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活性-非活性细胞界面动力学模型

四川大学学报（医学版） 2024年第1期55卷 39-46页

作者：张德清张豪舜李博清华大学工程力学系生物力学与医学工程研究所北京100084

目的利用活性液晶理论模型探究活性-非活性细胞界面的形貌动力学。方法采用活性液晶理论建立连续介质力学模型;通过对细胞单层的活性设置建立活性-非活性界面;通过有限差分及格子玻尔兹曼方法对理论方程进行数值求解分析。结果活性-非... 详细信息

目的利用活性液晶理论模型探究活性-非活性细胞界面的形貌动力学。方法采用活性液晶理论建立连续介质力学模型;通过对细胞单层的活性设置建立活性-非活性界面;通过有限差分及格子玻尔兹曼方法对理论方程进行数值求解分析。结果活性-非活性细胞单层界面呈现3种典型界面形貌,分别为直界面、波浪界面和指形界面。对于直界面,细胞取向在界面处垂直界面分布,−1/2拓扑缺陷聚集在界面,界面带负电属性;对于波浪界面,细胞取向在界面处无明显偏好,界面拓扑电荷数呈电中性;对于指形界面,细胞取向在界面处呈切向排列,+1/2拓扑缺陷聚集界面,驱动指形结构生长,界面带正电属性。结论界面处细胞排列取向会显著影响活性-非活性细胞界面形貌,这与界面的拓扑缺陷动力学密切相关。

关键词：活性细胞界面拓扑缺陷

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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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升力体火箭上面级分离弹簧优化设计研究

西北工业大学学报 2024年第1期42卷 108-116页

作者：缪佶孙晓娜落䶮寿安军北京宇航系统工程研究所北京100076

针对升力体火箭在低空高速飞行环境下上面级分离难度大的问题,提出了一种基于分离弹簧的上面级分离方案,将ADAMS和Matlab集成实现了分离多体动力学仿真分析,采用试验设计方法对同时考虑分离工况偏差和分离弹簧偏差的上面级分离过程进行... 详细信息

针对升力体火箭在低空高速飞行环境下上面级分离难度大的问题,提出了一种基于分离弹簧的上面级分离方案,将ADAMS和Matlab集成实现了分离多体动力学仿真分析,采用试验设计方法对同时考虑分离工况偏差和分离弹簧偏差的上面级分离过程进行打靶仿真计算,确保了分离方案的可靠性。为了进一步优化分离方案,基于Isight建立了上面级分离优化问题模型,并采用多岛遗传算法对分离弹簧质量进行了优化设计,在确保分离过程满足全部约束条件的情况下使分离弹簧质量大幅降低,其降幅达到了48.87%,有效提升了火箭性能。

关键词：上面级分离分离弹簧动力学仿真打靶仿真优化设计

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温度场下功能梯度圆锥壳-环板振动特性分析

哈尔滨工程大学学报 2024年第4期45卷 709-716页

作者：左朋石先杰中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621999 中国科学技术大学近代力学系安徽合肥230026

针对功能梯度圆锥壳-环板组合结构振动问题,本文采用一阶剪切变形理论和Rayleigh-Ritz法分析了温度场下组合结构的振动特性。组合结构位移变量采用谱几何法来表征,考虑材料参数与温度相关并引入人工边界弹簧建立了组合结构振动特性分析... 详细信息

针对功能梯度圆锥壳-环板组合结构振动问题,本文采用一阶剪切变形理论和Rayleigh-Ritz法分析了温度场下组合结构的振动特性。组合结构位移变量采用谱几何法来表征,考虑材料参数与温度相关并引入人工边界弹簧建立了组合结构振动特性分析模型。数值算例中,通过将文中求解结果与文献解和有限元法结果进行对比验证了模型的正确性,进而分析尺寸、材料、温度和连接位置等参数对结构振动特性的影响。研究结果表明:组合结构基频随厚度增加而增加,随着幂律指数、半顶角和温度场参数增加而降低,随环板内径和连接位置变化会呈现非单一变化趋势。

关键词：谱几何法温度场功能梯度结构圆锥壳-环板组合结构自由振动一阶剪切变形理论边界弹簧结构基频

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深度过冷循环低温推进剂贮箱温场特性分析

航空动力学报 2024年第8期39卷 137-144页

作者：张亮汪彬李杨李超沙赵明罗云王文上海航天技术研究院上海宇航系统工程研究所上海201109 上海交通大学制冷与低温工程研究所上海200240

以某型号火箭液氧贮箱为例,对液氧在深度过冷循环过程中贮箱的降温特性进行仿真计算。以液氮为模拟工质,搭建低温推进剂过冷循环原理性缩比试验系统,通过实验数据验证数值模型的准确性。仿真分析了过冷循环流量及回流形式对贮箱降温速... 详细信息

以某型号火箭液氧贮箱为例,对液氧在深度过冷循环过程中贮箱的降温特性进行仿真计算。以液氮为模拟工质,搭建低温推进剂过冷循环原理性缩比试验系统,通过实验数据验证数值模型的准确性。仿真分析了过冷循环流量及回流形式对贮箱降温速率及热分层特性的影响。研究表明:由于一级液氧贮箱筒段较长,贮箱内流体混合更加充分,液体温度均匀性良好;对于二级贮箱,由于其轴向长度较短,从输送管回流的部分深度过冷液氧直接通过贮箱上部抽液口被吸出,发生循环短路,导致贮箱温度始终无法降至70 K,贮箱内温度分层明显,温度均匀性较差,在对贮箱结构进行优化后,贮箱降温速率和温度均匀性提升明显。

关键词：低温推进剂贮箱深度过冷外部循环降温特性

槽道各向异性黏弹性流体中微生物游动特性的数值研究

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力学学报 2024年第4期56卷 1138-1147页

作者：王远欧阳振宇夏严朱晨琳林昭武浙江大学力学系流体工程研究所杭州310027 宁波大学机械工程与力学学院浙江宁波315211 中国计量大学机电工程学院杭州310018

近年来,微生物游动特性的研究逐渐成为流体力学的热点问题之一.深入了解微生物在复杂流体中的游动特性可以为微型器件的设计制造提供帮助.已有研究结果表明,管道中微生物存在复杂的行为特征,其内在的动力学机理尚未清楚.本文采用浸没边... 详细信息

近年来,微生物游动特性的研究逐渐成为流体力学的热点问题之一.深入了解微生物在复杂流体中的游动特性可以为微型器件的设计制造提供帮助.已有研究结果表明,管道中微生物存在复杂的行为特征,其内在的动力学机理尚未清楚.本文采用浸没边界法,引入泰勒波动板模型,探讨槽道中微生物在各向异性黏弹性流体中的游动特性;重点分析槽道壁面约束对微生物行为特征的影响规律.数值模拟结果表明,与自由游动相比,槽道中微生物游动呈现加速现象,而且槽道壁面附近加速效果更显著.另外,槽道中微生物游动效率比自由游动时更高.进一步受力分析,发现流体压力对微生物游动起推动作用,黏性力起阻碍作用.与这两者相比,聚合物产生的弹性力则小很多,几乎可以忽略.槽道中微生物受到更大的流体压力,认为加速现象与此相关.

关键词：微生物黏弹性流体各向异性槽道浸没边界法

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不同粗糙度煤岩界面超低摩擦效应与声发射特征试验研究

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力学学报 2024年第4期56卷 1047-1056页

作者：李利萍胡学锦潘一山孙媛涛辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁大学灾害岩体力学研究所沈阳110036

为了揭示动载扰动作用下煤岩界面粗糙度对超低摩擦型冲击地压影响机制,采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以沈阳红阳三矿1082 m采深煤岩体为研究对象,通过改变煤块与砂岩块体表面粗糙度来模拟煤岩界面不同粗糙特性,以粗糙度系数... 详细信息

为了揭示动载扰动作用下煤岩界面粗糙度对超低摩擦型冲击地压影响机制,采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以沈阳红阳三矿1082 m采深煤岩体为研究对象,通过改变煤块与砂岩块体表面粗糙度来模拟煤岩界面不同粗糙特性,以粗糙度系数表征煤岩界面粗糙程度,工作块体水平位移表征冲击过程中超低摩擦效应强度,声发射能量为工作块体摩擦滑动过程中的信号参数,进行应力波扰动下不同粗糙度煤岩界面超低摩擦试验.研究结果表明:(1)超低摩擦滑动过程中,工作块体水平位移、声发射能量计数以及累计能量曲线呈现出孕育阶段、激发阶段、稳定阶段变化特征;(2)煤岩界面粗糙度越小,工作块体水平位移和声发射能量峰值越大,煤岩界面越易发生超低摩擦效应;(3)不同煤岩界面粗糙度下,相比于其他扰动频率, 2 Hz时更易发生超低摩擦效应;(4)给出了声发射能量峰值与煤岩界面粗糙度系数对应关系.声发射能量峰值可以有效表征超低摩擦效应强度,可以用声发射能量峰值预测超低摩擦效应强度.

关键词：煤岩界面粗糙度煤岩块体超低摩擦效应声发射信号

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贮箱内浆态低温推进剂沉降特性数值研究

西安交通大学学报 2024年第1期58卷 146-156页

作者：夏斯琦谢福寿厉彦忠郭琬西安交通大学制冷与低温工程研究所西安710049

为了揭示浆态低温推进剂在贮存时的颗粒沉积行为规律,解决沉积带来的浆态低温推进剂向火箭发动机输送时的供给问题,研究了贮箱内浆态低温推进剂的沉降特性。基于欧拉-欧拉数值模拟方法,考虑固体颗粒动力学理论建立了低温固液两相流动与... 详细信息

为了揭示浆态低温推进剂在贮存时的颗粒沉积行为规律,解决沉积带来的浆态低温推进剂向火箭发动机输送时的供给问题,研究了贮箱内浆态低温推进剂的沉降特性。基于欧拉-欧拉数值模拟方法,考虑固体颗粒动力学理论建立了低温固液两相流动与相变传热数值模型,研究了浆态低温推进剂(浆氮、浆氧、浆氢)在贮箱内两相流场动力学信息与沉降特性,并讨论了不同低温工质、不同粒径(0.02~0.5 mm)、不同固相体积分数(10%~50%)以及不同漏热率(50~200 W/m^(2))工况对浆体低温推进剂沉积和流场特性的影响。结果表明:固氧颗粒在液氧内沉降较为微弱,但固氮和固氢颗粒明显沉降,实际应用时需考虑防沉降措施;在固相粒径较小、固相初始含量较少、壁面漏热更少的情况下,浆态低温推进剂的沉积量更少;固液密度比较大的浆状流体沉降速率更快,以0.5 mm的粒径为例,浆氮、浆氢相界面的下移速率分别为15.62及12.58 mm/s,而浆氧的相界面下移速率仅为0.12 mm/s;此外,在特定条件下贮箱中存在方向相反的双涡旋。研究结果揭示了浆态低温推进剂在存储过程中的物理规律,可为浆态流体的高效储存和应用提供参考。

关键词：浆氮浆氧浆氢低温推进剂数值模拟

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低温贮箱中相变过程高效率瞬态数值模拟方法

工程热物理学报 2024年第1期45卷 194-198页

作者：左忠琪邹震峰蒋文兵黄永华上海交通大学制冷与低温工程研究所上海200240

闭口低温贮箱在超低热流密度作用下的自增压瞬态过程模拟通常需要耗费巨量的计算资源。使用常规硬件和现有通用CFD商业软件求解此类长周期瞬态模拟往往耗时过长。本文基于OpenFOAM开源计算流体力学平台,提出了针对贮箱内气液相变引起的... 详细信息

闭口低温贮箱在超低热流密度作用下的自增压瞬态过程模拟通常需要耗费巨量的计算资源。使用常规硬件和现有通用CFD商业软件求解此类长周期瞬态模拟往往耗时过长。本文基于OpenFOAM开源计算流体力学平台,提出了针对贮箱内气液相变引起的自增压瞬态过程的快速计算模型,获得了相较于以往常用商业求解器Fluent十倍以上的计算效率提升。同时,得到了模型系数在液氮贮箱自增压过程的取值规律。结果表明,本模型精度较以往热力学平衡模型显著提升。

关键词：低温贮箱自增压蒸发冷凝数值模型快速模拟