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圆柱结构中的环向SH波及洞体内表面波不存在性讨论

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应用力学学报 2024年第2期41卷 382-391页

作者：邓良玉曹小杉汝艳西安理工大学土木建筑工程学院工程力学系西安710048

目前有关圆柱结构中的环向SH波研究仅限于实心柱体与圆柱壳体结构。由于无法直接获得圆柱洞体中传播的SH表面波的解析解,对比研究了实心柱体和多种不同类型的圆柱壳体中的环向SH波,从波结构、应变能密度幅值分布与壳体厚度的关系讨论洞... 详细信息

目前有关圆柱结构中的环向SH波研究仅限于实心柱体与圆柱壳体结构。由于无法直接获得圆柱洞体中传播的SH表面波的解析解,对比研究了实心柱体和多种不同类型的圆柱壳体中的环向SH波,从波结构、应变能密度幅值分布与壳体厚度的关系讨论洞体内SH表面波的存在性。建立柱坐标系下均匀弹性材料与功能梯度材料环向SH波的波动方程;分别求得方程的贝塞尔函数解和幂级数渐近解;进一步计算得到其频散曲线、波结构与应变能密度幅值。结果表明:幂级数方法可用于计算圆柱型结构中的变系数波动方程,且具有较高的精度;圆柱型结构中环向SH波的能量集中在外表面或次外表面,并随着壳体厚度的增加,能量集中现象更为明显;通过应变能密度幅值分布规律推论出圆柱洞体内表面无法传播环向SH表面波。最后,针对均质结构和梯度结构,采用反证法证明了无法得到满足洞体内SH表面波衰减条件的解析解,从而证明了该推论。

关键词：环向SH波贝塞尔函数幂级数渐近解波结构应变能密度

考虑气动加热瞬态效应的复合材料壁板超音速LCO特性研究

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振动与冲击 2024年第2期43卷 315-322页

作者：刘雅婷段静波徐步青高艺航石家庄铁道大学工程力学系石家庄050043 石家庄铁道大学河北省工程力学基础学科研究中心石家庄050043 国防科技大学空天科学学院长沙410073 北京航天系统工程研究所北京100076

研究了考虑气动加热瞬态温度效应的复合材料壁板非线性热气动弹性行为。对于气动热模型,采用Eckert参考温度法计算气动加热热流,采用有限差分法求解包括壁板面内和贯穿厚度方向的二维瞬态温度场。对于气动弹性模型,采用Von Karman假设... 详细信息

研究了考虑气动加热瞬态温度效应的复合材料壁板非线性热气动弹性行为。对于气动热模型,采用Eckert参考温度法计算气动加热热流,采用有限差分法求解包括壁板面内和贯穿厚度方向的二维瞬态温度场。对于气动弹性模型,采用Von Karman假设来描述复合材料壁板的大挠度变形,采用一阶活塞理论描述超音速气动力。在该方法验证后,给出了考虑气动加热瞬态效应下的复合材料壁板瞬态温度响应和气动弹性极限环振荡(limit cycle oscillation,LCO)响应,并与壁板在稳态温度场中的气动弹性LCO响应进行对比分析。重点讨论了考虑气动加热产生的瞬态温度效应下斜激波、来流动压、传热系数和初始干扰力等因素对复合材料壁板超音速热气动弹性LCO响应和瞬态温度场的影响规律。

关键词：复合材料壁板超音速颤振瞬态热传导气动加热

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静音水下航行器的水动力特性数值研究

北京大学学报（自然科学版） 2024年第2期60卷 203-209页

作者：戴袁鋆任世成张纪华余超北京大学工学院力学与工程科学系北京100871 北京机电工程研究所北京100074

为了克服传统螺旋桨推进航行器推进效率低、灵活性差和噪声大的缺点,针对一种仿生柔性体推进的水下航行器的水动力特性进行数值研究,分析柔性体波动的振幅和波数对水动力特性的影响、仿生表面对水动力性能的影响以及整体设计对水动力特... 详细信息

为了克服传统螺旋桨推进航行器推进效率低、灵活性差和噪声大的缺点,针对一种仿生柔性体推进的水下航行器的水动力特性进行数值研究,分析柔性体波动的振幅和波数对水动力特性的影响、仿生表面对水动力性能的影响以及整体设计对水动力特性的影响。数值结果表明,增大振幅将显著地增大静水推力,同时增加推进阻力;增加波数则显著地增加推进阻力,并减小静水推力。此外,使用仿生表面和现有的前尖端设计,可以减小推进阻力。研究结果有利于进一步优化航行器,提高航行器推进效率。

关键词：水下航行器仿生推进柔性体水动力特性

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超大型航天结构动力学与控制的保辛方法

计算力学学报 2024年第1期41卷 108-117页

作者：邓子辰张凯李庆军安思奇李纪辉西北工业大学工程力学系西安710072 西北工业大学航空学院西安710072 中山大学航空航天学院深圳518107 西湖大学工学院杭州310024

超大型航天器是空间资源探索和利用的重要空间基础设施,也是实现航天强国目标的重大战略性航天装备。由于这类结构的质量和尺寸巨大,将带来在轨运行中的姿-轨-结构耦合和在轨姿态控制问题。同时,结构的超大尺度、构型变化与空间环境相... 详细信息

超大型航天器是空间资源探索和利用的重要空间基础设施,也是实现航天强国目标的重大战略性航天装备。由于这类结构的质量和尺寸巨大,将带来在轨运行中的姿-轨-结构耦合和在轨姿态控制问题。同时,结构的超大尺度、构型变化与空间环境相互作用将产生极复杂的结构振动和大型结构特有的波动现象。这些为其动力学建模与数值求解、在轨精确姿态控制、低频结构振动抑制和振动波动耦合的特性调控等提出了新的挑战。本文介绍了本团队近十年基于保辛方法针对上述问题取得的研究进展,包括超大型航天结构在轨耦合动力学与姿态控制、超大型航天结构波动力学行为与控制、可展开结构设计以及变刚度主动控制方法等。

关键词：超大型航天器保辛方法动力学与控制波动特性分析

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变温环境下胶囊混凝土拉压性能及影响因素分析

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力学季刊 2024年第3期45卷 667-675页

作者：余陈吴佰建郭力东南大学土木工程学院工程力学系江苏南京211189

胶囊混凝土是一种具备微裂缝自动修复能力的高耐久性工程材料,应用前景广阔.目前对胶囊混凝土力学和自愈性能研究较多,但缺乏对服役环境变温荷载影响的研究.本文研究了荷载与温度共同作用下胶囊混凝土的力学行为,首先采用双线性软化本... 详细信息

胶囊混凝土是一种具备微裂缝自动修复能力的高耐久性工程材料,应用前景广阔.目前对胶囊混凝土力学和自愈性能研究较多,但缺乏对服役环境变温荷载影响的研究.本文研究了荷载与温度共同作用下胶囊混凝土的力学行为,首先采用双线性软化本构关系建立不同胶囊尺寸的胶囊模型和无胶囊混凝土模型,进行单轴拉伸和单轴压缩测试,考察了胶囊尺寸对胶囊混凝土力学行为的影响,随后模拟不同温度下的热源,研究了考虑热传导和温度变化的胶囊混凝土抗压和抗拉性能.数值模拟结果表明,添加胶囊所导致的非均质性使得混凝土拉压强度降低,胶囊尺寸越大,降低幅度越大;一般而言,抗拉强度比抗压强度下降更为明显;由于胶囊和混凝土的热膨胀系数不同,变温环境可使胶囊混凝土的强度降低20%左右,需在材料设计和参数优化中加以考虑.

关键词：胶囊混凝土热传导拉压强度自愈混凝土

干细胞模拟发育:细胞元件、胚胎模型与工程方法

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合成生物学 2024年第4期5卷 734-753页

作者：韩宜钊郭佳邵玥清华大学航天航空学院工程力学系生物力学与医学工程研究所北京100084

近百年来,胚胎发育的理论基础主要源于对模式动物的研究,珍稀哺乳动物的发育研究一直受到种间差异、伦理及技术手段等条件的制约。随着干细胞技术的迅猛发展,研究者们利用干细胞构建体外胚胎模型突破传统发育研究的局限性。目前,胚胎模... 详细信息

近百年来,胚胎发育的理论基础主要源于对模式动物的研究,珍稀哺乳动物的发育研究一直受到种间差异、伦理及技术手段等条件的制约。随着干细胞技术的迅猛发展,研究者们利用干细胞构建体外胚胎模型突破传统发育研究的局限性。目前,胚胎模型是否能够完全模拟真实胚胎的发育过程尚待验证,但这无疑为发育生物学研究带来新的可能性。本文以小鼠和人为主要讨论模型,总结用于构建胚胎模型的干细胞种类,阐释不同干细胞在模拟发育过程中的作用和重要性。文章系统呈现了胚胎在不同发育阶段的关键事件和时空动态过程,全面阐述胚胎模型取得的显著成果,详细探讨如何评估胚胎模型的仿生度,以及生物工程学方法在胚胎模型开发中的关键作用,为胚胎模型的进一步优化和发展提供参考。通过对胚胎模型领域的深入研究,有助于更全面细致地了解胚胎发育过程,并为早期发育研究、疾病研究、药物筛选、生殖医学及毒性评估等领域提供更为精确的理论依据和应用工具,进而为未来生命科学的发展开辟新的途径。

关键词：干细胞胚胎模型哺乳动物胚胎学微环境生物工程高保真度自组装

脉冲激励下阻尼非线性对串列式两自由度非线性能量阱的减振性能研究

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力学学报 2024年第5期56卷 1458-1474页

作者：聂小春林西齐付俊杰王灵芝晏致涛重庆科技学院建筑工程学院重庆401331 能源工程力学与防灾减灾重庆市重点实验室重庆401331

非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)是一种优于线性吸振器的被动能量吸收装置,其在各个领域的抑振中起着关键性的作用.对具有线性阻尼的串联式两自由度非线性能量阱(2-DOF LNES)、具有非线性立方项阻尼的串联式两自由度非线性能量... 详细信息

非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)是一种优于线性吸振器的被动能量吸收装置,其在各个领域的抑振中起着关键性的作用.对具有线性阻尼的串联式两自由度非线性能量阱(2-DOF LNES)、具有非线性立方项阻尼的串联式两自由度非线性能量阱(2-DOF NNES)以及具有线性和非线性阻尼的组合式串联两自由度非线性能量阱(2-DOF CNES)3种系统在脉冲激励下的振动抑制性能及能量传递形式进行了研究.建立了3种系统的理论模型,并利用复变量平均法对相应的系统近似解进行了推导,得到了对应的慢变动力流方程.使用4阶龙格库塔法对同种系统在不同初始能量下NES的减振效率及能量传递形式进行了纵向对比研究,又对不同系统在同种初始能量下的减振性能和能量传递形式进行了横向对比研究.结果表明,在主结构耦合串联式两自由度NES模型中,NES振子对主结构的减振主要通过1:1:1瞬态共振俘获实现.2-DOF LNES和2-DOF NNES分别在较小和较大的初始能量条件下对主结构具有较好的抑振能力.2-DOF CNES则综合了2-DOF LNES及2-DOF NNES系统各自的优势,不仅具有小的能量触发阈值,并且在主结构受到较大的初始脉冲激励时也能保持较好的减振性能,这种优势使其在应对不同的初始能量条件下时均具有较高的减振效率和鲁棒性.

关键词：非线性能量阱非线性阻尼脉冲激励靶向能量传递近似解析解

T型通道微流控芯片中液滴生成的影响因素研究

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工程力学 2024年第7期41卷 239-248页

作者：郭涛孙震张帆昆明理工大学建筑工程学院工程力学系昆明650500 江苏大学流体机械工程技术研究中心镇江212013

高效、可控的微液滴生成技术在药物封装、病毒检测、材料筛选、细胞培养、微流控芯片等生化领域具有广泛的应用前景。而液滴生成频率、大小以及生成位置是试剂定量以及结构改进的重要参考因素。该文基于两相流理论,采用水平集方法追踪... 详细信息

高效、可控的微液滴生成技术在药物封装、病毒检测、材料筛选、细胞培养、微流控芯片等生化领域具有广泛的应用前景。而液滴生成频率、大小以及生成位置是试剂定量以及结构改进的重要参考因素。该文基于两相流理论,采用水平集方法追踪连续相与分散相流体界面,探讨了不同流速比情况下壁面接触角、通道宽度比以及主管长度比对的液滴生成频率、大小和生成位置等的影响。结果表明:主要捕捉到分层平行流、段塞流、滴状流和泡状流四种流型,其中滴状流型分布较广,是稳定生成液滴中出现最多的一种流型,只要流速比η足够大(η≥3.0),在不同毛细数下,均能生成。压力差是段塞流的主要生成因素,而滴状流和泡状流液滴主要是由黏性剪切力、压差和界面张力的共同作用形成;流速比越大,液滴生成频率越高,直径越小,生成位置越远;接触角越大则连续相流体与壁面粘滞力越大,从而提高了两相流界面的剪切力,加速了液滴脱落,液滴生成频率增加,同时,凝并时间缩短,也使得液滴直径减小。但是接触角对液滴生成频率和大小的影响有限,而对生成位置的影响较大,尤其在接触角θ_(w)≥160°后液滴生成位置曲线呈收敛趋势,因此更高的连续相与壁面间黏性有助于提高系统的可控性;在流速比不变的情况下,通道宽度比λ对液滴的生成有促进作用,液滴生成频率、大小和生成位置均随通道宽度比的增加呈递增趋势。λ=0.3-0.55区间是不同流速下均能生成液滴的稳定区间;主管长度比φ=15为液滴生成位置的临界点,此时液滴生成位置较稳定;总之,液滴生成位置受接触角、主管长度比和通道宽度比的影响较大,接触角、主管长度比越大,管内沿程阻力越大、压力幅值越高,则生成位置越提前。而通道宽度比越大,则流动越顺畅,促使液滴生成位置靠后,越来越远离交叉口。

关键词： T型微通道微流控液滴生成接触角多相流

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车辆在非光滑路面的接触动力学分析方法研究

力学学报 2024年第6期56卷 1762-1774页

作者：宋宁宁赵剑公爵李琳辉彭海军大连理工大学机械工程学院汽车工程系辽宁大连116024 大连理工大学力学与航空航天学院工程力学系辽宁大连116024

车辆接触动力学研究有助于更加全面地了解整车力学性能,对整车稳定性和座舱舒适性设计具有指导性作用.文章基于非光滑多体系统理论,对车辆系统展开接触动力学研究.考虑到车辆在行驶过程中,轮胎是与地面接触的唯一部件,轮胎动力学模型对... 详细信息

车辆接触动力学研究有助于更加全面地了解整车力学性能,对整车稳定性和座舱舒适性设计具有指导性作用.文章基于非光滑多体系统理论,对车辆系统展开接触动力学研究.考虑到车辆在行驶过程中,轮胎是与地面接触的唯一部件,轮胎动力学模型对整车动力学分析发挥着重要的作用.首先,借助于张拉整体结构的思想,建立轮胎的等效模型.然后,采用拉格朗日乘子方法,将约束方程引入到拉格朗日函数中,并基于第二类拉格朗日方程,推导得到整车系统的一般动力学方程.由于接触碰撞的存在,会导致车辆的状态变量呈现出非连续性.利用牛顿碰撞定律,建立了碰撞响应的非光滑数学列式,并利用光滑化的Fischer-Burmeister函数将非光滑数学列式进行等效替换,以提高计算效率.其次,将摩擦响应的求解转化为优化问题进行描述,以避免求解摩擦方向时出现奇异.另外,将车辆系统的一般动力学模型分解为光滑部分与非光滑部分进行求解,并利用广义α离散策略给出了详细的求解流程.最后,对整车系统展开了多工况的接触碰撞数值仿真,分析了不同工况下的接触响应对整车动力学性能的影响,验证了所提方法的有效性.

关键词：车辆多体系统动力学轮胎建模碰撞摩擦非光滑接触