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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
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    电机驱动非理想振动系统的索末菲效应

    丁川甘子川王笑宋汉文...
    2731-2740页
    查看更多>>摘要：真实转子系统的电机输出功率有限且无法提供理想恒定驱动,随着电机输入电压升高,在系统固有频率附近会出现长时间平均转速停滞和多稳态跳跃,称为"索末菲(Sommerfeld)效应".这类非理想电机启动时会经过索末菲效应作用区,而长期陷于这一区域时电机转速剧烈波动,会严重影响电机寿命.简化忽略转速波动而注重稳态平均转速,无法观察系统内部受力变化,因此借助数值分析研究电机系统与振动系统作用过程.建立了非理想直流电机-质体-不平衡转子系统的机电耦合动力学模型,通过Matlab/Simulink建模,分析了振动系统各内力分量的变化规律,考察了索末菲效应产生、演变和消失过程.观察到非理想系统进入共振区后,恢复力、惯性力和阻尼力将突然产生偶数倍频成份,导致系统在平均转速与固有频率渐进一致的前提下,产生快转、停转乃至反转剧烈交替切换的现象,并在输入电压大于临界电压后结束跳跃.研究描述了在非理想驱动下系统展现的非线性行为,最后为振动系统动力设计提供指导并确保动力设备正常运行.

    索末菲效应转子系统振动系统非线性动力学

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    广义弱形式自由单元法

    高效伟刘华雩崔苗杨恺...
    2741-2751页
    查看更多>>摘要：自由单元法(FrEM)是一种单元配点法,吸收了有限元法等参单元的插值稳定性与无网格法使用灵活的优点,具有稳定性好和灵活性高的性能.FrEM在每个配置点只需要一个通过自由选择周围节点而形成的独立的等参单元,不需要考虑单元之间节点的相互连接关系,这种自由性使得人们可以按照学科性质形成所需要的单元,因而FrEM既适用于固体力学,也适用于流体力学问题的求解.然而,FrEM所用单元需要至少有一个内部节点(用于方程的配点),以致有限元法中单元节点相连的网格不能在FrEM中直接使用.文章基于对应于配置点的等参单元形函数在与其不相连的边界上为0的特性和配置点等效节点力平衡关系,提出了一种广义弱形式自由单元法(GFrEM).该方法是一种使用单元逐点建立配置方程的单元配点法,具有如下特点:(1)突破了现有自由单元法中单元需要内部节点的限制,因而可以使用线性单元和高阶单元;(2)突破了现有自由单元法中一个配置点使用一个单元的限制,可以使用与配置点相连的任意多个单元;(3)可以使用任意形式的规则单元和多边形/多面体单元;(4)如果使用单元节点相连的传统有限元法网格,则GFrEM自然演变为传统的有限元法.论文将给出几个固体力学方面的应用算例,展示所提方法的有效性.

    广义自由单元法弱形式配点法无网格法有限元法

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    基于频散曲线和机器学习方法的层状生物软组织特性反演

    岳良波王冰古斌
    2752-2761页
    查看更多>>摘要：生物软组织的几何和力学性质是多种疾病的重要指标,通过高精度反演得到生物软组织特性,如组织厚度、弹性模量和密度等,对疾病的诊断、治疗和康复都具有重要的医疗指导意义,超声波检测中包含的参数信息可以高效并准确地解决参数反演问题.文章将超声导波的频散曲线和机器学习相结合,建立了基于生物软组织Lamb波频散曲线的BP神经网络反演方法,分析了频散曲线的模态、波段、训练数据个数、波数采样点个数和数据噪声对反演精度的影响.研究结果表明,提出的反演方法能够准确地得到生物软组织的单参数特性,并且具有很好的普适性,可用于生物软组织的不同特性参数的反演.其中频散曲线数据通过求解频散方程获取.引入确定系数R2对反演结果进行评估,通过对比不同模态与频段下的反演结果,证明根据修正Morris法求得的灵敏度指标来选取频散曲线样本的模态与波段是一种有效手段.而且采用混合模态可进一步提升反演精度.训练数据个数和波数采样点个数超过相应的阈值后,反演精度基本不变,根据阈值可同时保证优异的反演精度和反演效率.通过在样本中加入随机噪声进行鲁棒性测试,当训练样本和测试样本的取值范围和噪声水平相近时,本文反演方法表现出一定的鲁棒性.

    生物软组织特性反演超声导波频散曲线机器学习灵敏度指标

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    基于改进波动方程的MPF推进模式鲼类游动特性研究

    潘柳羊初文华闫纪峰夏铭遥...
    2762-2774页
    查看更多>>摘要：胸鳍或中间鳍推进模式(medianand or paired fin propulsion,MPF)鲼类以其游动高效且稳定而成为越来越多仿生学者的研究对象.研究选取胸鳍为类三角形的鲼类进行仿生建模,针对其游动姿态与推进模式,改进波动方程建立双鳍对称运动模型,并运用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的方法结合动网格技术对其进行数值模拟,研究其推进机理与游动特点,在此基础上,通过改变胸鳍波动频率、波动幅值和体波波长等生物学特征探究不同参数对MPF推进模式鲼类游动能力的影响规律.研究结果表明:在胸鳍向上波动或向下波动阶段,胸鳍末端均存在明显的低压中心,大部分推进力主要由胸鳍末端的涡量差产生;向上和向下波动双鳍的过程中鱼体会产生周期性的升力,频率与摆幅更大时升力系数峰值更高.在相同初速度与相同鱼体初始运动状态下,鱼体在3 Hz与A=0.125L时垂向位移分别可达2.32和1.81 m,可获得最大垂向提升涨幅.体波波长决定鱼体胸鳍波动主要位置,当λ=0.6L即胸鳍波动主要位置靠近中性纵剖面时鱼体推进力系数均值仅有0.02,而当λ=1.05L即胸鳍波动主要位置靠近胸鳍末梢时鱼体具有较高的推进力,推进力系数均值可达0.14.本研究结果可以为基于MPF推进模式的仿生水下机器鱼提供设计与制作基础.

    鲼类游动特性胸鳍或中间鳍推进模式数值模拟

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    多源多精度数据融合与气动特性智能外推

    黄红亮闫昊张鲸超蔡晋生...
    2775-2787页
    查看更多>>摘要：在虚拟飞行试验和飞行器优化设计中,高维高精度的计算往往伴随着高昂的计算成本.代理模型可以大幅度提高计算效率,同时具备对多源多精度数据的融合能力,可基于离散试验数据点进行气动特性校正.基于此目的,将控制方程向低维空间投影,提出一种侵入式降阶的边界层修正算法,在保证精度同时高效地实现采样数据库的扩充,在此基础上构建的代理模型能够提升对飞行器阻力系数的预测精度.其次,通过在降阶模型中融合多源离散试验数据,基于最小二乘的思想引入边界约束,使得代理模型对物面压力分布特性的预测更加贴合给定的试验值.随后构建Kriging桥函数,将局部约束外推至整个物面,实现物面任意位置压力和热流分布修正值的智能匹配,为多源离散约束的融合提供一种新的算法.上述方法在二维翼型和三维钝锥以及无舵飞行器中得到验证,结果表明多精度数据融合算法构造的代理模型相比于单一精度源的代理模型预测流场残差更小,阻力系数预测更为精准,且当无黏采样的外场信息足够充足时,多精度模型预测结果可与CFD计算结果基本无异.进一步发展的多源数据融合算法和气动特性智能外推算法可充分融合离散点试验数据,改善物面压力分布和热流分布的预测结果.

    本征正交分解数据融合离散数据约束Kriging方法智能外推算法

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    基于点密度插值的拓扑优化密度过滤方法研究

    丁胜勇范勇杨广栋
    2788-2798页
    查看更多>>摘要：在基于密度描述的拓扑优化方法中,棋盘格式和灰度单元等数值不稳定问题严重影响着优化构型的可制造性和实用性.为了解决这些问题,提出了一种改进的密度过滤方法.该方法首先将正方形单元中心点处密度作为设计变量,并利用点插值方法获取设计域内光滑连续的材料密度分布.然后,将单元平均密度作为过滤后的单元物理密度用于结构刚度计算.因此,改进的密度过滤仍是一种线性过滤方法,仅需在经典密度过滤基础上进行简单修改.本文方法的核心在于利用了Voronoi图的最邻近原则,该原则使得目标单元中心处的点密度对该单元内任意点的密度插值权重最大.进一步地,通过在点插值权重函数中引入一个优化参数,达到控制灰度单元比例和确保收敛稳定性的目的.与Heaviside映射过滤不同,该优化参数并不会增加优化问题的非凸性,导致优化求解的收敛性变差.同时,改进的密度过滤天然具有保体积特性,有效避免了类似Heaviside映射过滤中迭代振荡现象的发生.最小柔顺化问题的算例结果表明,改进的密度过滤通过优化参数的改变,既可避免棋盘格式,又能获得接近理想的0～1分布的优化结果.而且,相较于Heaviside映射过滤,其在求解过程中具有更好的鲁棒性及优化效率.

    拓扑优化密度过滤棋盘格式灰度单元点插值方法

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