首页期刊导航|力学学报
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
正式出版
收录年代

    考虑热效应的空化流动研究进展

    马静雯王诗平杨英狄郑智颖...
    2165-2183页
    查看更多>>摘要：高速航行体的多相水动力学过程,如水下发射与超空泡航行等,在通入高温气体形成空泡的过程中需考虑热效应对空泡动力学的影响.且火箭低温液态燃料供应及核反应堆高温管道输送等工程问题中发生的空化现象也具有显著的热效应.在以上流动中,热效应不仅仅会改变流体的物理性质,影响相间质量输运和热传递,还会引发复杂的动力学和热力学变化,因此考虑热效应的空化机理、能量的传递和输运规律以及流动不稳定性机理是亟需解决的关键科学问题.文章基于不同影响因素将考虑热效应的空化流动分为高温壁面空化、高温通气空泡、高温水空化以及低温热敏流体空化,并分别综述了 4 类情况下空泡演化特性和影响规律.此外,总结归纳了数值模拟考虑热效应的空化流动常用的空化模型和湍流模型,以及在实验研究中采用的各种多物理场测量技术,但相关数值仿真和实验技术还有待进一步发展完善.未来还需深入研究热效应对空化流动生成和稳定性的影响机制,全面了解和掌握热效应空化流动的特点和行为,为相关领域的工程设计和优化提供更加准确的数据支撑、分析工具和理论基础.

    热效应空化流动多相流多物理场

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    非傅里叶效应对Maxwell流体在垂直槽道中热对流不稳定性的影响

    孙艳军王嘉璐贾北楠菅永军...
    2184-2192页
    查看更多>>摘要：基于Maxwell流体在科学、工程和技术等各个领域的重要性,并且结合非傅里叶热传导效应在许多不同研究领域的广泛关注,文章研究了非傅里叶效应对Maxwell流体在垂直槽道中热对流不稳定性的影响.将传统傅里叶热传导模型加入一个包含热松弛时间的新瞬态项,得到了非傅里叶热传导方程.使用切比雪夫配置法数值求解了一个广义特征值问题,得到了时间增长率和中性稳定曲线随各参数的变化情况.结果表明,时间增长率会随着松弛时间参数Λ增加而增加.中性稳定曲线表明,在波数相对较小的范围内,松弛时间的影响几乎可以忽略.但是当波数较大时,松弛时间对热对流不稳定性的影响逐渐加剧.这表明Maxwell流体的弹性效应增强了垂直管道内的热对流不稳定性.对于傅里叶流体,中性稳定性曲线不会随着Prandtl数变化.另一方面,非傅里叶效应增强了热对流不稳定性,并且新的双曲型热传导方程使得中性稳定曲线产生了波动现象.进一步研究表明,这种波动会随着Prandtl数的增加而增强.当Prandtl数超过一定临界值时,中性稳定曲线同时出现稳态分支和振荡分支,而且在振荡分支中,不稳定性显著增强.

    非傅里叶效应Maxwell流体热对流不稳定性

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    基于变间隔空间平均的等动量区分布研究

    高紫涵程肖岐范子椰姜楠...
    2193-2202页
    查看更多>>摘要：湍流边界层(TBL)中的相干结构是导致雷诺应力和湍动能产生的关键因素,深入研究和理解其发展演化特性是有效控制湍流边界层的基础.等动量区(UMZs)是湍流边界层中的典型大尺度相干结构,其空间分布特性与湍流边界层中的其他相干结构之间的联系尚缺少有效认识和实验依据.文章根据水洞实验中平板湍流边界层流法向平面中的大视场粒子图像测速仪(PIV)数据,使用正负流向速度梯度下的变间隔空间平均(VISA)方法检测大尺度相干结构,并研究其对等动量区空间分布的影响.研究结果表明,两种判定依据下的VISA检测所得流场中发卡涡头强度增大导致周围等动量区数量的增加,且基于正流向速度梯度的VISA检测结果中等动量区数量显著大于基于负流向速度梯度的检测结果.此外,VISA检测得到的低速结构附近等动量区的数量始终大于高速流体附近的等动量区数量,且该规律与VISA检测过程中的流向速度梯度无关.

    等动量区湍流边界层图像粒子测速变间隔空间平均

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    液滴润湿固体表面的移动接触线:从吸附到滑动

    丁怡王意乐孙莉杰靳亚康...
    2203-2211页
    查看更多>>摘要：液滴润湿固体表面是自然界和日常生产、生活中常见的流体力学现象.针对液滴润湿固体表面过程中移动接触线的运动模式,有必要开展深入的物理力学研究.采用分子动力学模拟方法,研究了 3 种不同润湿性固体表面上水滴浸润的动力学过程,展示了全时域液滴铺展动力学行为及其相应的移动接触线标度律,并划定了液滴润湿过程的 4 个阶段.第 1 阶段中(t/τi≤0.05,其中τi为惯性-毛细特征时间),液滴与固体表面实现点接触,接触角为 180°.第 2 阶段中(0.05<t/τi≤1),液滴动态接触角快速减小,接触半径随时间以 1/2 幂律关系快速增长,且不受表面润湿性的影响.第 3 阶段中(1<t/τi≤3),液滴动态接触角继续减小,接触半径持续增长,表面亲水性越强浸润速率越快;最后进入长期弛豫阶段(t/τi>3),疏水表面上的液滴铺展基本结束,接触半径和接触角均趋于定值,而亲水表面上液滴动态接触角的减小明显减缓,接触半径呈指数增长.进一步标定了固-液-气三相接触线的尺寸,通过深入分析位于固-液-气三相接触线处水分子在相空间中的运动轨迹,发现了两类接触线运动模式:吸附和滑动.具体而言,在液滴润湿固体表面的第 1 和第 2 阶段中,接触线以吸附模式产生和增长;第 3 阶段中吸附和滑动模式并重.第 4 阶段中接触线则以滑动为主.文章揭示了液滴润湿固体表面的分子级运动细节,有助于进一步深入理解固-液界面微尺度流动.

    润湿移动接触线吸附模式滑动模式分子动力学模拟

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    南海分层环境水下航行体内波尾迹水面响应特性研究

    李宇航李广华侯冬冬尤云祥...
    2212-2230页
    查看更多>>摘要：在实际海洋中由于太阳的照射以及盐度在空间分布的差异使得海水密度分布不均,在深度上形成密度梯度变化的密度跃层.当水下航行体在海洋中航行时,会对背景流体产生扰动进而形成尾迹,内波尾迹具有传播时间长、传播范围广的特点,通过尾迹对水下航行体的踪迹进行探测成为可能.针对实尺度水下航行体激发内波表面响应特性问题,以中国南海东沙海域为研究对象,首先介绍了实际海洋盐度、温度、密度以及浮频率垂向分布情况.然后基于中国南海东沙附近实际海况,采用含有自由表面的理论模型模拟了长 100 m直径10m的细长体体积源在不同潜深不同航速航行时激发的水面响应特性,揭示了航行体不同状态对表面波高场,表面速度场以及表面散度场的影响.研究表明:当浮频率减小、跃层距离表面增加或水下航行体距离跃层位置增加都会导致内波模态的幅值降低.中国南海东沙附近的海洋跃层在夏季跃层较薄,浮频率较大容易造成较大的内波,而冬季跃层较厚且距离表面较远,水下航行体产生内波较小.

    分层流体密度跃层实尺度模拟

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    基于CNN与GAN深度学习模型近壁面湍流场超分辨率重构的精细化研究

    吴昊恺陈耀然周岱陈文礼...
    2231-2242页
    查看更多>>摘要：由城市抗风减灾的目标出发,城市边界层的高保真再现是工程界亟待解决的关键问题.基于高精度的近地风场,有望实现真实环境下城市建筑风致效应的准确预测.传统的基于气象模型的城市风场模拟方法存在预测耗时长、成本昂贵、求解尺度过高等缺陷.为更准确、高效地预测边界层的空间变化,研究利用超精度卷积神经网络(SRCNN)与生成对抗神经网络(SRGAN),在空间上将低精度的近壁面湍流场超精度重构成高精度的风场.利用近壁面湍流直接数值模拟的公共数据库训练模型并评价模型的重构性能.为寻求合适的超精度模型生成方式,研究围绕训练样本量及网络深度,开展详细的敏感性分析,确定合适的训练网络及其较优的训练参数设置.同时,基于经不同下采样因子处理的低精度流场输入,分析模型在近壁面湍流重构中的适用范围.研究发现,对比于SRCNN模型,SRGAN模型对近壁面湍流内小尺度结构的重现效果更佳.当基于 4 层卷积残差块、300 样本量开展训练时,所生成的SRGAN模型可在较低的训练代价下实现较优的重构效果.当进行 10 倍超精度重构时,SRGAN模型可保证较理想的预测精度.研究成果为边界层风场的准确重构提供技术支撑,为城区建筑物风致效应的高效预测提供精确的入流条件.

    深度学习超精度生成对抗神经网络超精度卷积神经网络超精度重构城市边界层风场

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    基于表面无黏流动特征的摩阻分布机器学习

    赵书乐张伟伟
    2243-2258页
    查看更多>>摘要：摩擦阻力的精准高效预示对飞行器设计至关重要.然而摩阻分布的计算不仅代价大,且对网格密度、湍流模式和数值算法的依赖性强,而试验测量更具挑战性.为此,提出了一种数据驱动的高泛化性摩阻分布机器学习建模方法.该方法在Euler方程数值解的基础上,结合RANS计算的少量摩阻分布数据样本,构建了表面无黏流动特征与摩阻分布的关联关系模型,从而实现摩阻的预测.由于该建模方法嵌入Euler方程这一物理模型,使得在很少的样本下就能保证模型的高泛化性和高精度;另一方面,相比于RANS数值计算,由于只用求解Euler方程,计算量降低约一个量级.研究通过典型翼型和机翼的测试算例来展示该方法对于气动设计中变外形气动力的预测效果.相比于端到端的分布力深度学习建模,该方法在减少 5 倍样本量的情况下仍能取得很高的建模精度(阻力误差约 2%～3%),且对于工况与外形变化具有较强的外插预测能力,结果的分散度低.该研究为附着流机翼的摩阻分布预测和机翼优化设计提供了一种新的高效研究手段.

    摩擦阻力边界层机器学习数据驱动关联建模

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    正则化相场格子玻尔兹曼两相流模型

    李游李贵李桥忠代安定...
    2259-2270页
    查看更多>>摘要：目前,基于相场理论的格子玻尔兹曼(lattice Boltzmann,LB)模型已经被广泛应用于气-液两相流流动问题中.为了提高已有相场LB模型的数值稳定性,提出了一种新型的正则化相场格子玻尔兹曼模型(regularized lattice Boltzmann model,RLBM)用于模拟大密度比和大黏度比的气液两相流动.该模型由界面追踪和流场求解两个核心模块构成,其中界面变化采用守恒型Allen-Cahn(A-C)相场方程控制,流场演化则通过不可压Navier-Stokes(N-S)方程控制.首先,构建了两个正则化格子玻尔兹曼方程(lattice Boltzmann equation,LBE)分别获取流场信息和相场信息.与标准的单松弛模型不同的是,提出的模型在演化方程的碰撞项中引入了非平衡态的预前碰撞函数,且该预前碰撞项仅与宏观量有关.通过Chapman-Enskog(C-E)多尺度展开分析,证实了所提出的模型能够准确地恢复到宏观流场控制方程和相场控制方程.进一步地,为了验证本模型的有效性,模拟了 4 个两相流典型算例,包括静态液滴、Rayleigh-Taylor(R-T)不稳定性问题、气泡上升和单个液滴撞击液膜.数值结果证实了提出的模型能够准确地模拟大密度比、大黏度比、大雷诺数下的气液两相流流动问题.更重要的是,相较于传统的相场单松弛模型在小的迁移率(θM<2.0×10-2)下就会诱发数值方法不收敛的问题,提出的模型在模拟迁移率较小(θM=1.0×10-6)的复杂两相流动时表现出更好的稳定性,能够更准确地刻画界面流动,捕捉界面形态.

    正则化相场模型气-液两相流Allen-Cahn方程格子玻尔兹曼方法

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    梯度晶粒结构材料拉伸断裂行为的晶体塑性有限元模拟

    王彪王姝予熊宇凯赵建锋...
    2271-2281页
    查看更多>>摘要：梯度晶粒结构材料通过在材料内部构筑由纳米晶、细晶渐进过渡至粗晶的微结构,使其展现出诸多优异的力学性能,如高强度、高韧性和抗疲劳性等.工程材料在长期服役过程中,不可避免会发生疲劳和断裂,严重威胁材料的服役安全和使用寿命.相关实验研究报道了纳米晶材料具有沿晶断裂的特点,且抗断裂性能与晶粒尺寸相关,然而梯度晶粒结构材料具有复杂的晶粒尺寸分布,其断裂机理仍需进一步揭示.为此,基于晶体塑性有限元方法,将Cohesive单元植入有限元模型的多晶晶界处,分别模拟了均匀晶粒结构铜和梯度晶粒结构铜的单拉力学性能,并研究了预制裂纹对梯度晶粒结构材料裂纹扩展的影响.结果表明,所提出的晶体塑性本构模型结合晶界损伤机制可以有效模拟梯度晶粒结构材料的塑性变形以及裂纹扩展过程.在单轴拉伸变形下,梯度晶粒结构材料展现了应力与塑性应变的梯度分布特征.一方面,由于晶粒尺寸效应,尽管基体细晶区具有相对较低的流动应力,但是表层纳米晶强度高.此外,由于应变硬化能力的不同,尽管纳米晶区域表现出较低的塑性应变,但细晶区域呈现较高的塑性变形能力.因此,梯度晶粒结构通过强度与应变硬化能力的差异,有效地优化了强度与韧性的协同作用,从而增强了抵抗裂纹扩展的能力.纳米晶区域预制裂纹对梯度晶粒结构材料的强度影响较大,因此抑制纳米晶区域的裂纹萌生有助于晶粒结构材料的安全服役.

    梯度晶粒结构晶体塑性有限元方法内聚力单元断裂行为

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    Hf元素添加对CuZr基非晶合金动态弛豫的影响

    朱凡邢光辉Jean-Marc Pelletier乔吉超...
    2282-2293页
    查看更多>>摘要：考虑到非晶合金具有独特的无序微观结构,其表现出极为复杂的弛豫动力学特性.动态弛豫行为在非晶合金中普遍存在,深刻理解其机制对于解构非晶合金固有的非均匀微观结构至关重要.少量元素的添加是调控非晶合金微观结构有效手段之一.本研究以玻璃形成能力良好的Cu46Zr47-xHfxAl7(x=0,8)非晶合金为模型合金,运用动态力学分析方法研究复模量随频率和温度的变化,进而探究Hf元素取代Zr元素对动态弛豫的影响.在动态力学频率谱中,借助准点缺陷理论阐明非晶合金在玻璃转变温度Tg以下处于等构型状态,准点缺陷浓度保持恒定;而在Tg以上,准点缺陷浓度随温度的上升呈线性增加.Hf元素的添加会降低玻璃体系等构型状态下的准点缺陷浓度,并抑制原子迁移能力.通过获取连续和离散的弛豫时间分布,直观展示了非晶合金的动力学非均匀性特征.在动态力学温度谱中,Hf元素的引入增加了玻璃体系的混合焓,抑制了β弛豫强度.进一步从内耗角度表明,Hf元素的引入不仅提高了与β弛豫相关的基本结构单元的激活难度,还增加了整个β弛豫过程的激活能.

    非晶合金动态弛豫微合金化准点缺陷微观结构非均匀性

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据