期刊,力学学报 2024年卷3期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

力学学报

主　　编：郑泉水

出版周期：双月刊

国际刊号：0459-1879

电子邮箱：lxxb@cstam.org.cn

电　　话：010-62536271

邮政编码：100190

地　　址：北京市北四环西路15号2号楼 324 房间

力学学报/Journal Chinese Journal of Theoretical and Applied MechanicsCSCD北大核心CSTPCDEI

查看更多>>《力学学报》由首任主编钱学森等创刊1957年，由中国科学院主管、中国力学学会和中国科学院力学研究所主办。《力学学报》是力学学科的综合性学术刊物，报道在理论和应用力学所有领域里，在理论、方法和实验方面的研究进展。期刊鼓励发表与力学相关的交叉学科的研究成果，力求成为力学与其他工程和科学分支的桥梁，成为有助于中国力学年青学子成长和推动与中国重大工程建设合作的平台。从2012 年开始，学报将提供四个栏目： 1 、特邀论文，2 、全文，3 、快报，4 、对近期在本刊发表论文的讨论。对栏目 1和2的论文从收稿到发表的平均周期，将力争控制在6个月以内；对栏目3和4，则为3个月以内。尽管期刊是逢单月正式发表，论文稿一旦接受发表，将在24小时内网上登出。本刊论文对中国力学学会的所有会员（超过2万人）开放下载

正式出版

收录年代

基于深度算子神经网络的翼型失速颤振预测

席梓严戴玉婷黄广靖杨超...

626-634页

查看更多>>摘要：失速颤振是弹性结构大幅俯仰振动与动态失速气动力耦合所发生的一种单自由度失稳现象,需有效预测其失稳分岔速度与失稳后的极限环振荡幅值.针对NACA0012 翼型大幅俯仰运动气动力预测问题,发展了由嵌入门限循环单元或长短时记忆神经网络单元的分支网络(branch net)和主干网络(trunk net)组成的深度算子神经网络(deep operator network,DeepONet)结构.通过给定大幅俯仰运动下的动态失速CFD气动力数据对深度算子神经网络参数进行训练,建立了高精度动态失速气动力的数据驱动模型,并有效预测其他俯仰运动下的非定常气动力.更进一步,将基于深度算子神经网络的非定常气动力数据驱动模型与结构动力学方程耦合,采用数值积分方法预测失速颤振的失稳分岔速度和不同速度下的极限环振荡特性.结果表明,在动态失速气动力预测精度方面,与普通循环神经网络相比,深度算子神经网络通过引入主干网络结构,可考虑运动与气动力间的迟滞特性,气动力预测平均绝对误差降低 2%,误差分散性更低;在失速颤振预测方面,极限环振荡幅值误差在2%以内,增加来流速度输入的深度算子神经网络模型预测误差显著小于固定速度输入的算子模型.

关键词：

失速颤振深度算子神经网络动态失速非定常气动力神经网络

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万方数据

基于流固耦合的压气机转子叶片非同步振动分析

汪松柏霍嘉欣赵星陈勇...

635-643页

查看更多>>摘要：压气机转子叶片非同步振动是近年来发现的一类新气动弹性问题,表现为叶片振动频率与转频不同步且具有锁频现象,严重影响航空发动机的可靠性和运行安全,目前对其产生机理并不完全清楚.为了深入研究压气机内不稳定流动与叶片非同步振动之间的耦合机制,基于时间推进的方法建立了多级压气机转子叶片全环的双向流固耦合模型,数值研究了刚性叶片与非同步振动柔性叶片的非定常流场、气流激励频率和结构响应特征,揭示了压气机转子叶片非同步振动的流固耦合机制.结果表明:近失速工况下,转子叶尖吸力面径向分离涡的周期性脱落及再附过程是导致叶尖压力剧烈波动的主要原因,其 3 倍谐波激励频率与转子一阶弯曲固有频率接近,提供了叶片非同步振动的初始气流激励源.叶片非同步振动发生时,位移响应表现为等幅值的极限环特征,振动以一阶弯曲模态主导,径向分离涡产生的非整数倍气流激励频率及其谐波频率最终锁定为叶片一阶弯曲固有频率,非同步振动的运动胁迫使得相邻通道叶尖流场周向趋于一致.研究成果及对叶片非同步振动流固耦合机制的认识可为压气机内部不稳定流动诱发的叶片振动失效分析提供有益参考.

关键词：

压气机转子叶片非同步振动流固耦合极限环非定常流动

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万方数据

平行轴涡动黏性充液转子动力稳定性计算和影响因素分析

王威王维民任映霖王珈乐...

644-658页

查看更多>>摘要：超重力离心机转子系统在临界转速之上存在液-固耦合激振诱发的失稳区域,该失稳区域的存在直接威胁充液类超重力离心机转子的安全稳定运行,同时严重制约了离心机转子向高转速、大型化方向发展.本研究旨在探究充液离心机转子的液-固耦合机理及减振措施,通过建立黏性充液转子的流体动力学方程,结合连续性方程以及边界条件并耦合转子的动力学方程,开展超重力充液类离心机转子的动力稳定性的计算方法研究.首先,推导扰动形式的纳维-斯托克斯方程,采用有限差分的数值计算手段求解上述扰动形式的流体动力学方程,得到壁面处的流体压强与流体剪切力并进行数值积分;其次,将所求液体等效主刚度系数及交叉刚度系数与转子动力学方程进行耦合,并采用状态空间法降阶求解动力学方程的阻尼衰减指数和涡动频率.经过对比充液转子系统在变转速区间内的阻尼衰减指数变化瀑布图与交叉刚度变化瀑布图,发现充液转子的稳定性是转子系统的阻尼、刚度、充液比和流体黏性等多个特性参数作用的结果,具体表现为增加转子系统外阻尼以及降低系统交叉刚度对抑制转子失稳与振动具有明显效果.

关键词：

黏性充液转子动力稳定性有限差分法阻尼衰减指数

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万方数据

基于POD方法的EPR燃料棒流致振动特性分析

闵光云冯琳娜姜乃斌

659-669页

查看更多>>摘要：EPR(European pressurized reactor)燃料棒相比M310 燃料棒的棒长更长,导致其频率降低、幅值增大,在冷却剂的作用下,会加剧格架与棒束之间微动磨损(grid-to-rod fretting,GTRF),进而造成放射性物质的泄漏.将EPR燃料棒简化为 3D梁模型,将刚凸和弹簧对燃料棒的约束等效为弹性约束,将带格架的燃料棒简化为多跨连续简支梁模型,然后基于ANSYS-APDL建立了EPR燃料棒的有限元模型.阐述了湿模态分析和湍流激振响应分析的基本原理,整理了 12 个格架失效工况,系统地研究了格架失效对湿模态和湍流激振响应的影响.针对EPR燃料棒流致振动问题,提出了采用本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)原理分析EPR燃料棒流致振动特性的方法,通过对快照矩阵进行POD分解生成投影子空间,将湍流激振响应投影到子空间进行模型降阶,最后在物理空间快速地重构湍流激振响应.结果表明:格架失效会导致频率降低,且湍流激振响应的幅值会在格架失效处增大;当格架失效使得EPR燃料棒模型成为悬臂梁结构时,湍流激振响应最大;前 2 阶POD降阶模型基本能快速重构燃料棒的湍流激振响应,且误差非常小.文章的研究将有助于核反应堆工程的优化和设计.

关键词：

流致振动POD方法EPR燃料棒模态分析格架失效

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万方数据

正方形布置四圆柱结构流致振动响应特性研究

胡中明王嘉松孙远坤郑瀚旭...

670-681页

查看更多>>摘要：通过风洞实验研究了正方形布置四圆柱的流致振动特性,实验雷诺数Re = 3200～28900,圆柱间距比S/D = 1.5～4.0(S为两圆柱圆心间距,D为圆柱直径),质量比m*≈ 345.0.结果表明,当S/D≤2.0 时,上游圆柱1 和 2 呈现涡激振动和类弛振耦合响应,下游圆柱 3 和 4 呈现涡激共振和尾流弛振耦合响应;当S/D=2.5～3.0,上游圆柱 1 和 2 除了在约化速度超过一定值时存在弱振动外,基本接近单圆柱涡激振动响应,下游圆柱 3 和4 表现为分离的涡激共振和尾流弛振响应;当S/D = 4.0 时,上游圆柱 1 和 2 振动响应几乎和单圆柱一样,而圆柱 3 和 4 仍呈现分离的涡激共振和尾流弛振响应.当圆柱呈现涡激振动(上游圆柱)或涡激共振(下游圆柱)时,涡脱频率fs锁定于固有频率fn的 1 倍谐频,而当圆柱呈现剧烈的类弛振响应(上游圆柱)或尾流弛振响应(下游圆柱)时,fs则会出现明显的多倍谐频;圆柱模型振动频率fo主频始终锁定于fn的 1 倍谐频.通过对比正方形四圆柱和双圆柱流致振动特性,发现双圆柱动力学响应规律在一定程度上仍适用于正方形布置四圆柱.

关键词：

流致振动风洞实验正方形四圆柱涡激振动流固耦合

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万方数据

时变载荷作用下饱和黏土地基的流变固结特性研究

王立安余云燕孙建忠陈辉...

682-690页

查看更多>>摘要：基于Biot多孔介质理论,利用分数阶Kelvin模型描述土骨架流变效应,引入斜坡、三角形和梯形载荷的时空域解析函数,构建时变载荷作用下饱和黏土地基的三维轴对称固结模型.采用Hankel-Laplace联合变换和张量运算推导控制方程的变换域解析解,利用数值反演得出时空域解.通过算例分析,对模型和计算方法的有效性进行验证,并研究了 3 种时变载荷作用下饱和黏土地基的流变固结行为和参数影响规律.结果表明,饱和黏土的次固结沉降更为显著.土骨架流变性对孔隙水渗透具有抑制作用,使土体在主固结阶段沉降速率减缓,次固结阶段沉降速率加快,而且长期沉降量增大.加载速率越大,孔隙压力峰值越大.卸载阶段土体发生变形恢复,土骨架弹性扩张产生负孔压,卸载速率越大,产生的负孔压越大.土骨架流变性越强,变形恢复量越小,产生的负孔压也越小.载荷类型和加载路径主要影响固结过程中位移和孔压随时间的变化形态,而土骨架流变性影响土体的长期沉降量.

关键词：

时变载荷流变性饱和黏土固结Hankel-Laplace联合变换

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万方数据

硬磁软材料输流管的屈曲不稳定性分析

马地龙王琳陈伟

691-703页

查看更多>>摘要：输流管道广泛应用于海洋工程、航空航天、先进制造和生物医学等工程行业和前沿科技领域.在内部流体作用下,软材料输流管易丧失稳定性并出现较大位移.因此,如何预测其稳定性以及调控其力学行为显得至关重要.基于Hamilton原理,建立了磁调控下硬磁软材料输流管道的动力学理论模型,推导了铰支-可滑动铰支边界条件下输流管道的控制方程.在Galerkin方法离散的基础上,对输流管系统进行了稳定性分析.研究发现:当流速小于失稳临界值时,输流管在静态平衡位置保持稳定;当流速大于失稳临界值时,输流管以静态分岔形式发生屈曲失稳.通过求解输流管道的非线性控制方程,得到管道的非线性力学响应.研究结果显示,磁场力幅值P和磁偏角α会共同影响输流管系统的非线性力学响应行为,α的取值决定了系统临界流速和管道屈曲形状随P值增大的演化趋势,实现了对管道屈曲变形行为的磁调控.理论模型还可方便地推广应用于非均匀磁化管道的力学响应分析之中.文章采用的磁场调控方法具有非接触式和快速响应等优势,可望进一步应用于医用器械及极端环境作业等领域.

关键词：

硬磁软材料输流管道稳定性磁调控屈曲

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分区参数对超声速湍流燃烧动态分区火焰面模拟的影响

南江浪张政姚卫刘凤君...

704-714页

查看更多>>摘要：文章基于动态分区火焰面模型(DZFM)和改进延迟分离涡(IDDES)湍流模型对DLR中心支板稳焰的超声速燃烧室进行数值模拟.对无反应状态燃烧室的模拟准备复现了燃烧室内复杂的波系结构以及中心射流失稳发展过程,燃烧状态下的模拟结果较好地捕捉了火焰推举、OH基团以及平均温度等火焰结构特征,由此验证了所采用数值模拟方法的适用性.此外,由反应状态标量(OH基)在混合分数空间中的分布可知,反应标量与混合分数在全场内不满足强相关性.通过增加流向坐标、马赫数以及燃烧热释放速率作分区参数可显著抑制反应状态标量在混合分数空间内的条件脉动,其中热释放速率的作用最显著.进一步对比采用不同多参数分区的DZFM模型所得火焰结构,发现对于处于预混燃烧状态的支板尾迹区以及高雷诺数剪切层区域火焰,采用包含燃烧热释放速率、流向坐标以及混合分数作为分区指标的三参数分区DZFM模型可显著提高模型的准确性.

关键词：

超声速燃烧动态分区火焰面多参数分区条件脉动改进延迟分离涡模拟

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非对称微沟槽表面液滴各向异性润湿行为研究

胡海豹丁海艳曹刚李明升...

715-722页

查看更多>>摘要：液滴在各向异性表面的润湿行为对于液滴操作和运动控制具有重要的科研与工程价值.采用重力式测试系统对非对称沟槽表面上液滴各向异性润湿行为进行表征,分析了沟槽几何结构非对称性、沟槽高度和宽度以及浸油处理对液滴静润湿与动润湿行为的影响规律.结果表明,沟槽几何结构不对称性会影响液滴润湿状态,液滴在非对称沟槽表面不同方向上接触角差异比对称沟槽更大,使得各向异性更显著;浸油处理会减小沟槽表面液滴接触角,从而表现出更明显的各向异性;非对称沟槽表面的接触角随沟槽高度增大而减小,随宽度增大而增大,表面浸油处理会缩小试件间接触角的差异,高度和宽度对浸油处理后的非对称表面的调控作用基本失效;当沟槽宽度增加时,浸油处理后的非对称沟槽表面滑动角减小,同时液滴沿非对称沟槽大顶角向小顶角方向运动时的滑动角大于沿反方向运动时的滑动角,且液滴体积越大,滑动角越小.最后,对上述规律进行了接触线理论分析,并从表面能模型角度推导出滑动角理论公式,与实验结果基本吻合.

关键词：

非对称微沟槽各向异性润湿浸油接触角滑动角

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基于深度学习建表的宽域发动机火焰面燃烧模型构建与验证

于江飞连城阅汤涛唐卓...

723-739页

查看更多>>摘要：以新型宽域发动机为动力的未来新一代飞行器的研发迫切需要CFD方法来进行高效高精度的辅助设计.文章把传统的火焰面/进度变量燃烧模型与深度学习和神经网络方法相结合,构建了新的智能化改进的燃烧模型并进行了算例测试与验证,在保证计算效率的同时提高了预测精度.首先,给出了人工神经网络的构建方法,包括数据库划分、数据归一化以及模型的训练等;然后,测试分析了不同函数结构对新建模型的影响,并讨论了基于CPU和GPU的求解器框架下内存占用优化问题;最后,把智能化模型耦合到GPU求解器上对飞行马赫数 4～12 的 3 个发动机算例进行了数值模拟.结果表明,智能化改进的模型可代替传统火焰面/进度变量数据库从而实现高维参数建模及模型改进,并可以成功运行在GPU上;智能化改进的模型比传统的模型平均误差减小量均超过了50%,算例误差最大减小值可达57.2%.

关键词：

火焰面/进度变量模型全连接神经网络宽域发动机燃烧模型数值模拟

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