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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

lxxb@cstam.org.cn

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
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    狭窄通道红细胞跨膜传质特性数值分析

    傅尧王骁龙龚晓波
    1297-1306页
    查看更多>>摘要：随着对血液微流动过程的不断探索,红细胞在微通道中的运动微观特性备受关注,利用流体力学特性的低损伤手段调控细胞体积并完成跨膜传药也逐渐成为研究热点.为了分析红细胞在微通道中的传质和力学特性及其影响因素,采用浸入式边界法研究细胞穿越狭窄通道的整个运动过程,并考虑细胞膜表面透水传质效应,完成细胞跨膜传质过程的数值建模,实现对狭窄通道中红细胞跨膜传质过程微观的传质特性数值分析.研究表明,细胞在挤入、排出狭缝的运动过程中,体积先损失、后恢复,在这个过程中,细胞头部和尾部以向外的渗透流出为主,中间部位则以向内的渗透流入为主.文章的研究进一步表明,狭缝挤压过程中的体积净变化是由向内和向外渗透速度的大小差异引起的,而与向内和向外渗透的膜面积差异并无明显关系.对体积变化的影响因素探究后发现,更狭窄的通道和更大的入口出口角均会引起细胞发生更多的体积损失和体积恢复,且出口角的变化会引起细胞体积恢复后所达到的体积稳定值:在固定入口角时,狭缝出口角越大,细胞离开狭缝后的稳定体积越小;细胞的硬度越大、细胞膜通透性(渗透系数)越大,细胞在狭缝中运动过程中的体积损失和体积恢复程度越高.

    红细胞数值模拟跨膜传质浸入式边界法流固相互作用

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    基于非牛顿微液滴的粒子封装及检测

    梁定新吕鑫钰覃开蓉薛春东...
    1307-1316页
    查看更多>>摘要：微流控液滴封装技术可将单个或者多个颗粒物封装到微尺度液滴,具有细胞培养、药物可控释放和微量成分分析等重要生物医学应用,而这些应用往往涉及多相混合的复杂非牛顿流体.目前制备尺寸均匀的非牛顿微液滴并实现高效率单粒子封装仍较难实现.针对该问题,首先基于流动聚焦微通道和聚合物溶液开展非牛顿液滴生成实验,系统探究不同非牛顿性质对液滴生成模态的影响,指出兼具剪切稀化与弹性效应的聚合物溶液可在射流模态下实现高单分散性液滴的稳定生成.在此基础上,结合惯性-黏弹性粒子排序,实现了封装率超过 58%的单粒子封装,突破了传统单粒子封装的泊松限制.最后,进一步构建了粒子封装率自动检测模型,验证了其在单液滴与多液滴场景下粒子封装率高精度检测的有效性.综上,研究结果不仅一定程度上拓展对于液滴微流控基础理论的认识,还充分验证了射流模态下非牛顿液滴稳定生成用于单粒子封装策略的可行性和优越性,可为优化基于非牛顿微液滴的粒子封装技术及开发一体化装置提供一定参考.

    非牛顿微液滴粒子封装流动聚焦微通道液滴生成模态高精度检测

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    微流控粒子分选中圆形微凹槽容纳特性研究

    申峰张杰艾明珠张越东...
    1317-1327页
    查看更多>>摘要：微流控技术由于具备操控微通道中微小体积流体的能力,已成为操控粒子和细胞的新平台.基于粒子惯性迁移和微凹槽涡胞捕获的粒子分选方法,是一种重要的微流控粒子操控技术.目前,微凹槽容纳的粒子数量不高,制约了该方法的效率.为了提高微凹槽粒子容量,对圆形微凹槽进行结构设计,并利用高速显微成像技术和数值模拟,研究了不同圆形微凹槽的粒子容纳能力.研究发现,相同入口雷诺数(Re=37～555)下,带底腔的圆形微凹槽相较于普通圆形微凹槽容纳的粒子数量提升了 45%,这是因为增加底腔后使得涡流线向下延展,形成更深的"U形"结构,可以容纳更多的粒子;当Re=482 时,带底腔的直径 500 μm的圆凹槽比直径 600 μm的圆凹槽的粒子容量提高了 93.9%,原因是前者凹槽内粒子运动轨道与流线更加吻合,粒子轨道面积与凹槽面积占比达到了 97%;随着Re增加,从侧通道收集到的粒子富集浓度整体呈现先缓慢增大后减小的趋势,收集到的20 μm粒子的最大富集浓度为初始悬浮液的 126.7 倍;不同微凹槽内粒子群的轨道运动受到涡流场特性、粒子物性及粒子间相互作用和壁面限制作用等因素的共同影响.研究结果对微凹槽结构设计和提高粒子分选性能有重要指导意义.

    微流控技术粒子分选微凹槽粒子捕获涡胞

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    真实分岔静脉下多种血液流变模型的溶栓治疗差异数值研究

    程鸿宇林博远姜胜晖张祥雷...
    1328-1341页
    查看更多>>摘要：静脉血栓栓塞(VTE)是一种常见的心血管疾病,建立基于计算流体力学(CFD)的数值模型是开展血栓治疗研究的重要手段.然而,血液的流变模型众多,多种血液流变模型之间存在显著的差异.目前,针对不同血液流变模型间的差异表现尚未得到充分研究.本研究提出一种生物流体力学模型以用于静脉血栓治疗数值研究,研究考虑静脉血流、血管结构以及药物传质间的作用耦合,并将血液视为不同流变特性的 7 种流体、静脉瓣膜视为超弹性固体、血栓块视为多孔材料.针对患者理想化和特异性的血管模型进行数值模拟,综合分析静脉血栓的溶栓治疗数值结果.结果表明,患者特异性血管模型更接近实际血管情况,其受分岔、弯曲等局部特征的影响,流速变化明显、涡流强度和Pe较高、瓣膜位移值较大.同时,不同血液流变学模型的研究结果不同.在患者特异性模型下,牛顿模型的血液黏度较小,流速和Pe较大,物质传质更快,溶栓表现较优;非牛顿模型中Bingham流体表现差异最显著,其血液黏度值较高,Pe较小,溶栓表现较差.本研究提倡采用患者实际血管模型、考虑血液实际流变特性进行静脉血栓数值研究,以推动血栓治疗领域的数字医疗、智慧医疗技术进步.

    静脉血栓血液流变特性生物流体力学溶栓治疗数值模拟

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    Oldroyd-B黏弹性液滴撞击弯曲壁面的数值研究

    李国辉吴小雨王娴
    1342-1355页
    查看更多>>摘要：液滴撞击弯曲壁面现象广泛存在于冶金、化工和航空航天等领域,在某些场景下,液滴混入高分子聚合物后会表现黏弹性特性,为了进一步认识液滴黏弹性对撞击弯曲壁面的影响,对黏弹性液滴撞击弯曲壁面的过程进行数值模拟研究.研究基于相场方法和格子玻尔兹曼(LBM)方法,采用应力场分布函数求解Oldroyd-B本构方程,并施加适用于弯曲壁面的接触角模型,发展了固-液-气三相黏弹性流体模拟方法,对Oldroyd-B黏弹性液滴撞击弯曲壁面问题进行数值模拟,主要研究了黏度比β、韦伯数We和壁面接触角θ对撞击过程的影响.结果表明:撞击过程主要包括 4 个阶段:运动阶段、铺展阶段、拉伸阶段和撕裂阶段.黏度比 越低,液滴在铺β展拉伸阶段动能衰减越慢,转化的表面能更多,但更早进入撕裂阶段,液滴撞击弯曲壁面后,更容易脱离壁面.韦伯数We较小时,液滴主要在壁面处附着或反弹;We较大时,液滴会撕裂并脱离壁面,We越大,液滴在铺展拉伸阶段动能衰减越快,进入撕裂阶段更慢.壁面的亲疏水性会影响液滴最终的状态,疏水性越高,对铺展阶段的阻碍作用越强,液滴越容易发生撕裂和脱离.

    Oldroyd-B流体液滴撞击相场方法LBM弯曲壁面

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    真空羽流中相变过程DSMC仿真方法研究

    李中华李志辉吴俊林
    1356-1365页
    查看更多>>摘要：真空燃气羽流快速膨胀过程中,其中的H2O和CO2 等组元容易发生凝结相变现象.为了研究真空羽流中水蒸气的相变产物冰晶对羽流红外信号、侵蚀等污染效应的影响,开展羽流中相变过程的数值模拟方法研究.基于稀薄两相羽流双向耦合DSMC方法,采用经典成核理论和液滴生长理论,建立了真空羽流的相变过程的数值仿真方法.对水蒸气在拉法尔喷管中自凝结试验的仿真.通过与试验结果的对比,对经典成核理论进行了修正,对成核率给出了 103 的修正因子,可以得到与试验符合的仿真结果,表明对成核理论修正后,可以应用到稀薄流动的数值模拟中.对某发动机真空羽流相变流场的仿真,在核心区得到与CFD相近的结果.仿真结果表明,在羽流流场中,由于相变,存在较多的冰晶颗粒,在计算条件下,羽流核心区冰晶数密度最大达到1015 m-3 的量级,冰晶直径在约 10-8 m的量级.在真空环境下,随着羽流向倒流区无限制膨胀,倒流区流场内也会出现一定数量的冰晶颗粒,数密度从 107～1010 m-3 的量级,直径在 5.0×10-10 m的量级.颗粒在空间的数密度、尺寸等分布与气相分布存在差异,需要开展相关污染效应的影响研究.

    真空羽流相变成核直接模拟蒙特卡罗数值仿真

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    湍流风况顺桨风力机叶片气动阻尼特性研究

    唐新姿李可翔何文双胡聪芳...
    1366-1376页
    查看更多>>摘要：当前风电技术大型化发展,叶片气弹失稳问题特别是特殊工况下的稳定性问题成为国内外各界关注的热点和难点.湍流风况下顺桨风电叶片气弹稳定性直接影响风电机组的安全可靠性.气动阻尼是叶片稳定性判断的重要指标.为探究湍流风况顺桨风电叶片气弹失稳特性规律,以NERL 5 MW风力机叶片为研究对象,基于修正叶素动量理论、欧拉-伯努利梁模型和气动阻尼计算方法,建立顺桨叶片气动阻尼计算模型,采用Kaimal湍流风模型进行瞬态分析,获得风况参数对风力机叶片气动稳定性的影响规律及叶片的气动失稳概率,为大型风力机叶片气弹稳定性设计与控制提供参考.结果表明:顺桨叶片气动阻尼在全周风向上呈 180°周期特性,且 25°风向为相对危险工况;风速越大气动阻尼负值越显著,气动不稳定风向范围越大,失稳概率越大;湍流强度增加,一阶挥舞气动阻尼下限降低幅度明显,气动不稳概率增加;湍流风况下顺桨叶片平面外方向的失稳概率较平面内方向更大,且两个方向失稳概率曲线呈相似周期性规律.

    风力机叶片停机顺桨气弹耦合湍流强度气动阻尼

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    采用态-态模型的高温空气非平衡喷管流数值研究

    王辉曾明段欣葵王东方...
    1377-1394页
    查看更多>>摘要：采用态-态模型在总温T0=2000 K～8000 K、总压p0=1～20 MPa范围,开展高温空气准一维非平衡喷管流动数值模拟.考虑 5 种化学组元(N2,O2,NO,N,O),其中N2,O2,NO分别有 61,46,48 个振动能级,将不同振动能级上的粒子视为不同组元,共 157 个组元.对未见公开文献给出速率系数的分子能级跃迁过程,综合振动能方程松弛时间和其他类似微观过程跃迁速率系数进行折算.计算结果表明,喷管喉道前流动接近平衡,喉道后出现非平衡,喉道下游不远处发生化学组元质量分数、较低振动能级分子数和表征振动能的振动温度的冻结,N2 的振动温度冻结较NO和O2 早,冻结值也更高;对振动能级跃迁起主导作用的微观机制是平动-振动能量交换(VT)过程,复合反应生成的分子更多位于中等振动能级;喷管非平衡和冻结区域分子能级分布偏离振动温度下的玻尔兹曼分布,高能级出现过分布;提高驻室总压能够降低喷管流动非平衡程度,推迟热化学冻结发生.

    热化学非平衡态-态模型振动能级分布喷管流动高焓风洞

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    岩石脆性破坏全过程的准态基近场动力学方法

    刘造保田锋周金鑫
    1395-1410页
    查看更多>>摘要：近场动力学(peridynamics,PD)作为一种新兴方法,正展现出成为一种分析复杂岩体力学响应方法的巨大潜力.然而,键基近场动力学与连续介质力学联系薄弱,缺乏对岩石多类型断裂模式和峰后行为的处理能力,而且接触-摩擦模型严重简化.为此,提出了一种准态基近场动力学方法.首先,通过基于键型区分的力密度计算方法,实现了键的应力张量计算,加深了其与连续介质力学的联系;然后,提出了一种通用式的断裂准则引入思路,推导了一种适于当前理论的单直线型虚拟裂缝模型,实现了对岩石多类型脆性破坏的全过程模拟;最后,通过粒子网格孪生算法,实现了不同介质状态的物质点和孪生网格的同步处理,通过势函数和库伦摩擦定律,实现了对各类接触情形和接触程度的准确判断和表征,并增加了考虑摩擦系数的摩擦力密度计算.已有算例表明,模拟结果与实验结果的吻合程度很高.这使得完善后的近场动力学的近场动力学处理非连续介质形成-演化过程的能力得到了有效提升,扩充了原有的理论框架和适用范围.

    近场动力学脆性岩石断裂模式虚拟裂缝模型接触-摩擦模型

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    颗粒离散元岩石模型的宏细观抗拉强度关联

    谭鑫胡跃刚尹心曹文贵...
    1411-1425页
    查看更多>>摘要：颗粒离散元数值模型由于具有反映材料宏细观力学特征的天然优势,而被大量学者采用开展岩石力学课题相关研究,但DEM数值模型涉及的跨尺度关联和参数标定问题给研究者带了挑战,且尚未形成获得统一认可的定量分析方法.基于规则排列的圆形颗粒DEM岩石试件拉伸模型,开展细观接触破裂模式与宏观拉伸破坏强度相关性的力学分析,指出岩石试样宏观抗拉强度取决于内部细观接触破裂模式,而细观破裂模式则受到接触抗拉强度、接触抗剪强度、接触法向刚度、接触切向刚度,甚至颗粒大小及排列方式的共同影响.根据理论分析及数值模拟结果提出了 4 种细观破裂模式及相应宏观抗拉强度理论计算公式,并将公式修正应用于随机颗粒排列的类岩石材料DEM模型,从细观角度揭示了宏观DEM岩石材料拉伸破坏机理,构建了宏细观抗拉强度参数关联.所建立关联公式的合理性得到了大量随机数值模拟结果的有效验证,可为研究者利用颗粒DEM数值模型进行岩石和混凝土等类脆性材料模拟的参数选取及标定工作提供重要的参考依据.

    离散元岩石破裂宏细观抗拉强度

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