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期刊信息/Journal information
应用数学和力学
应用数学和力学

钟万勰

月刊

1000-0887

applmathmech@cqjtu.edu.cn

023-68813708

400016

重庆交通大学90号信箱

应用数学和力学/Journal Applied Mathematics and MechanicsCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>综合性力学和应用数学学术月刊。以中英文两种版本发行世界50多个国家和地区。注重论文的创新性，反映国内外本学科最新科研成果。总被引频次居我国数学类期刊第二位。近8年在SCI-E中论文检出率为100%，近15年在EI中论文检出率为83%，近25年在德国《数学文摘》中检出率为93%。读者对象为从事与力学和应用数学有关工作的科研人员、工程技术人员和大专院校师生及对该学科有兴趣的读者。
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    数据驱动下的声学器件音质优化

    许磊张维声朱宝郭旭...
    253-260页
    查看更多>>摘要：音质是声学器件声音表现的重要衡量标准.但音质的优化过程需要对大量频点的响应进行协同优化,造成优化问题的可求解性较差.该文提出了一种数据驱动下的声学通道拓扑优化设计方法,可实现声-结构系统中的声频响快速预测,进而借助显式拓扑优化技术实现声学器件的音质优化.通过人工神经网络对结构几何参数、激励频率与声频响之间的非线性关系进行建模,以可移动变形组件(moving morphable components,MMC)法中的结构几何参数、激励频率为输入变量,以声压频响作为输出变量,通过训练多层前馈网络建立了声频响的人工神经网络模型.所得结果可以有效地将目标频带内的声压级范围差从 44.89 dB缩小至 6.49 dB,相较于传统优化方法,求解速度约为之前的 16.3 倍,表明了当前方法对音质优化问题的快速求解具有明显效果.

    拓扑优化声-结构系统人工神经网络可移动变形组件法音质

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    3D打印仿贻贝足丝结构的黏附性能

    徐万崟谢宇钱劲
    261-272页
    查看更多>>摘要：贻贝足丝是一种自然界存在的高性能生物黏附器,能够在不同环境下提供贻贝-固体表面之间的黏附作用.近年来,许多研究者开始关注贻贝足丝的组成和宏微观结构对其黏附性能的定量影响,为仿生黏附器件的设计寻找思路.该文结合 3D打印技术、脱黏实验和有限元方法,系统研究了形状和几何参数对仿贻贝足丝结构脱黏模式和黏附性能的影响机制.该文结果揭示了贻贝足丝的脱黏机理,发现贻贝足丝存在最优的足丝方向角,使其黏附性能最佳,探究了同一角度下足丝线-斑块连接位置和斑块底部形状对其黏附性能的影响.最后,模拟了束状仿贻贝足丝结构在竖直拉力作用下的完整脱黏过程,所获得的锯齿状脱黏曲线表明束状结构具有相对稳定的抗脱黏能力.这些研究结果有助于理解自然界贻贝足丝的脱黏行为,可为仿生黏附器件的优化设计提供基础和参考.

    贻贝足丝仿生结构结构因素黏附性能3D打印

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    考虑不同破坏形式下隧道锚承载力及破坏阶段研究

    杨国俊吕明航唐光武田骐玮...
    273-286页
    查看更多>>摘要：现有研究多以锚岩接触面出现塑性区域或应力峰值点转移作为达到极限状态的判别标准,但不同工程地质情况会导致隧道锚(TTA)破裂面线形存在较大差异,很难准确推导出隧道锚的极限承载力.为了进一步探求隧道锚在拉拔荷载下的工作过程,得到更加明确的隧道锚极限承载力的表达形式,采用幂指数函数形式表征倒锥形破坏破裂面的线形,基于Mindlin应力解与峰值剪应力控制理论得到界面破坏应力分布形式,推导了界面破坏与倒锥台破坏形式下的承载能力公式;采用国内 5 座悬索桥隧道锚承载力进行算例验证,同时分析研究了不同参数对隧道锚极限承载力的影响.研究表明:两种破坏形式下,承载力的主要来源为破裂面的黏结力,占总承载力的 50%以上,承载力均随着长度与内聚力的增加而线性增加;承载力随着倾斜角的增加而增加,但增长速度减慢,界面破坏形式下出现先增加后减小的现象.对比以往试验以及数值模拟结果,与该文推导结果基本一致,分析公式计算结果和位移增长曲线,发现隧道锚工作过程明显呈现 3 个阶段,最终破坏形式为界面破坏和倒锥形破坏两种破坏模式的结合.

    桥梁工程隧道式锚碇极限承载能力Mindlin应力解解析法

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    颗粒土中剪切带临界状态数学描述及其完全解

    黄文雄崔贤
    287-294页
    查看更多>>摘要：为正确模拟土体涉及剪切带演化的后失效力学响应,需采用包含细观特征长度的高阶连续介质力学模型.笔者利用前期所建立的微极亚塑性模型,对颗粒土中剪切带的发展过程进行了分析推导,得到了剪切带临界状态条件下关键变量所满足的非线性微分方程.该文展示了上述非线性微分方程的简要推导,重点讨论了该非线性微分方程的主要性质、主要参数变化范围和求解途径;通过对剪切带进一步的力学分析补充建立了一个能量方程,使问题具有确定解.在此基础上,应用数值积分求出了剪切带厚度因子和剪切内应力、变形率分布及剪切速度分布的完全解.其中剪切带厚度因子对于微极亚塑性模型细观参数的确定具有重要作用.

    剪切带微极亚塑性模型临界状态非线性常微分方程完全解

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    含内聚裂纹弹性体的能量释放率与断裂能

    安蕊梅侯永康李云峰段树金...
    295-302页
    查看更多>>摘要：根据内聚裂纹模型,含裂纹的弹性体在裂纹尖端附近存在一内聚区,内聚区断裂参数表达是其核心研究内容.该文假定弹性平板直线裂纹尖端存在一带状内聚区,并由一条虚拟线裂纹代替,其张开位移与内聚力存在确定的非线性函数关系.以Ⅰ型边裂纹为例,导出了满足虚拟裂纹条件的解析解;在此基础上给出了物理裂纹尖端扩展的能量释放率Ga、内聚裂纹尖端扩展的能量释放率Gb的计算公式;讨论了Gb,J积分和断裂能GF之间的关系;从理论上证明了临界能量释放率Gbc 就是断裂能GF,Gbc 可以作为含内聚区材料裂纹失稳扩展的断裂参数.提出的方法适用于所有含Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型内聚裂纹的弹性体.

    内聚区虚拟裂纹能量释放率J积分断裂能

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    一维六方准晶非周期平面内中心开口裂纹的平面热弹性问题

    赵雪芬卢绍楠马园园张保文...
    303-317页
    查看更多>>摘要：考虑裂纹内部介质的热传导率,研究了一维六方准晶非周期平面内含中心开口裂纹的平面热弹性问题.利用Fourier积分变换技术,得到了热应力、裂纹尖端处的热应力强度因子和应变能密度因子的封闭解.数值结果讨论了裂纹内部介质的热传导率、外载荷及声子场-相位子场耦合系数对热应力强度因子和应变能密度因子的影响.结果表明,声子场-相位子场耦合系数对裂纹扩展影响较大.当声子场载荷较小或热流密度较大时,裂纹不易扩展,热流密度在裂纹尖端处会出现集中热效应.随着裂纹内部介质热传导率的增大,热流密度逐渐增加而热应力强度因子逐渐减小.该文所得结果为准晶热力学性质的实际应用提供了理论依据,进而可用于优化准晶元器件的设计和制备.

    一维六方准晶中心开口裂纹Fourier积分变换热应力强度因子应变能密度因子

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    基于时空最优低维动力系统的多尺度可压缩湍流数值模拟方法

    齐进吴锤结
    318-336页
    查看更多>>摘要：按照周培源教授关于研究湍流数值模拟建模时必须分析和求解脉动速度场的思想,该研究基于第一性原理,系统地建立了基于时空低维最优动力系统的多尺度可压缩湍流数值模拟方法(LMS方法),并将其应用于多次冲击Richtmyer-Meshkov问题的数值模拟中,首次得到了可压缩湍流的中尺度流场和不同于DNS近似解的湍流近似解.数值结果表明,LMS方法可以用较少的网格获得更精确的湍流近似解.首先解决了研究中遇到的几个问题,为LMS方法的构建铺平了道路.这些问题是:基于湍流的物理特性,提出了湍流大、中、小尺度分解的新概念;找到了box滤波空间相关性的计算方法;指出了湍流建模理论中长期存在的逻辑错误,提出了多尺度湍流模型的概念;讨论了湍流封闭问题的本质和关键,给出了克服湍流封闭问题的数值方法.采用box滤波方法/空间网格平均方法且在大尺度网格的意义下,LMS方法的本质是一种将RANS、LES、DES和DNS等湍流数值模拟方法统一的全新湍流数值模拟方法.需要指出的是,LMS方法也可以作为湍流模型研究的辅助工具,以检验SGS尺度方程/脉动方程中各项所对应的湍流模型是否正确.

    周培源对湍流研究的开拓性贡献时空最优低维动力系统LMS方法多尺度湍流模型可压缩湍流

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    水滴撞击倾斜非Newton除冰液液膜动力学行为特性数值研究

    崔静岳茂昌牛书鑫杨广峰...
    337-347页
    查看更多>>摘要：为了探究降雨天气下水滴撞击除冰液液膜后引发的非Newton动力学行为,耦合相界面控制方程及组分输运方程,构建了多相、多组分、多体系耦合作用的液滴撞击非Newton液膜的动力学行为模型.开展了水滴撞击除冰液液膜非稳态演化行为特性数值研究,以实验结果验证并修正了模型.此外,进一步分析了除冰液的剪切稀化特性和斜面坡度对撞击过程的影响机制.研究结果表明:液滴撞击倾斜液膜后会产生非对称的液冠,而除冰液非Newton特性引发的黏度差异进一步导致撞击后的非对称运动;在液冠的形成过程中,除冰液被带离液膜,与水分的稀释效应共同降低了液膜的黏度;坡度的增加限制了水滴在液膜上游的作用范围,促进了下游液冠的生长进而加快了除冰液的脱离,因此液膜在下游的黏度显著降低.

    除冰液剪切稀化组分输运坡度

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    多孔介质孔隙率对池沸腾传热性能影响机理的模拟研究

    何树娄钦
    348-364页
    查看更多>>摘要：采用介观相变格子Boltzmann(lattice Boltzmann,LB)方法,在孔隙尺度下研究了多孔介质的孔隙率对池沸腾换热过程的影响,重点分析了不同孔隙率时气泡的运动过程,并对气泡在多孔介质中的典型状态进行了力平衡分析,进而探究了多孔介质孔隙率影响沸腾传热的机理.结果表明,与无多孔介质的平板表面相比,多孔材料能够有效地降低初始成核的壁面过热度,增强流体的扰动,并且能够显著提升临界热流密度(critical heat flux,CHF)值.在所研究的工况中,孔隙率ε= 73.2%时,CHF值提升最大,约为平板的3.6 倍,其余孔隙率的多孔介质最小也可将其CHF值提升至平板的 2.3 倍.研究发现,当孔隙率从 97.7%开始逐渐减小时,CHF值逐渐增大,同时沸腾换热曲线向左上方移动,这是因为减小孔隙率能够增大有效换热面积,减小气泡成核的壁面过热度,从而强化沸腾换热.当孔隙率减小到ε= 73.2%时,若继续减小孔隙率,热流密度将突然下降,沸腾传热性能显著降低.通过对沸腾过程中气泡的受力进行分析后发现,当孔隙率较小时,过小的孔隙直径显著增大了气泡的逸出阻力,降低了气泡的上升速度,延长了气泡脱离多孔介质的时间,且此时气泡会在蒸发动量力、接触压力以及摩擦力等的共同作用下聚集在加热器上表面,形成气膜,从而恶化沸腾传热.

    多孔介质池沸腾换热气泡动力学孔隙率

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    弹性膜对部分充液罐车内液体晃动的抑制效果研究

    祁文超王琼瑶平凯陈馨儿...
    365-378页
    查看更多>>摘要：为了提高液罐车的制动性能和侧倾稳定性极限,建立了流固耦合模型,研究了弹性膜对部分充液罐车内液体晃荡的抑制效果.进行了实验室实验,实验结果验证了数值模型的有效性.验证后的模型被进一步用于研究不同的弹性膜配置对晃荡响应的影响,如液体载荷传递、晃荡力、俯仰力矩和罐壁压强.研究中考虑了两种不同的储罐配置,即没有任何阻尼装置的储罐和具有各种弹性膜组合的储罐,以进行比较.结果表明,添加弹性膜可以显著限制液体的运动,从而显著降低由晃动引起的俯仰力矩,这将提高罐车的制动性能和侧倾稳定性极限.

    液体晃动弹性膜流固耦合数值模拟OpenFOAM

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