期刊,力学学报（英文版） 2024年卷9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

微重力下同轴旋转体间稳态液面轮廓

李文吴笛李永陈舒扬...

1-9页

查看更多>>摘要：在太空中，由于表面张力发挥着重要作用，液体的行为与地面上有很大不同。本文研究了微重力下两个同轴旋转体之间的静态液面，推导出了液面轮廓的理论表达式，并开发了基于该表达式的快速预测液面轮廓的程序。通过考虑不同的液体接触角、液体体积和容器几何形状，采用有限体积法进行了数值模拟，并在北京落塔中进行了微重力实验，数值和实验结果与理论预测吻合良好。此外，还讨论了恒截面环形空间中和含中心柱贮箱内的稳态液面。液体在外壁面上的爬升高度会随着液体接触角的增大而明显减小。本文的理论模型和成果将对空间液体管理和液态推进剂剩余量的评估有很大帮助。

关键词：

Capillary surfaceCoaxial conesDrop towerMicrogravityShooting method

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万方数据

颗粒团聚和相间相互作用影响纳米生物复合材料的杨氏模量:数学模型的视角

Pooriya SarramiMohammad RafieniaSaeed Karbasi

10-21页

查看更多>>摘要：计算建模是一种通过进行最少数量的实验来优化支架杨氏模量的新方法。然而，提出一种建模算法来预测杨氏模量并表征控制参数是一项具有挑战性的任务。在这里，考虑到颗粒团聚和相间相互作用，提出了一种新的建模方法来估计支架的杨氏模量。利用这两种现象的特征参数，我们使用简单的三步算法来修改麦克斯韦模型，以确定这些参数的最优值并预测杨氏模量。有趣的是，与其他两个模型相比，该模型在所有研究案例中的精度都超过95％，并且表现出明显更好的性能。例如，该模型将聚(3-羟基丁酸酯)-角蛋白/羟基磷灰石纳米棒的杨氏模量的平均绝对相对误差从25。1％降低到0。08％，证明了该模型在预测支架杨氏模量方面的高效性。这项研究结果可以简化制备具有最佳机械性能的纳米生物复合材料的方法，降低成本和能耗。

关键词：

Predictive modelsMechanical propertiesPolymer nanocompositesParticle agglomerationBone tissue engineering

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万方数据

陆相页岩凝析气藏注气解除反凝析机理研究

李龙龙秦星周朝刘曰武...

22-34页

查看更多>>摘要：陆相页岩凝析气藏的主要特征包括热演化程度低和裂缝网络连通性差。当压力衰减至露点压力时，近井地带开始析出凝析油，导致地层流体流度降低。与裂缝网络连通性差相似，该行为会降低产能和最终采收率。注气解除反凝析已经在常规凝析气藏和海相页岩凝析气藏开发中取得良好效果，本文旨在探讨其在陆相页岩凝析气藏中的应用。以中国四川盆地复兴区块某陆相页岩凝析气藏为例，采用组分模型研究注气解除反凝析机理。结果显示，注Co2消除凝析油的主要机理是再气化，通过加压和混相实现，前者占主导地位。根据地层中凝析油总量变化趋势对注入过程进行阶段划分，单裂缝模型可以划分为4个阶段，裂缝网络模型可以划分为6个阶段。针对每个阶段，结合相态和流动模式详细分析了变化趋势及其原因。此外，注气介质敏感性分析结果表明，注产出气的解除反凝析效果优于甲烷，优于CO2。最后研究了循环注产出气的效果，并对注气策略进行了优化。本文工作为陆相页岩凝析气藏开发提供了理论和技术支持。

关键词：

Gas injectionGas condensateContinental shale reservoirMechanismNumerical simulation

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万方数据

基于计算机仿真和体外实验的患者特异性二叶式主动脉瓣膜血流动力学研究

颜文涛黎健明张博文王文硕...

35-46页

查看更多>>摘要：二叶式主动脉瓣(BAV)是一种常见的先天性的主动脉瓣膜畸形，具有多种畸形结构表征。不同分型BAV可导致继发性的主动脉疾病，包括钙化性主动脉瓣狭窄和主动脉扩张，但其病因目前仍具争议。本研究基于临床CTA数据和压力数据，建立了三种分型的患者特异性的BAV仿真模型和硅胶模型(Type 0 A-P、Type 1 R-N和Type 1 L-R)，采用流固耦合仿真和数字粒子图像测速实验相结合的研究方法，定量分析不同分型BAV患者的血流动力学、结构力学特征和流场特性。研究结果表明，仿真和实验研究的血流动力学参数与临床数据相一致，验证了模型的准确性。患者特异性模型最大主应变较高的位置与钙化部位关系表征继发性主动脉瓣狭窄的机制，患者特异性模型主动脉壁面切应力峰值(＞67。1 Pa)超过37。9 Pa，并在此切应力下长期作用可导致内皮细胞表面损伤而发生重塑，从而增加主动脉扩张的风险，而主动脉壁面切应力分布主要是由BAV分型直接导致的，因此会出现以分型为导向的不同部位不同程度的扩张。患者特异性模型黏性切应力峰值最大为5。23 Pa，其值小于剪切诱导红细胞发生溶血的阈值(150 Pa)和血小板活化的阈值(10 Pa)，但与血小板致敏的阈值(6 Pa)接近，流场特性指标的结果表明患者特异性模型发生溶血的风险低，而存在血栓形成的风险。本研究提供了一套全面的BAV疾病的研究方法，为不同分型的BAV引起的钙化性主动脉瓣膜狭窄和主动脉扩张提供一定理论依据和指导，为BAV潜在的溶血和血栓形成风险提供生物力学依据，对于BAV的临床诊断和治疗有重要价值。

关键词：

Bicuspid aortic valveDigital particle image velocimetryFluid-structure interactionHemodynamicsPatient-specific model

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万方数据

黏结区模型在人工柔度和不连续力方面的改进

Ala Tabiei孟礼

47-67页

查看更多>>摘要：黏结区模型在断裂扩展方面被广泛而成功的应用，但仍然存在一些基本问题被忽视需要解决。本文研究了黏结区模型中的人工柔度和不连续力。首先，介绍了关于黏结单元(局部坐标系、刚度矩阵和内部节点力)的理论。局部坐标系被定义用于获得局部分离。八节点黏结单元的刚度矩阵是从应变能的计算中导出的。黏结单元与体积单元之间的内部节点力是根据虚功原理得出的。其次，从零厚度和有限厚度的黏结单元的有效刚度角度解释了人工柔度的原因。基于有限厚度黏结单元的有效刚度，可以通过调整黏结单元的刚度来完全消除人工柔度。1D和3D模拟验证了这一结论。第三，分析了三种损伤演化方法(单调增加的有效分离、损伤因子以及有效分离和损伤因子的结合)。在恒定卸载和重新加载条件下，没有不连续力和愈合效应的单调增加的损伤因子方法显示出比其他两种方法更好的选择。所提出的改进方法已经编码到LS-DYNA用户定义材料中，并且通过落锤撕裂试验获得的模拟结果验证了这些改进。

关键词：

Cohesive zone modelStiffness matrixArtificial complianceDamage evolution methodDiscontinuous force

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万方数据

创新型对称双稳态复合材料翼的快速翻转响应研究

Sara HijaziSamir Emam

68-82页

查看更多>>摘要：本文通过数值研究，探讨了一种创新设计的双稳态对称复合材料翼的平衡形状和快速翻转响应。该设计是由一个对称的平板和一个带有小翼尖的复合板组成，后者采用了文献中新近提出的改进型混合双稳态对称层压板。小翼尖的混合铺层解决了非对称层压板在连接到另一个结构时失去双稳态的问题。基于Rayleigh-Ritz方法，为复合板开发了一个考虑几何非线性、翼根处的夹紧条件以及界面处兼容性条件的近似分析模型。该模型预测的静态平衡位置与ABAQUS有限元结果进行了验证，取得了非常好的一致性。研究还考察了所提设计中的几何和材料参数对静态平衡形状和快速翻转响应的影响。考虑了以下参数:平板与双稳态小翼尖的长度比、双向玻璃纤维环氧层厚度及其位置、载荷作用位置以及翼展的锥度和展弦比。研究发现所有这些参数都具有显著影响，并对其效应进行了讨论。这项工作的新颖之处在于，它将双稳态层压板作为更大柔性结构的一部分来呈现其平衡形状和快速翻转响应，模仿了实际应用中的情景。

关键词：

Compound laminateBistable wingHybrid symmetric laminatesSnapthrough

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万方数据

考虑Rashba效应及非线性耗散效应的混合压电-磁致伸缩结构中的应变诱导快速磁畴壁运动

Sumit MaitySarabindu DoluiSharad Dwivedi

83-97页

查看更多>>摘要：本文主要目的是分析磁致伸缩材料薄层中磁畴壁的运动，这类材料可以完美附着在厚压电器的上表面。我们的分析中考虑了一类横观各向同性的六角形亚类磁致伸缩材料，这些材料展示了结构反转非对称性。为此，我们利用了一维扩展Landau-Lifshitz-Gilbert方程描述在磁场、自旋极化电流、磁弹性效应、磁晶各向异性、Rashba场和非线性干摩擦耗散等因素影响下的磁化动力学。通过标准的行波近似法，我们推导出了最相关动态特性的解析表达式:速度、迁移率、阈值、击穿和畴壁的传播方向，包括稳态和进动动态状态。我们的解析研究提供了如何有效控制磁畴壁运动的参数的见解。解析结果的数值模拟与近期的观测结果定性上一致。

关键词：

Domain wallMagnetoelastic fieldExtended Landau-Lifshitz-Gilbert equationDry-friction dissipationRashba effect

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万方数据

水轮发电机组非平稳随机振动可靠性方法

李兆军刘福秀蔡敢为丁江...

98-115页

查看更多>>摘要：水轮发电机组的水流激励具有明显的非平稳特性。为了研究水流激励的非平稳特性，本文对水轮发电机组的非平稳随机振动可靠性方法展开研究。首先，分析了水流激励的非平稳特性，并利用虚拟激励法建立了水流激励的数学表达式。其次，建立了水轮发电机组的动力学模型，探明了水流激励下机组的非平稳随机振动特性。再次，将Kriging模型、蒙特卡罗模拟(MCS)方法和信息熵学习函数H相结合，提出了一种基于主动学习的非平稳振动可靠性分析方法AK-MCS-T-H。该方法揭示了非平稳水流激励对水轮发电机组随机振动可靠性的影响。最后，通过实例分析了水轮发电机组的随机振动可靠性。研究表明，本文提出的AK-MCS-T-H能够有效地解决混流式水轮发电机组的非平稳随机振动可靠性问题。

关键词：

Hydro-turbine generator unitHydraulic excitationNon-stationarityVibration reliabilityActive learning

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万方数据

具备能量采集和速度感知的复合式能量采集器及其自传感应用

王志霞邱宏蕴焦宣博王炜...

116-130页

查看更多>>摘要：实时车载健康监测系统对铁路行业保持高质量服务和运行安全至关重要。然而，目前监测系统中传感器的电源供应问题仍然存在，特别是对于缺乏车载电源的货运列车。为此，本论文提出了一种用于车辆能量收集和速度感知的压电-摩擦电复合式旋转能量采集器(HPT-RG)。HPT-RG借助旋转自适应技术软化驱动梁的等效刚度，促使压电梁突破谐振的限制而工作在超低频领域。实验表明，HPT-RG可以将列车的旋转能量转化为电能，进而驱动无线温度传感器工作。为了在列车轴箱有限空间内实现多维监测，HPT-RG增加了摩擦电传感模块来感知车辆的运行速度和里程。此外，样机在列车转向架轴箱轴承上进行了超过600 h的官方测试，测试结果表明样机具有较好的机械耐久性。本文提出的HPT-RG对于建立货运列车自供电、免维护和零碳车载无线监控系统至关重要。

关键词：

Energy harvestingSpeed sensingRotational self-adaptive techniqueLow-frequencySelf-powered wireless monitoring

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万方数据

考虑压电骨基质的骨细胞模型生物力学分析

王熹宇杨政彪薛艳茹钦逸仙...

131-148页

查看更多>>摘要：骨细胞是骨骼中的初级细胞，在感知外部载荷和调节其他骨骼细胞方面发挥着至关重要的作用。由于构成骨骼的矿化基质和胶原蛋白具有压电效应，会将受到的力学刺激转化为电刺激，从而影响骨重建等过程。尽管骨细胞非常重要，但是许多研究都集中在其机械载荷和流体流动方面，在微观尺度上关于力学传感器的压电效应研究仍是空白。本研究中我们建立了一个包含压电骨基质的骨细胞有限元模型。该模型主要由骨陷窝包围的骨细胞胞体、骨小管包围的骨细胞突触以及中间流过的带电离子液体组成，此外，还建立了胶原小丘和初级纤毛等力学传感器。我们对骨基质施加了三向位移载荷，评估了不同力学传感器的信号变化。不同力学传感器感受到的差异主要是由于极化方向上的流体速度变化大于其他方向的变化，其中胶原小丘对压电信号的变化不敏感，主要通过与突触接触进行力学信号传递。与此相反，突触和初级纤毛对压电信号的变化非常敏感。与其他方向的突触相比，极化方向上的突触对压电信号的变化感知明显。初级纤毛对流体流动压力的变化尤其敏感，这种变化同时受到加载速率和外部压电效应的影响。总之，我们的发现揭示了压电环境下骨细胞内机械感知的复杂性，这为我们的理解增添了新的维度，并为未来的骨重建和细胞机械行为研究提供了途径。

关键词：

OsteocytePrimary ciliaCell processCollagen hillockPiezoelectric effect

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