裂所需的能量与克服流体摩擦所需的能量的比。在流体黏度占主导的情况下，表观断裂韧性从正数一侧趋近于零，应力奇异性阶次降低。当采用一些裂纹扩展准则计算时，结果可能会发生变化，主要是由于倒平方根应力奇异性发生改变，本文采用平直裂纹的数学模型来研究这种现象。在相同的数学模型中分别采用4种常用裂纹扩展准则，使用基于修正切比雪夫多项式和隐式时间积分的高精度方法进行计算。发现瞬态裂缝尺寸和井筒压力在使用不同裂纹扩展准则时存在差异。值得注意的是，当表观断裂韧性小于1。0时，裂纹尖端张开位移准则、连续介质损伤模型和断裂过程区准则在流体黏度占主导的情况下的计算模型很难收敛，本文基于裂纹尖端渐近性质讨论了其中隐含的机制。本文研究为水力压裂中裂缝扩展准则的选择提供了理论基础。

    Crack propagation criteriaStress singularityHydraulic fracturingStress intensity factorFracture process zone

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    不同加工方式形成的波形表面弹塑性接触行为表征

    黄佳鑫张潇月孙晨陈巨兵...
    103-115页
    查看更多>>摘要：不同的加工方法对表面接触行为产生了影响，涉及表面周期性、随机性和屈服应力等方面。本研究采用实验和数值方法，系统地研究了铣削、线切割电火花加工和滚花三种加工方法产生的表面凸起体在不同载荷条件下的接触行为。采用分段辅助的数字图像相关技术结合基于位移的弹塑性判据方法，直接观察了弹塑性边界。对不同加工方式形成的表面进行傅里叶变换，得到对应不同阶次的频率。对比评估了由不同阶次傅里叶频率生成的表面和原始表面的接触行为。全面讨论了接触过程中的接触面积、平均接触压力和塑性演变等参数。此外，还详细研究了在不同载荷条件下表面噪声对接触行为的影响。为了直观展示塑性扩展行为，本研究提出了基于平均接触压力和与每种加工方法形成的表面相关的干涉的塑性演变公式。此外，本文也研究了切向载荷和屈服应力对塑性扩展的影响。

    Experimental characterizationFinite element methodElastic-plastic contact behaviorsDigital image correlation

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    压缩载荷下新型折纸结构的吸能特性研究

    唐勇李奇奇苗秀娟陈博浩...
    116-140页
    查看更多>>摘要：受折纸形状的启发，通过单折纸单元结构(SOSs)的排列获得了两种折纸管。在准静态压缩载荷下，同向折纸管(SOT)的比吸能(SEA)值比反向折纸管(ROT)高13。46％。ROT显示了压缩旋转的变形模式，而SOT则是逐层破碎。通过折纸管和连接板的组合，提出了两层、三层和四层的折纸结构，它们的能量吸收效率明显高于折纸管。这些折纸结构表现出稳定的变形模式，主要是轴向压缩、扭转和混合变形模式。具有四个ROT的折纸结构(4R)的变形模式与麻花的形状相似。关于两层结构，由反向SOT(RSOT)和SOT组成的折纸结构的SEA值明显高于由ROT和SOT以及ROT和RSOT组成的折纸结构。此外，两层折纸结构的压缩性能明显优于三层和四层折纸结构。具有两个RSOT和两个SOT的两层折纸结构(2RS2S)的SEA值分别高于具有四个A细胞的三层折纸结构(4A)和具有一个C细胞和三个D细胞的四层折纸结构(1C3D)68。05％和64。48％。总之，这些折纸结构表现出卓越的机械性能，在吸能结构中具有广泛的应用潜力。

    Origami-inspired structureEnergy absorptionParametric designAxial compressionDeformation mode

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    基于反常热传导的分数阶热弹耦合理论

    尉亚军吴华邓子辰
    141-149页
    查看更多>>摘要：原子模拟和实验研究表明低维纳米材料具有反常热传导特性，建立唯象反常热弹耦合模型，研究强热传导导致的热力耦合响应，对微纳器件的安全稳定运行至关重要。本文旨在从反常热传导的视角重新审视分数阶热弹耦合模型。反常热传导由第二声效应引起，考虑波动热传导理论，建立了波动热传导与粘弹性理论的类比，阐明了Cattaneo-Vernotte模型和Green-Naghdi模型的关联。通过引入分数阶导数，构建了基于Cattaneo-Vemotte和Green-Naghdi理论的分数阶热弹耦合模型。数值结果表明:对分数阶次区间[0，1]，分数阶Cattaneo-Vemotte(FCV)Ⅰ模型和分数阶Green-Naghdi(FGN)Ⅰ-Ⅲ模型都能预测反常热弹耦合响应:比经典热弹性理论更高的温度和应力;温度和应力随时间的变化显示:FGN Ⅱ模型在所有时间范围内都能得到反常响应。对Green-Naghdi模型及其分数阶模型的进一步系统研究，有助于揭示反常热传导和热弹耦合机理，并促进纳米材料的广泛应用。

    Anomalous heat conductionThermoelastic couplingCattaneo-Vernotte modelGreen-Naghdi modelFractional derivative

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