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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
正式出版
收录年代

    非线性摩擦纳米发电俘能技术的若干进展

    谭栋国池实民欧旭周加喜...
    2495-2510页
    查看更多>>摘要：摩擦纳米发电技术是一种基于电负性不同的材料,通过静电感应和摩擦起电的耦合作用实现材料间电荷转移,从而将环境能量转化为电能的能量俘获技术.因在物联网及其相关智慧产业以及新能源等领域的巨大应用潜力,摩擦纳米发电俘能技术自被提出后便受到极大地关注并成为国内外的研究热点.将非线性力学机制拓展至摩擦纳米发电俘能技术构造的非线性摩擦纳米发电机在低频环境激励下具有复杂的非线性动力学行为,可以产生大幅值动力学响应,进而高效地将低频环境能量转化为电能.文章首先简要介绍了摩擦纳米发电俘能原理与非线性摩擦纳米发电机的基本工作原理,然后从双稳态摩擦纳米发电俘能、多稳态摩擦纳米发电俘能和准零刚度摩擦纳米发电俘能等3个方面详细总结了非线性摩擦纳米发电俘能方法的研究工作.此外,从碰撞式摩擦纳米发电俘能、混合机制摩擦纳米发电俘能等两个方面详细阐述了非线性摩擦纳米发电俘能系统的性能提升策略.最后,通过总结非线性摩擦纳米发电俘能技术的研究进展,分析了目前研究中的不足,并对未来非线性摩擦纳米发电俘能技术的研究方向进行了展望.

    能量俘获非线性系统摩擦纳米发电低频区域环境能量

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    气-液界面位置对微凹槽结构内两相流场和减阻特性的影响研究

    申峰陈杰程思源逄燕...
    2511-2521页
    查看更多>>摘要：在超疏水表面增加微凹槽结构,有利于在表面张力作用下留存部分空气形成气-液界面,从而大大降低流动阻力,在流动减阻方面展示了巨大的应用潜力.然而,由于流体剪切、空气溶解等影响,微凹槽内的空气容易发生损耗,导致气-液界面位置向凹槽底部移动,进而降低减阻效果.为了揭示微凹槽内空气损耗后气-液界面位置对流动减阻效果的影响,开展了显微高速摄影实验和计算流体动力学数值模拟,研究了微凹槽内不同气-液界面位置对两相流场特性的影响,并分析了等效滑移长度和减阻率的变化规律.结果表明,随着气-液界面位置的下移,气-液界面上方的流体从附着流转变为分离涡流,空气内部的涡流方向也从顺时针转变为逆时针.形成分离涡的临界空气损耗率为h*c=0.3～0.4,减阻率从12％降低到5％.界面下降后雷诺数Re、微通道宽度W和凹槽长度占比δ对微凹槽减阻性能也有重要影响,研究结果有助于深化对超疏水表面微凹槽两相流动减阻问题的认识,为微凹槽结构设计及应用提供重要的理论指导.

    滑移长度气-液界面涡胞微凹槽流动减阻

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    受限管道内移动气泡的液膜界面形貌研究

    张一迪马磨云曹旭博李中南...
    2522-2532页
    查看更多>>摘要：受限管道中的气泡移动在诸如二氧化碳填埋与驱油、心脑血管和肺部气液输运等领域具有重要的应用,液膜动力学以及气-液界面的形貌演变这些关键问题受到关注.文章旨在通过基于光干涉的实验方法,探究气泡在受限管道内移动过程中,气体与管壁间的液膜相对厚度分布,并分析其变化规律,得到周期性变速移动气泡引起的液膜厚度特征.通过液滴微流控的流动聚焦法,分别在蛇形延长管道和平直短管道内形成了匀速移动的气泡和变速移动气泡.利用绿色光在气-液和液-固界面产生的两道反射光之间干涉所形成的条纹,通过相对光干涉强度(ROII)方法得到液膜厚度分布.发现在与气泡固连的参考系中,匀速移动气泡引起的液膜厚度呈稳态分布,且得到了与以往的研究工作相符的、接近气泡尾部的马鞍形厚度分布,证明了该实验方法的有效性.在气泡进行周期性减速—加速—匀速的移动过程中,气泡参考系内的液膜厚度呈现了随时间周期性变化的厚度分布.气泡加速与减速均引起了界面形貌的整体变化,且体现出了滞后性.本研究发现了变速移动气泡特殊的液膜厚度演变规律,将为针对受限管道内气泡的理论和计算研究提供实验观测的依据.

    微流控气泡动力学液膜流动流动聚焦光学干涉法

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    俯仰翼型流体动力学系统的稀疏建模与预测

    王子豪张桂勇孙铁志
    2533-2543页
    查看更多>>摘要：重点探讨了在低雷诺数和大攻角条件下,俯仰翼型复杂流体流动的非线性动力学特性.研究通过整合多个相互关联的变量,利用主成分分析(principal component analysis,PCA)和等距特征映射(isometric mapping,ISOMAP)降维技术,成功实现了对高维流场数据的低维表达.其中,特别强调了ISOMAP在描述非线性流场特征方面的卓越性能,该算法具有更强的灵活性,能够有效处理高度非线性系统的复杂结构.在此基础上,研究进一步引入最小绝对收缩和选择算子(least absolute shrinkage and selection operator,LASSO)模型,构建了流场的常微分控制方程.这一模型通过自动检测和筛选非线性项,显著简化了流场的描述,提高了对多变量复杂关系的理解.最后,研究采用5(4)显式龙格-库塔方法,实现了对多变量非线性流体动力学的高精度快速预测.这项研究框架不仅突破了传统单一变量分析的局限性,还通过整合多维信息,全面揭示了流场的复杂特性.引入流形学习和稀疏建模等先进技术,展示了在高维非线性动力系统中的全面建模与精确预测的潜力.这一研究为应用科学和工程领域提供了重要的理论方法学进展,为深入理解和预测复杂流场中的非线性动态行为开辟了新的路径.这不仅为相关科学研究提供了强有力的工具,也为工程应用中的流体动力学问题提供了有效的解决方案.

    非线性流形学习低维流形稀疏建模流体动力学

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    基于气泡统一方程的水下爆炸气泡迁移特征参数影响规律研究

    徐润泽唐皓李世民王诗平...
    2544-2554页
    查看更多>>摘要：气泡统一方程能够高效描述考虑多种因素的球状气泡动力学行为,但描述气泡迁移方程中的特征参数对于气泡行为的影响规律以及如何确定特征参数尚不明晰.基于气泡统一方程建立了理论模型进行计算与"欧拉有限元"数值算法以及经典球状气泡理论模型进行对比,并结合以下爆炸实验,进一步验证了气泡统一方程的科学性以及相较于其他理论模型的优势.在此基础上,探究了迁移方程特征参数对自由场水下爆炸气泡动力学的影响规律.研究表明,拖曳力系数和附加质量系数对于气泡第一周期脉动的影响可忽略不计,拖曳力系数相比于附加质量系数对气泡迁移的影响更具有主导作用.当拖曳力系数较大时,其对气泡迁移产生明显的阻碍效果,反之不足以对气泡迁移提供阻碍效果.附加质量系数对气泡迁移也是阻碍作用,其对气泡迁移的影响近乎线性.确定迁移特征参数需要围绕具体问题来分析,基于研究结果并结合相似实验可以明确迁移特征参数,并采用理论计算为水下爆炸实际工程应用提供指导与参考.

    气泡统一方程水下爆炸气泡气泡迁移拖曳力系数附加质量系数

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    近壁剪切流中活性粒子运动特性实验研究和理论分析

    许晓飞王炯哲张泽童松豪...
    2555-2564页
    查看更多>>摘要：活性粒子是一种具有自驱动能力的粒子,自然界中的大肠杆菌是典型的活性粒子.活性粒子在水体中的运动会受到流体剪切作用和边界约束的影响,研究大肠杆菌在近壁剪切流中的运动规律有利于加深对活性粒子一般运动规律的理解.基于微流控技术、高速显微图像采集技术和数字图像处理技术,获得大肠杆菌在近壁剪切流中运动参数的量化信息,考察流场剪切速率和大肠杆菌自驱动能力对大肠杆菌运动的影响,从全局和局部两个角度研究大肠杆菌在近壁静止水体和近壁剪切流中的运动规律.实验研究发现,近壁静止水体中大肠杆菌呈圆周运动,圆周运动角速度随大肠杆菌自驱动能力的提升而增大,大肠杆菌平均直行速度和转向频率分别随悬浮液温度升高而增大和加快;近壁剪切流中大肠杆菌随水体向下游运动的同时存在横向迁移,横向迁移速度随剪切速率先快速增大后缓慢增大至最大值,之后略微减小并最终趋于恒定,转向频率则随剪切速率的增大和悬浮液的温度升高而加快.构建并求解大肠杆菌运动的角速度模型,对比大肠杆菌横向迁移速度的理论值和实验结果证明模型可靠性较好.理论分析结果表明,大肠杆菌运动方向与壁面的夹角随剪切速率的增大而缓慢减小,而其在与壁面平行平面内的运动角则随剪切速率增大先快速减小后缓慢减小.

    活性粒子大肠杆菌剪切流固壁边界横向迁移

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    基于机器学习的伯努利夹持器气体流动特性研究

    王洪悦刘延芳杜德嵩齐乃明...
    2565-2578页
    查看更多>>摘要：电子元器件的非接触输运是实现其全自动化生产的瓶颈之一.伯努利夹持器作为一种非接触式气动夹持装置被广泛应用于工业中物体的抓取、定位和运输,而适用于mm级别半导体器件清洁无损运输的微型伯努利夹持器还鲜有研究.文章采用SST κ-ω并结合层流/湍流转捩γ模型,探讨了夹持间隙、喷嘴直径、夹持器尺寸以及供气压力对吸持力和气体消耗率的影响,并分析了其内部的气体流动特性变化;以数值模拟获得的数百个数据作为数据集,利用机器学习方法建立6个夹持器性能预测模型,并结合相应的智能算法对机器学习模型的超参数进行调优,进行特征相关性分析,并比较了各机器学习模型的预测效果.结果表明,吸持力受多因素综合影响:其随供气压力、夹持器尺寸的增大而增大,随夹持间隙及喷嘴直径的增大先增大后减小;气体消耗率随供气压力、夹持间隙以及喷嘴直径的增大而增大.最佳的机器学习模型对吸持力和气体消耗率的预测准确率评价指标R2(越接近1越准确)分别在0.95和0.97左右,预测了不同夹持器尺寸下的最大吸持力及所对应的夹持器参数,与数值结果进行比较其误差小于5％,具有良好的预测能力.此外发现,为保证夹持器低G-F因子工作(产生单位吸持力所需的气体消耗率g/s·N)其供气压力和夹持间隙应分别控制在3～5 bar和0.045～0.08 mm之间,模型可用于多参数影响下的伯努利夹持器吸持力和气体消耗率的预测.结果可为微型伯努利夹持器设计及结构参数优化提供参考.

    伯努利夹持器机器学习层流/湍流转捩吸持力气体消耗率

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    空心弹高速斜入水弹道稳定性研究

    黄振贵范浩伟那晓冬陈志华...
    2579-2595页
    查看更多>>摘要：空心弹是一种具有通孔结构的新型射弹,与相同口径的实心射弹相比,阻力更小,在同等装药量的条件下具有初速高的优点,其入水时呈现复杂的入水流体动力学和弹道特性.文章基于雷诺时均Navier-Stokes方程、VOF(volume of fluid)多相流模型、SST(shear stress transfer)κ-ω 湍流模型、Schnerr-Sauer 空化模型、六自由度模型和重叠网格技术对空心弹高速入水进行了数值模拟,研究了入水速度和角度对空心弹入水空泡、空化、载荷和弹道稳定性的影响.将数值计算结果与实验结果进行对照,空泡形态和质心轨迹曲线与实验结果吻合较好,验证了数值模拟方法的可行性.结果表明:空心弹入水速度对空泡的大小和空泡内空化的程度影响较大,随着入水速度越高,空泡也越大,空化越明显,弹体的速度衰减越快,弹道越不稳定,弹体失稳越早;随着入水速度越低,空心弹的阻力和升力系数越小,弹体运动越稳定.入水角度对空泡的大小及弹体的偏转程度有较大影响,入水角度越大,弹体偏转时刻的空泡越大,空泡内的空化越明显,弹体头部的高压区域越小,阻力、升力和力矩系数越小,相同时间内弹体的偏转角越小,弹体姿态越稳定.入水角度越小,弹体的偏转角增加的越快,弹体运动越不稳定.

    斜入水空心弹入水空泡入水稳定性载荷特性

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    新型三明治夹芯金属橡胶毡垫本构模型研究

    李晖孙占彬刘小川孙凯华...
    2596-2603页
    查看更多>>摘要：对新型三明治夹芯金属橡胶毡垫的本构模型开展了预测研究.在分别考虑由上、下金属丝表层与不同丝材和丝径相互混压而成的多层夹芯结构形式的基础上,基于微弹簧单元理论和串/并联刚度分析法,创建了新型三明治夹芯金属橡胶毡垫的本构模型.定义了未接触、滑移接触和挤压接触3种接触状态,在推导获得不同接触状态下该毡垫的加载和卸载刚度后,实现了应力-应变曲线的预测.最后,对由铜丝和不锈钢丝构成的多款三明治夹芯金属橡胶毡垫样件开展了准静态压缩测试.实验结果表明,所建立的本构模型的最大刚度预测误差为9.1％,最大损耗因子预测误差为10.7％,具有较好的预测能力,且新型金属橡胶毡垫相比于传统金属橡胶毡垫具有更好的减振能力.相关研究成果可为新型金属橡胶毡垫构成的结构系统的关键力学参数计算与分析,提供重要的模型工具.

    三明治夹芯金属橡胶毡垫本构模型预测制备

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    带孔形状记忆合金薄板弹热性能的实验和理论研究

    庞云浩于超阚前华康国政...
    2604-2615页
    查看更多>>摘要：NiTi形状记忆合金因其优异的弹热效应在新兴固态制冷领域具备广阔的应用前景.然而,该类合金较高的相变临界应力使得其弹热效应需要很高的机械载荷来驱动,对固态制冷器件的小型化和大规模应用带来了挑战.文章通过在NiTi形状记忆合金薄板上引入孔洞,揭示了孔洞体积分数、分布形式对薄板弹热性能的影响.结果表明,孔洞造成的应力集中效应能够在显著降低薄板相变驱动力的同时,有效增加薄板的整体制冷温度和吸热量.薄板在变形过程中的整体力-位移响应和温度演化强烈依赖于孔洞体积分数,孔洞分布形式仅仅影响薄板的局部应力-应变-温度场,而对整体的热-力响应影响较小.进一步地,基于应力对数客观率,在不可逆热力学框架下建立了形状记忆合金有限变形热-力耦合本构模型,并完成了模型的有限元移植.通过与实验结果的对比发现,提出的本构模型能够很好地预测孔洞对NiTi形状记忆合金薄板变形行为和弹热性能的影响,从而为该类合金带孔薄板的设计提供理论工具.

    NiTi形状记忆合金弹热效应带孔薄板热-力耦合本构模型

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