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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。
正式出版
收录年代

    用于薄壁件镜像铣削振动抑制的嵌入式局域共振型超材料研究

    丁北王炜肖聚亮吴志强...
    1-16页
    查看更多>>摘要：在航空、船舶、铁路等领域中,由大型零件组成的壳体是机械结构的重要组成部分.这些工件具有薄壁、刚性弱的特点,因此需要一种高效可行的加工技术对薄壁工件的强迫振动和变形进一步抑制,以提高加工精度.据此,提出了一种具有双振子的嵌入式局域共振超材料,并首次结合磁吸随动支撑技术对薄壁工件的振动和变形进行衰减,通过对元胞模型的频带结构和参数调整规律进行系统研究和验证,证明了该模型具有宽带、轻量化和适用低频的特点.其特点以及相对简单的结构是应用于薄壁结构铣削加工的独特优势.通过镜像铣削实验评估了带有超材料的随动件对工件振动抑制作用的改善.结果表明,组合装置使薄壁工件的均方根幅值减小了近9％,表明其在不同主轴转速下的振动控制性能均优于原装置.因此,将所提出的局域共振超材料应用于磁吸随动支撑技术,为薄壁工件镜像铣削振动抑制提供了一种一体化、高效的解决方案.此外,本文将局域共振超材料扩展到了实际工程领域,有助于从超材料的角度改善镜像铣削的现状.

    Local resonanceBand gapThin-walled workpiecesVibration suppression

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    双晶镁中晶界迁移向晶界滑移的转变

    邢哲源范海冬许传龙康国政...
    17-31页
    查看更多>>摘要：在多晶镁及其合金中,随着晶粒尺寸的减小,晶界塑性(晶界滑移、晶界迁移等)变为主要的变形机制.本文采用分子动力学模拟方法研究了晶界倾斜角度和温度对双晶镁中[1(1)00]对称倾斜晶界的运动的影响.在低温和室温下,当晶界倾斜角度θ≥ 58.36°时,发生以｛0001}面为不变面的剪切耦合晶界迁移;当35.80°＜θ＜58.36°时,晶界迁移和晶界滑移同时发生,晶界迁移的不变面逐渐由｛0001｝面变为{11(2)2｝面;当26.54°≤θ≤35.80°时,发生以｛11(2)2｝面为不变面的晶界迁移;最终,当θ＜26.54°时,晶界滑移成为主要的变形机制.在温度为700 K时,晶界滑移在θ＜58.36°时发生;而晶界迁移在θ≥58.36°时发生.通过比较晶界迁移和晶界滑移的能垒,可以发现能垒更低的变形机制优先发生,从而导致变形机制的转变,这与分子动力学模拟的结果相符.

    Molecular dynamics simulationsMagnesiumGrain boundary migrationGrain boundary slidingTemperature

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    近场水下爆炸对预制破口固支薄板的作用机理研究

    陈思秦健孟祥尧赖志超...
    32-44页
    查看更多>>摘要：本文开展了2.5gTNT炸药在不同预制破口固支薄板下方的水下爆炸实验.实验结果表明:随着破口直径的增加,空气从预制破口涌入将导致气泡更早溃灭,薄板的变形模式也将由"上凸"变形转变为"下凹"变形.接着采用CEL方法开展了对应的数值模拟,并通过实验数据的对比验证了数值模拟方法的准确性.然后开展了不同预制破口直径、不同爆距合不同预制破口形状下的系列数值模拟,结果表明:气泡脉动水射流在预制破口直径在理论最大气泡半径以内时,其对薄板变形的影响很大;爆距在理论最大气泡半径以内时,由于空气从预制破口涌入从而导致薄板只受到单次气泡脉动作用.

    Underwater explosionHoleHigh-speed cameraBubble pulsationFixed plate

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    槽道湍流中无惯性椭球颗粒在结构主导区域的取向行为:形状影响

    崔智文赵立豪
    45-66页
    查看更多>>摘要：近壁湍流中流动相干结构对纤维和碟状颗粒取向行为的影响显著(Cui et al.,2021).然而,这项早期研究仅限于长细比无限大或无限小的椭球颗粒,而未考虑颗粒有限长细比对取向行为的影响.本研究聚焦于槽道湍流的结构主导区域中,无惯性椭球体的取向与形状之间的关系.在结构主导区域中,本研究对Jeffery方程中线性项矩阵的特征系统进行分析,该线性矩阵由颗粒形状和局部流体速度梯度组成.相较于传统基于颗粒附近的涡量和变形率张量分析方法,本研究利用Jeffery方程的特征系统进行分析为预测无惯性椭球颗粒在湍流中的取向行为提供了一个方便、有效和通用的框架.通过Jeffery方程的特征系统,研究揭示了流动相干结构对具有不同形状的椭球颗粒取向行为的影响规律.此外,在结构主导区域中,本研究对涡核区域观察到与形状无关的取向和近壁流向涡结构周围的形状依赖取向进行了解释.

    Non-spherical particleDirect numerical simulationWall turbulenceParticle-laden flow

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    考虑塔影效应的漂浮式风力机尾流和运动响应流固耦合仿真研究

    刘凇仰信志强王磊蔡智名...
    67-84页
    查看更多>>摘要：与固定式风力机相比,漂浮式风力机(FOWT)的塔影效应是一个尚待研究的问题.本文对其进行了全面的数值模拟,使用大气边界层(ABL)入流和JONSWAP随机波作为FOWT的运行条件.通过联合使用计算流体力学(CFD)软件SOWFA和风力机仿真工具OpenFAST实现流固耦合计算.通过分析输出功率、平台运动响应、尾流速度亏损和涡结构来揭示塔影效应对FOWT的影响.结果表明,由于湍流风和漂浮式平台运动引起的速度波动,FOWT的塔影效应对其功率的周期性衰减的影响不如固定式风力机显著.尾流速度亏损分析表明,塔影效应对尾流的影响主要集中在近尾流区域.

    Floating offshore wind turbineTower shadow effectAtmospheric boundary layer inflowJONSWAP waveWind turbine wake

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    非均匀内部热源驱动对流的温度和热通量界

    陈良兵高安康廖紫默万振华...
    85-95页
    查看更多>>摘要：通过理论分析和数值模拟研究了两个水平等温壁面之间受非均匀内部热源驱动的对流,以探索温度和数值热通量的界.具体而言,通过将温度分解为定常的背景温度剖面和脉动温度两部分,解析地推导出了加权平均温度<QT>的严格下界.作为首个考虑非均匀内部热源的解析界,它能与已有的用于均匀内部加热对流的界兼容.更具物理意义的是,通过使用下壁面平均热通量(qb)作为中间变量,我们得到了一个解析关系用于构建<QT>和平均竖直热通量<wT>的不等关系.它揭示了<QT>的下界和<wT>的上界之间的内在关联,即这两个界本质上是等价的,它提供了一种简单的方法将一个界转化为另一个.此外,我们通过一系列全面的数值模拟,对解析界进行了广泛的测试验证.

    Internally heated convectionNonuniform internal heat sourceAnalytical boundsBackground method

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    求解任意网格上可压缩Navier-Stokes方程的鲁棒隐式高阶间断伽辽金方法

    严佳杨小权翁培奋
    96-119页
    查看更多>>摘要：为了提高高阶方法在模拟复杂结构粘性流动时的鲁棒性和收敛性,本文提出了一种隐式高阶间断伽辽金(DG)方法.该种方法在计算稳定性和效率之间实现了良好的平衡,能够有效地处理复杂流动问题.具体地,为了求解线性系统,发展了精确雅可比矩阵求解方法,并应用于广义最小残差(GMRES)方法进行预处理和矩阵向量生成.该方法显著减少了隐式计算中雅可比矩阵的数值误差,提高了计算的准确性和稳定性.同时,通过自适应CFL数增加策略,进一步提高了隐式方法的计算效率.此外,为了提高所提出方法对复杂网格畸变的适应性,所有的模拟都在参数域中进行.这种方法显著提高了隐式计算中质量矩阵的可逆性,从而提高了计算的稳定性.本文还对影响计算稳定性和效率的各种参数进行了全面分析,包括CFL数、Krylov子空间大小和GMRES收敛标准.通过一系列测试算例,证明了将DG方法、GMRES方法、精确雅可比矩阵计算方法、自适应CFL数和参数域相结合,能够显著提高计算的鲁棒性、收敛性和计算精度.这些分析结果为高阶计算中的隐式计算提供了重要的参考价值.

    Discontinuous Galerkin methodExact Jacobian matrixGMRES solverAdaptive CFL numberReference domainHigh-order

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    基于摄像测量的变后掠翼全场动态变形监测新方法

    高利强刘燕江斌葛振东...
    120-132页
    查看更多>>摘要：变体飞行器机翼动态变形监测是实现闭环控制和评估结构安全性的关键.针对具有主动大变形能力的变后掠机翼,本文提出了一种机翼全场三维动态变形摄像测量方法.首先为匹配立体图像对应的同名特征点,提出了一种基于极线约束结合拓扑约束的立体匹配方法;其次提出了一种基于仿射变换与邻近点匹配相结合的方法实现了大变形时序图像中特征点的快速自动跟踪;最后建立动态变形参数分析计算模型获得了位移、后掠变角和展长变化量.通过开展变后掠翼模型动态变形测量实验验证了所提方法的有效性.结果表明,所提方法的实际精度约为测量区域的0.02％(例如,1.6 m尺度下为0.32 mm).在一个变体历程中,机翼后掠变角、展长变化量和位移均先增后减,后掠变角最大为36.6°,展长变化量达到101.13 mm,有效重建了机翼不同变体时的整体构型.

    Morphing aircraftVariable-sweep wingVideogrammetryLarge dynamic deformationTarget matching and tracking

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    碳纳米管复合材料插值双网络模型在电热形状记忆行为中的应用

    付婷晏昭张丽陶然...
    133-153页
    查看更多>>摘要：多壁碳纳米管填充形状记忆聚合物复合材料(MWCNT/SMC)具有增强的模量、强度和导电性,以及优异的电热形状记忆性能,具有广阔的设计场景和工程应用前景.热电触发的形状记忆过程包含复杂的多物理机制,特别是当热电触发的形状记忆过程与基于微观机制的有限变形耦合时.建立多物理场有限变形模型是深入了解ESMC电-热耦合性能的必要条件,有利于ESMC的设计和广泛应用.考虑到MWCNTs与双链网络相互作用的微观物理机制,本文建立了基于MWCNTs之间形成的物理交联网络和化学交联网络的两个叠加网络链的有限变形理论模型.一个完整的交联化学网络被认为具有熵-超弹性特性,与一个物理交联网络叠加在一起,其中渗透理论基于电导率和电热机制.该模型通过一系列实验进行了标定,并进一步用于电场下直接加热和电加热的多重(电和热)触发形状恢复.通过数值算例研究了电激活形状记忆复合材料(ESMCs)的形状记忆行为,以及MWCNT浓度、电场强度和加载应变率对其形状记忆行为的影响.该模型在捕获ESMC的电-热耦合行为方面具有良好的可行性,为MWCNTs填充形状记忆聚合物提供了理论理解和设计指导.

    Shape memory polymer compositeViscoplastic constitutive relationsElectro-thermomechanicsDouble network modelMultiple shape memory

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    基于曲面板压扭超材料的新型超越离合器

    王彦斌欧海峰胡玲玲
    154-165页
    查看更多>>摘要：超越离合器是一种广泛应用于传动系统的单向驱动机构.然而,现有的超越离合器结构复杂,对制备精度要求高,并且在一定程度的磨损后失效.为了解决这些问题,我们提出了一种由锥形结构和新型曲面板压扭超材料组成的新型超越离合器,通过理论计算指导了曲面板压扭超材料的材料分布,保证变形协调,以获得更大的极限扭矩.推导了该超越离合器的传动机理,指导了压扭超材料和锥形结构的参数选择.实验和有限元仿真结果表明,曲面板压扭超材料具有优异的压扭转换效率、柔度和横向刚度,有利于减小超越状态的阻力,保证运行稳定性.采用新型超越离合器构建的单向传动系统在工作状态和超越状态下均表现出可靠的性能.构造的超越离合器提供了一种有效的单向传动方法.该离合器结构简单,具有磨损自补偿能力,在小型化、轻量化设备或机器人领域有很大的应用潜力.

    Overrunning clutchMechanical metamaterialCompression-torsion conversionCurved-plate configuration

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