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期刊信息/Journal information
力学学报
力学学报

郑泉水

双月刊

0459-1879

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010-62536271

100190

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

    基于神经算子与类物理信息神经网络智能求解新进展

    李道伦沈路航查文舒邢燕...
    875-889页
    查看更多>>摘要：深度学习通过多层神经网络对数据进行学习,不仅能揭示潜藏信息,还能很好地解决复杂非线性问题.偏微分方程(PDE)是描述自然界中许多物理现象的基本数学模型.两者的碰撞与融合,产生了基于深度学习的PDE智能求解方法,它具有高效、灵活和通用等优点.文章聚焦PDE智能求解方法,以是否求解单一问题为判定依据,把求解方法分为两类:神经算子方法和类物理信息神经网络(PINN)方法,其中神经算子方法用于求解一类具有相同数学特征的PDE问题,类PINN方法用于求解单一问题.对于神经算子方法,从数据驱动和物理约束两个方面展开介绍,分析研究现状并指出现有方法的不足.对于类PINN方法,首先介绍了基础PINN的3 种改进方法(基于数据优化、基于模型优化和基于领域知识优化),然后详细介绍了基于物理驱动的两类解决方案:基于传统PDE离散方程的智能求解方案和无网格的非离散求解方案.最后总结技术路线,探讨现有研究存在的不足,给出可行的研究方案.最后,简要介绍智能求解程序发展现状,并对未来研究方向给出建议.

    神经网络PDE智能求解神经算子网格离散物理驱动

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    高超声速流场激光测速技术研究进展

    栗继伟罗凯尚甲豪王业军...
    890-914页
    查看更多>>摘要：高超声速气流条件下飞行器内/外部流动中存在强湍流及脉动、边界层转捩、激波-边界层干扰和高温真实气体效应等耦合效应,表征该非定常流动现象对飞行器气动力、气动热以及目标光电特性等产生的影响是高超声速流动研究中的前沿课题.速度作为表征流动过程最重要的参数之一,准确的速度测量对于深入理解上述复杂流动-传输机理以及高超声速飞行器设计具有重要指导意义.文章针对高超声速流场速度测量中几种常用的非接触式激光测试技术进行了综述,主要包括基于空间法的粒子图像测速,基于激光吸收光谱、激光诱导荧光和瑞利散射的多普勒测速,基于飞行时间法的分子标记测速,以及基于流场折射率的聚焦激光差分干涉测速技术.首先简要介绍每种激光测速技术的基本原理,然后进一步介绍该技术在高超声速自由流、层/湍流边界层、激波/边界层干扰、尾流或其他复杂流动区域的速度及其脉动度测量等方面的典型应用,分析各种技术环境适用性及面临的局限性和挑战.最后对基于激光技术的高超声速流场速度测量进行了总结及发展趋势展望.

    高超声速流动速度场非接触式测量激光诊断飞秒激光脉冲

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    局部凸起在V形钝前缘模型中的降热特性研究

    李帅姜振华张珊尹同...
    915-927页
    查看更多>>摘要：三维内转式进气道的唇口结构通常存在复杂的激波干扰及严酷的气动热载荷,严重威胁高超声速飞行器的性能与安全.在 6.0 马赫的高超声速流动中,以V形钝前缘模型为研究对象,设计了局部凸起的被动流动控制降热方案.采用数值模拟手段,首先研究了局部凸起方案的降热能力以及降热原理,然后初步优化了局部凸起的位置、高度以及宽度等关键设计参数,最后分析了优化后的局部凸起方案的攻角、侧滑角及马赫数的适用性.研究结果表明:上游凸起边缘形成的斜激波与主马赫反射结构形成的透射激波发生干扰,能够减弱其冲击壁面的强度,实现降热的目的;驻点凸起通过改变超声速射流的对撞角度,能够降低其对撞的强度,实现降热的目的.原始方案的降热能力约为 37.75%,在对局部凸起的关键设计参数进行初步优化后,优化方案的降热能力将提升至 44.60%.设计工况下的优化方案具有良好的攻角适用性,而高度可变的优化方案可以较好地适用于有侧滑角及高马赫数的流动.在研究范围内,高度可变的优化局部凸起方案的降热能力均高于20%.

    内转式进气道V形钝前缘气动热流动控制局部凸起

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    均匀旋转对圆柱水动力及流动结构的影响

    刘天羽胡海豹宋健任峰...
    928-942页
    查看更多>>摘要：基于格子Boltzmann方法(LBM)对均匀旋转控制下的低雷诺数(Re = 100)圆柱绕流问题进行了数值模拟,得到了转速比从 0～10 变化下,旋转控制对圆柱水动力及流动结构的影响规律.使用动态模态分解(DMD)对流场特征进行提取,并分析了施加旋转控制之后转速比对流场不同模态和增长率的影响.结果表明,随着转速比增大,圆柱下游流动结构依次呈现出卡门涡街、剪切层、反向剪切层、单侧涡和附着涡 5 种结构;阻力系数时均值先减小,随后在转速进入单侧涡区间后增大,升力系数与力矩系数的时均值均单调增加,同时,在出现涡脱落的两个转速区间内,水动力出现了明显的波动,且二次失稳时波动幅度更大.DMD的结果表明,圆柱下游的流动结构主要受圆柱壁面的旋转影响而发生改变并产生全新流动模态;旋转会对流动稳定性产生影响:在未充分发展阶段,旋转对流动稳定性的影响不显著,而在充分发展后,各转速下的流场不稳定模态数均远少于未充分发展阶段,随着转速比的增大,流动稳定性会产生不同程度的增强或减弱,且无涡脱落时的稳定性高于有涡脱落时,因此,通过旋转控制抑制尾涡脱落可以有效增强流动的稳定性.

    圆柱绕流旋转控制格子Boltzmann方法动态模态分解流动稳定性

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    带气囊结构航行体入水回收动力学特性研究

    职明洋燕国军孙龙泉王鹏霄...
    943-959页
    查看更多>>摘要：针对大尺度模型入水航行体的回收问题,为避免结构入水下落产生的过大入水深度对发射平台的安全造成威胁,并提升模型航行体的回收效率.文章设计了一种带气囊的航行体结构,认为气囊自空中释放并与航行体同步入水,经上浮后确保结构回收,并给出了模型具体的设计参数.同时基于耦合欧拉-拉格朗日(CEL)算法建立了带气囊结构入水回收的数值计算模型,结合相关球体入水以及AUV头段入水试验结果,验证了数值方法的有效性并选取了本模型的无关性网格尺度.在此基础上,开展了不同气囊体积下航行体垂直入水回收的计算,选取了该结构对应的最佳气囊体积.随后,针对不同入水参数(入水速度、攻角以及气囊固定位置)进行了带气囊结构航行体入水回收过程的对比分析.研究结果表明,气囊体积对回收效率的提升具有正相关作用,且在体积的选取中应兼顾回收效率与气囊内压响应;入水速度的增加诱导系统运动规模同步增加,不利于回收的进行;入水攻角以及气囊固定位置的不同造成不同阶段航行体偏转运动的差异,气囊固定在航行体中部且较大的入水攻角有利于航行体模型的入水回收.

    航行体回收结构入水气囊姿态偏转耦合欧拉-拉格朗日方法

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    表面润湿性对球体斜射入水过程的影响研究

    刘思华李利剑朱晋王占莹...
    960-971页
    查看更多>>摘要：针对球体表面润湿性对倾斜入水空泡演化过程及球体动力特性的影响开展研究,以便能够进一步理解润湿性对入水过程的影响并且能够为多种情况下的入水现象提供理论依据.基于球体入水过程空泡形态观察、采集与测量实验平台,分析了亲水性和疏水性球体入水过程中入水喷溅和空泡的演变规律,并深入讨论了不同速度下球体表面润湿性对球体入水过程中动力特性的影响.研究表明,不同表面润湿性球体在入水过程中的喷溅及入水空泡演化与动力特性存在明显区别.在相同入水速度下,亲水性球体的三相接触点远高于疏水性球体,而喷溅的高度却低于疏水性球体,但该差异随入水速度的增加反而减小.随着入水速度的增大,亲水性球体依次经历了无空泡、浅闭合和面闭合 3 种闭合方式,而疏水性球体先后只出现了深闭合和面闭合两种.但是,随着入水速度的增加,球体表面润湿性对空泡演化过程的影响逐渐减弱,当速度增加到 11.25 m/s时,二者不存在区别.同时发现,在入水过程中,在相同速度下生成入水空泡较无入水空泡其总流动阻力系数降低49.94%;亲水性球体生成空泡体积更小,空泡带来的附加质量力也更小,减阻效果更好.

    表面润湿性亲疏水性入水喷溅空泡演化空泡闭合动力特性

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    降低圆柱升力脉动的智能自适应旋转控制

    任峰都军民李广华
    972-979页
    查看更多>>摘要：针对圆柱绕流的闭环主动控制问题,采用强化学习获得自适应的控制策略,利用圆柱下游的 6 个速度测点作为状态反馈,通过施加旋转作用来降低圆柱的升力脉动.为了获得高保真的流场时空演化历程,采用基于格子Boltzmann方法的求解器,其中结合多块网格以获得足够大的计算域并增强对近场流动的解析效果,以及多重直接力浸没边界方法以准确处理旋转圆柱边界.基于该控制回路和高保真数值环境,实现了降低孤立情形下圆柱升力脉动 92.5%,降低阻力脉动 44.3%的效果,同时尾流回流区长度增大了 36.4%.通过局部线性稳定性分析发现,施加控制后流动的绝对不稳定性区域延长 36%,此时尾流绝对不稳定区域最不稳定扰动频率偏离涡脱落频率.此外,基于策略迁移学习,在上游圆柱尾流干扰的情形下实现了降低下游圆柱升力脉动 95.9%的控制效果,但同时也带来阻力增加约 1 倍的代价.本研究为降低圆柱升力脉动提供智能自适应旋转控制方案,并为未来开展复杂流动的智能控制提供详细案例参考.

    主动流动控制强化学习圆柱绕流格子Boltzmann方法

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    基于卷积神经网络的地面尾喷焰流场预测

    闫盼盼牛青林高文强董士奎...
    980-990页
    查看更多>>摘要：针对采用传统计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法计算火箭发动机尾喷焰耗时较大的问题,提出了一种基于卷积神经网络方法的地面尾喷焰反应流场智能预测模型,用于实时、快速生成典型发动机型谱参数条件下的高精度喷焰流场结果.以固体弹道评估发动机(ballistic evaluation motor Ⅱ,BEM-Ⅱ)为研究对象,在一定发动机型谱参数范围内采用拉丁超立方抽样方法抽选样本空间,将基于CFD方法计算的 40 个尾喷焰稳态流场样本作为模型训练数据集.采用编码器-解码器结构,引入并行解码器、反卷积层和瓶颈层,使模型能够在数量较少的样本下取得良好的训练效果.采用试车实验数值结果验证和评估了不同欠膨胀状态下尾喷焰流场智能预测模型CNN-PLUME的预测性能.结果表明:建立的尾喷焰智能预测模型回归系数接近于 1,模型鲁棒性强;可实时生成尾喷焰反应流场结果,模型效率高;喷焰流场预测结果与试验校核数据高度一致,模型预测精度高;在不同欠膨胀状态下尾喷焰流场最大误差为 14.17%,模型泛化能力较强.该模型可为地面试车尾喷焰流场规律以及发动机型谱参数设计提供方法支撑.

    固体火箭发动机尾喷焰卷积神经网络智能预测复燃

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    基于态基近场动力学的碳化硅陶瓷圆柱壳体断裂损伤分析

    蒋雷雷沈克纯潘光黄毅华...
    991-1005页
    查看更多>>摘要：碳化硅(SiC)陶瓷材料具有优异的力学性能,广泛应用于各种工程部件中.然而,陶瓷是脆性材料,当发生脆断时会造成巨大的危害.因此对其断裂行为的准确预测显得极为重要.为了研究SiC陶瓷壳体在外载荷作用下的断裂损伤机理,首先通过准静态拉伸和压缩实验获得SiC陶瓷的临界能量释放率,建立了适用于拉伸和压缩损伤分析的常规态基近场动力学模型.然后,采用Fortran语言编程实现了陶瓷壳体在线性递增外载荷作用下断裂损伤行为的数值仿真,并将所获得的仿真值与理论预测值进行对比,验证了所建模型的准确性.最后,对仿真结果进行详细分析,揭示了壳体结构的损伤扩展演化规律.仿真结果表明:初始损伤区源于壳体内壁面的压缩断裂,且沿环向呈 90°均匀分布.随着载荷的逐渐增加,壳体外壁面出现拉伸断裂损伤区,内外壁面的损伤区先沿着周向扩展,再向着壳体中面缓慢延伸,并在厚度方向贯穿整个壳体.随后,在壳体轴线方向出现拉-压损伤混合区,该损伤区沿着轴向扩展,最终将壳体分成 4 个断裂区.所建模型能够有效地描述复杂载荷作用下SiC陶瓷结构的断裂损伤演化过程,同时弥补了态基近场动力学在断裂分析方面的不足.

    态基近场动力学理论陶瓷圆柱壳体断裂损伤临界能量释放率

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    各向异性复合材料强度失效判据综述

    贾斐杨成鹏宋远翔
    1006-1024页
    查看更多>>摘要：失效判据在复合材料的渐进损伤模拟和极限强度预测中具有极其重要的意义.针对各向异性复合材料的损伤-破坏问题,根据理论架构与发展脉络,对现有失效判据进行了分类汇总和全面综述,重点总结了破坏模式无关判据和破坏模式相关判据,分析了基于破坏面假设的相关理论成果,阐述了基于应力不变量进行判据构建的基本理论、方法和模型,并论述了基于应变能和基于损伤参量的两类失效判据.研究表明,各向异性复合材料强度理论发展的基础和主线仍然是二次应力判据,高阶唯象失效判据的合理性和适用性尚需验证;能量判据和损伤判据对于非线性-准脆性复合材料显示出了合理性和适用性,但表达式较为复杂.在深入分析研究的基础上,对复合材料强度理论的发展趋势进行了展望,提出了"损伤-断裂协同理论"这一重点与难点方向,以期对复合材料及其结构的设计、评估与应用提供更有价值的参考.

    复合材料强度理论损伤演化失效判据断裂模式

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