期刊,力学学报 2024年卷8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

基于径向积分边界元法的周期性复合材料面内等效热弹性参数分析方法

刘华雩郑永彤彭海峰高效伟...

2294-2303页

查看更多>>摘要：具有人工设计结构的多材料夹杂的复合材料不仅具有可编辑的弹性模量和泊松比,还可以实现热膨胀系数的调控.这些复合材料的等效热弹性参数与其微观结构和材料分布密切相关.文章提出了一种基于径向积分边界元法的周期性复合材料的均匀化热弹性参数的计算方法.该方法基于代表性体积元均匀化方法建立材料的微观结构应力、应变与宏观等效热弹性参数之间的关联.同时,采用径向积分边界元法计算周期变形条件下代表性体积元的应力和应变场.该方法无需内部网格和域积分,仅依赖于边界的位移和面力等信息即可获得材料的等效热弹性参数,具有容易实现参数化建模、容易考虑细小结构特征等优势.另外,在角点处采用非连续元处理,大大简化了周期性边界条件的施加.针对复合材料梁的弯曲问题,通过与直接有限元模拟的结果进行对比,验证了该方法的有效性.然后,还采用该方法对网状复合超材料的热膨胀系数进行了分析.结果表明,通过调整结构的尺寸,可实现结构在热载荷下从正膨胀到负膨胀的转变.

关键词：

边界元法热弹性负热膨胀均匀化方法代表性体积元

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两相自适应训练策略与高效可靠度分析方法研究

周锦李杰

2304-2312页

查看更多>>摘要：概率密度演化方法对于复杂工程结构的系统可靠度分析有良好的适用性,但对于高维随机系统依然存在效率不高的问题.近年来通过少量训练样本训练目标代理模型,来替代目标随机系统提升可靠度分析效率的做法受到众多研究者的青睐.为提升构建自适应代理模型的精度和效率,文章提出了一种两相自适应训练策略,通过对概率空间分层次剖分,逐层次获得训练样本集.在两相训练策略的基础上分两步训练Kriging模型,不仅提升了Kriging模型对概率空间内失效边界的近似精度,更进一步降低了训练过程对计算机物理内存的消耗需求.随后通过结合概率密度演化理论,提出了一种基于等价极值理论的高效可靠度分析方法.为验证建议方法的有效性,分析了不同类型功能函数为目标的代理模型构建效率,并进行了一幢钢筋混凝土框架结构的抗震可靠度分析.结果表明:两相自适应训练策略极大提升了目标代理模型的导出速率并保有较高的分析精度,弥补了概率密度演化理论在处理罕遇失效事件时精度不足的缺陷.值得说明的是,两相训练策略不仅适用于基于Kriging模型的代理模型训练,同时对其他类型的自适应代理模型的训练也有指导意义,并不受代理模型基本类型限制.

关键词：

两相训练策略代理模型概率密度演化方法结构可靠度

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靶向精细化分析的鲁棒等几何无网格配点法

齐栋梁

2313-2326页

查看更多>>摘要：现有等几何基函数的无网格表示理论虽然搭建起了无网格法和等几何分析方法的连接桥梁,但该方法并未解决高阶梯度计算复杂且耗时的问题.文章在无网格形函数再生梯度理论基础上,构建了由等几何基函数再生点定义的混合梯度基向量,提出了一种等几何基函数梯度的无网格等价表述形式,丰富和完善了无网格法与等几何分析的无缝衔接.在此基础上,提出了一种鲁棒的等几何无网格配点法,该方法保证了全域内近似函数的一致性、高效性和模型局部靶向精细化的简捷性.与传统等几何基函数梯度的递推算法相比,所提方法可同步构造相应阶次等几何基函数梯度,数值实现更加简捷.文中以二维二次基函数为例,数值验证了特定影响域条件下所构造的无网格再生梯度与等几何基函数的标准梯度之间的等价性.同时对比分析了所提无网格再生梯度与等几何无网格形函数直接梯度的再生条件,结果表明,等几何无网格形函数直接梯度的再生条件并不稳定,而所提等几何基函数的无网格再生梯度在不同节点序列精确满足不同阶次的再生条件,保证了配点法分析的结果收敛性.数值算例结果表明,所提配点方法相较于传统等几何配点法在局部细化问题分析方面具有更高的计算精度.

关键词：

无网格法等几何配点法再生梯度局部细化鲁棒

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宽工作范围诱导轮空化不稳定及抑制

项乐许开富陈晖谭永华...

2327-2337页

查看更多>>摘要：涡轮泵是液体火箭发动机的心脏,在特定工况下其内部会发生空化不稳定现象,导致涡轮泵振动量级大幅增加,严重影响发动机整机工作可靠性.以决定涡轮泵抗空化能力的关键部件诱导轮为研究对象,利用空化可视化实验和数值仿真对其内部空化流动特性进行深入分析,获得 60%～120%设计点流量范围完整空化性能曲线,提出一种基于壳体改进的旋转空化抑制措施,并揭示抑制机理.结果表明:该型诱导轮抗空化能力随流量降低逐渐增强,空化首先发生在泄漏涡中,随空化数降低,泄漏涡空化逐渐沿吸力面向下游发展,影响相邻叶片冲角,在小流量范围诱发显著的 1.2 倍叶轮转频超同步旋转空化现象,直至空化延伸至叶片流道出口,导致扬程断裂;在叶尖前缘壳体设置台阶不会影响诱导轮稳态空化性能,但会改变泄漏涡空化的发展规律,使其呈现向上游摆动的趋势,削弱对相邻叶片冲角的影响,实现对全流量范围旋转空化的有效抑制.文章研究对于降低涡轮泵振动量级,进一步提升液体火箭发动机工作可靠性有一定指导意义.

关键词：

涡轮泵空化不稳定数值仿真可视化实验抑制技术

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受载空心柱下多孔半空间的接触分析

杨勇林张亚莉马海亮丁生虎...

2338-2350页

查看更多>>摘要：多孔结构具有诸多优良特性被广泛应用于航空航天、生物医疗以及各种工程装备中,而空心柱具有独特的结构常被用于承担结构载荷.因此,研究空心柱与多孔半空间的接触问题显得尤为重要.文章运用Hankel变换将轴对称接触问题转化为积分方程的求解问题,推导出表面接触应力和位移的精确表达式.发展了高斯-切比雪夫结合乘积型Bessel函数的无穷积分的数值求解方法,并退化对比验证了方法的正确性,结果表明该方法在奇异值处的计算精度和效果更佳.数值分析了表面接触应力随泊松比、孔隙率、力载荷、内径、壁厚(空心圆柱)和半径(碗形抛物柱)的变化情况,并给出了位移随孔隙率、内径、壁厚、半径及深度的变化情况.研究结果表明基体的接触区域中心产生明显的叠加变形,并且接触区域外侧的奇异性要高于内侧,所以外侧更有可能是裂纹的起始位置.此外,在较小的内径下,当空心柱壁厚与实心柱半径一致时,空心柱比实心柱所导致的基体接触区域外边缘的应力奇异性小 1 倍以上,并且随着孔隙率的增大该比值降低;当空心柱外径与实心柱半径一致时,空心柱比实心柱所导致的基体接触区域外边缘的应力奇异性大 1 倍以上,并且在大孔隙下该比值更大.研究结果对多孔材料的设计和应用具有重要的指导意义.

关键词：

空心柱多孔材料轴对称接触micro-dilatation理论积分方程方法

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SE(3)描述的多刚体系统约束违约问题研究

袁歆懿陈菊田强

2351-2363页

查看更多>>摘要：多刚体系统动力学的指标-1 微分代数方程组仅包含加速度级别约束方程,未考虑位移和速度约束方程.数值积分过程中位移和速度约束违约逐渐增加,导致计算结果精度下降,需引入约束稳定方法减小约束违约.首先根据Hamilton变分原理,建立了SE(3)描述的多刚体系统动力学模型.其次给出 4 种约束稳定方法在SE(3)上形式:Baumgarte方法、罚函数方法、增广拉格朗日方法和约束违约增强稳定方法.相较于传统多刚体系统动力学建模,基于SE(3)的动力学建模可描述转动对平动的耦合效应,能更精确地模拟系统的动力学行为,可提升约束稳定方法的性能.在SE(3)框架下,将 4 种约束稳定方法与RKMK(Runge-Kutta Munthe-Kass)数值方法结合,对含位移约束和速度约束的动力学方程进行求解.最后通过两个动力学算例:含球铰的空间双球摆算例以及含圆柱铰的曲柄滑块机构算例,分别给出了 4 种约束稳定方法在SE(3)上对动力学系统的位移和速度约束违约的修正对比结果,并分析了系统能量的变化图.结果表明:SE(3)框架下,4 种约束稳定方法结合RKMK算法均表现出良好的保结构和保能量性质,其中SE(3)上增广拉格朗日方法所得位移和速度约束违约较小,总能量保持情况更好;SE(3)上Baumgarte方法能更好地平衡系统计算效率和精度.

关键词：

多刚体动力学李群SE(3)RKMK方法约束违约

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基于线性等效模型的堆叠式多星组合体模态分析

李元恒范瑞祥杨帆张宏剑...

2364-2380页

查看更多>>摘要：堆叠式多星组合体是一种新型的一箭多星发射结构布局形式.多星组合体中的卫星采用平板构型,平板卫星上下相邻两层支脚相互接触,并由连接杆施加预紧力将其整体压紧.针对这种连接形式的多星组合体结构,文章提出了一种建立其线性等效力学模型的方法,并开展了模态分析.根据组合体中子结构形式及其受力特点,分别将连接杆等效为受轴向预紧力作用的欧拉-伯努利梁模型,以及将中间卫星连接体等效为附加集中质量点的铁木辛柯梁模型,分别求取了二者在固定时刻随轴向坐标变化的振型函数.通过将连接杆和卫星连接体等效模型振型函数联立求取了组合梁整体的振型函数,并根据并联U型梁边界协调原理确定的约束条件,求取了组合梁振动的频率特征方程.通过将组合体有限元模型求解结果与理论模型求解结果进行对比,验证了理论模型的正确性.此外,探究了预紧力、连接杆材料、支脚材料和有效载荷质量对组合体振动特性的影响规律.提出的等效方法,可为堆叠式多星组合体结构设计以及刚度匹配要求提供相应的指导.

关键词：

堆叠式多星组合体平板卫星线性模型模态分析组合梁

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联合噪声驱动下耦合记忆阻尼Rayleigh振子族的节律模式过渡分析

王德莉李晨莹吴炳增焦一宇...

2381-2396页

查看更多>>摘要：提出引致联合噪声驱动下耦合记忆阻尼Rayleigh振子族的单节律性(monorhythmicity)、双节律性(birhythmicity)及三节律性(trirhythmicity)振态模式过渡的参数设计方案.应用多尺度扩展、随机平均等方法分析耦合记忆阻尼的随机Rayleigh振子族(8 阶、6 阶及 4 阶变体)的振荡响应,利用振幅、联合相态及其投影与截面概率密度以及最可能振幅及其反解的参数关系等多元化方式定性评价并定量测算振子族的过渡行为,初步辨识Rayleigh阻尼变体系数、记忆阻尼重要参数引致节律模式过渡行为的数量关系.注意到 8 阶Rayleigh阻尼振子振态出现三节律性模式,获得优化的记忆阻尼模型的振态反馈因子、广义弹性模量与Rayleigh阻尼变体系数及随机载荷参数联合有效控制不稳定振态的样本方案.同步采用Runge-Kutta数值技术展示该随机Rayleigh振子族的相态时空演化序列,可观察到间歇现象,进一步揭示吸引子变化规律.模拟振态概率密度以说明解析方法的可靠性,并得到联合噪声对振子的影响机制.基于振态概率密度集成Shannon熵,分别关于Rayleigh变体系数、记忆阻尼重要参数、随机载荷参数测算Shannon熵、熵变化率及熵-熵变化率联合指标,发现这些熵指标(尤其熵变化率及关联指标)值发生显著变化时可以指示振子族过渡行为的临界态,同时不再局限于单点估测而提供引致节律模式过渡的参数的参考设计范围.文章的探索方法及路径为相关工程交叉应用场景的振动控制及所需的振态模式设计发展了新的改进思路.

关键词：

Rayleigh振子族记忆阻尼联合噪声节律模式过渡Shannon熵

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时间尺度上约束力学系统的Noether型绝热不变量

宋传静侯爽

2397-2407页

查看更多>>摘要：时间尺度微积分是近年来的研究热点之一,其不仅统一连续分析与离散分析,还能协助完成更复杂动力学系统的建模.Noether对称性方法是一种近代的积分方法,揭示了力学系统守恒量与其内在的动力学对称性之间的潜在关系,Noether对称性的摄动与绝热不变量和系统的可积性之间也有着密切的联系.时间尺度上约束力学系统的Noether对称性问题虽然已有学者研究,但是由于时间尺度微积分理论的不成熟,研究成果的深度及正确性均有待探究.文章的重点是探讨时间尺度上约束力学系统Noether对称性的摄动与绝热不变量,这其中包含了Lagrange系统、Hamilton系统以及Birkhoff系统.首先,探讨了 3 个受小扰动作用的系统,其Noether对称性的变化,并给出了相应的绝热不变量;然后提供了在无扰动条件下,3 个系统的精确不变量.Lagrange系统得到的精确不变量与原有结果吻合,Hamilton系统和Birkhoff系统得到的精确不变量是新的.其次,时间尺度上的导数分为delta导数和nabla导数,由这两种导数所组成的系统,互为对偶系统.基于文章delta导数下所得到的结果,采用对偶原理的方法,给出了 3 个系统对偶空间的绝热不变量和精确不变量.最后,文末分别讨论了时间尺度上Kepler问题和Hojman-Urrutia问题的Noether型绝热不变量,从而借助例题对 3 个系统中所得到的结果和所采用的方法进行说明.

关键词：

时间尺度对称性摄动精确不变量对偶系统对偶原理

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力学系统的任意阶分数维梯度表示

齐皓晖王鹏

2408-2414页

查看更多>>摘要：梯度系统是一类重要的数学系统,其性质适用Lyapunov函数研究系统的平衡和稳定性.约束力学系统的稳定性研究具有重要应用价值.若约束力学系统可转化为梯度系统,则可利用梯度系统性质研究其稳定性.然而有些约束力学系统并没有梯度表示,如果可以将其拓展到分数阶情形,可为这类约束系统的稳定性研究提供新思路.目前关于约束力学系统的分数维梯度表示限于二阶梯度系统(分数阶导数的阶数α=2),对任意阶导数的梯度系统还未有报道,限制了其应用.不同以往限于力学系统的二阶分数维梯度表示,文章研究力学系统的一类新分数维梯度表示,即任意阶分数维梯度表示.首先建立系统的微分方程,进而给出了力学系统可以表示为任意阶(α为正整数或任意分数)的分数维梯度系统的条件及其任意阶分数维梯度形式,通常梯度系统和二阶分数维梯度系统是文章结果的特例,然后讨论结果的一般性,发现不同分数阶导数定义下同阶分数维梯度系统的阶数取值范围并不同.通过算例说明了结果的适用性.

关键词：

任意阶分数维梯度系统非保守系统分数阶导数

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