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声致液滴失稳动力学研究

物理学报 2024年

作者：刘贺杨亚晶唐玉凝魏衍举西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学航天学院机械结构强度与振动国家重点实验室

声场中液滴稳定性理论的完善对超声雾化技术和超声悬浮技术的发展具有重要价值。本文通过实验、理论、数值模拟相结合的方式，研究了驻波声场（19.8 kHz）中的液滴失稳现象及其动力学机制。结果表明，随着声场强度的增加，液滴失稳模式... 详细信息

声场中液滴稳定性理论的完善对超声雾化技术和超声悬浮技术的发展具有重要价值。本文通过实验、理论、数值模拟相结合的方式，研究了驻波声场（19.8 kHz）中的液滴失稳现象及其动力学机制。结果表明，随着声场强度的增加，液滴失稳模式由圆盘失稳转变为边缘锐化失稳，更重要的是，液滴在失稳过程中其赤道面扩张加速度存在自发增大的现象。经分析，本文揭示了液滴变形过程中其赤道处声辐射负压与长径比之间的正反馈机制，前者与后者的二次方成正比，阐明了液滴自加速失稳的形成原因。之后，建立了包含表面张力和考虑正反馈机制的声辐射压力的液滴界面平衡方程，最终得到了声致液滴失稳的无量纲判据，即当声韦伯数Wea≤1时，液滴界面保持平衡；Wea>1时，赤道声吸力大于表面张力，液滴发生失稳，该理论判据与实验结果吻合良好。

关键词：超声驻波液滴失稳动力学

高焓流动中的可压缩颗粒两相流并行求解器:数值方法及其验证

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北京大学学报（自然科学版） 2024年第1期60卷 89-108页

作者：李青余钊圣刘朋欣李婷婷陈坚强袁先旭空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室中国空气动力研究与发展中心绵阳621000 天目山实验室杭州310000 浙江大学航空航天学院杭州310027 西安交通大学化学工程与技术学院西安710049

在极端力学环境下可压缩点力颗粒两相流理论方程的基础上,提出一种基于动态链表数组的并行颗粒求解器,使其与可压缩流体求解器耦合。与基于欧拉坐标系的携带流体相不同,基于拉格朗日坐标系的求解器采用动态链表数组对弥散颗粒相进行内... 详细信息

在极端力学环境下可压缩点力颗粒两相流理论方程的基础上,提出一种基于动态链表数组的并行颗粒求解器,使其与可压缩流体求解器耦合。与基于欧拉坐标系的携带流体相不同,基于拉格朗日坐标系的求解器采用动态链表数组对弥散颗粒相进行内存分配,可以解决因使用全局数组解决拉格朗日/欧拉坐标系转换带来的弥散颗粒群内存利用率低和计算效率低下问题。最后对多物理效应的可压缩颗粒两相流求解器进行验证,并在马赫数渐进趋于零的情况下,对两个不可压缩槽道颗粒湍流标模进行验证。

关键词：动态链表数组拉格朗日/欧拉坐标系转换可压缩点力颗粒两相流直接数值模拟求解器

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有机燃料燃烧烟气的二氧化碳捕集技术研究

洁净煤技术 2024年第S2期 562-572页

作者：高宁博王明晨杨天华郭爱军全翠李润东沈阳航空航天大学能源与环境学院西安交通大学能源与动力学院国家能源集团神东煤炭集团有限责任公司陕西威环能科技有限公司

二氧化碳作为温室气体(GHGs)的主要组成部分，其大量排放会加剧温室效应。工业化以来，全球经济增长和人口增加使得化石燃料的使用量剧增，这就导致二氧化碳的排放量激增，造成了全球变暖、极端天气等气候影响。然而，有机燃料预计在未... 详细信息

二氧化碳作为温室气体(GHGs)的主要组成部分，其大量排放会加剧温室效应。工业化以来，全球经济增长和人口增加使得化石燃料的使用量剧增，这就导致二氧化碳的排放量激增，造成了全球变暖、极端天气等气候影响。然而，有机燃料预计在未来很长一段时间内仍然是我国能源的主要提供者。因此，从二氧化碳排放的源头出发，从有机燃料烟气中捕集二氧化碳可以从根本上缓解温室效应。二氧化碳捕集是二氧化碳捕集与封存技术(CCS)的第一步也是最关键的一步。本文总结了现有的二氧化碳捕集技术，包括燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧，并对燃烧后捕集技术进行了阐述，包括吸收法、吸附法和膜分离法。此外，还分析了各技术的运行成本。

关键词：温室效应二氧化碳 CCS 吸附剂金属氧化物

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杨桃启发的仿生星形薄壁结构耐撞性研究

机械强度 2024年第1期46卷 40-47页

作者：孙煜洲杨卓然夏炎蒋晗西南交通大学力学与航空航天学院应用力学与结构安全四川省重点实验室成都610031

薄壁吸能结构在航空航天和交通运输等领域发挥着重要作用。受具有出色抗压特性的杨桃果实启发,设计了仿生星形薄壁结构。通过有限元仿真、实验和理论分析结构变形和吸能机制,讨论截面形状和几何参数对薄壁结构吸能特性的影响。探究了层... 详细信息

薄壁吸能结构在航空航天和交通运输等领域发挥着重要作用。受具有出色抗压特性的杨桃果实启发,设计了仿生星形薄壁结构。通过有限元仿真、实验和理论分析结构变形和吸能机制,讨论截面形状和几何参数对薄壁结构吸能特性的影响。探究了层级设计与加强筋配置对星形薄壁结构耐撞性的优化效果。结果表明,星形薄壁结构具有规则的渐进折叠变形机制,其比吸能、压溃力效率等耐撞性能大幅优于常见截面的薄壁结构,具有良好的工程应用潜力。

关键词：耐撞性薄壁结构能量吸收有限元仿真结构仿生学

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基于协同滤波轨迹预测的机动目标RTPN拦截制导律

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北京航空航天大学学报 2024年第1期50卷 86-96页

作者：李继广陈欣董彦非屈高敏赵成功张阿龙西安航空学院飞行器学院西安710077 南京航空航天大学自动化学院南京211106 西北机电工程研究院咸阳712000

针对当前空中威胁目标拦截的实际需求,结合拦截器本身的机动能力,基于全覆盖协同策略,提出一种协同探测的现实真比例导引律(RTPN)制导拦截方法。所提方法解决了传统RTPN方法未考虑拦截器饱和过载限制及对任意机动目标捕获区域的确定问... 详细信息

针对当前空中威胁目标拦截的实际需求,结合拦截器本身的机动能力,基于全覆盖协同策略,提出一种协同探测的现实真比例导引律(RTPN)制导拦截方法。所提方法解决了传统RTPN方法未考虑拦截器饱和过载限制及对任意机动目标捕获区域的确定问题。此外,针对拦截过程中对目标运动轨迹测量误差及协同探测数据丢包所引起的数据融合精度和鲁棒性问题,提出一种分布式协同滤波算法;针对数据传输和拦截器本身动力学响应延迟等问题,提出一种航迹预测算法。仿真结果验证所提方法能够有效解决饱和过载下的捕获区域确定及动力学延迟问题,及协同探测数据融合中数据丢包所引起的鲁棒性和精度问题。

关键词：协同拦截机动目标现实真比例导引律过载限制滤波算法航迹预测数据融合

空间分割全局灵敏度方法研究及其在风机叶片极限载荷工况中的应用

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工程力学 2024年第5期41卷 224-233页

作者：马远卓赵翔李洪双赵振宙许波峰河海大学能源与电气学院南京211100 中国飞行试验研究院飞机所西安710089 南京航空航天大学航空学院南京210016

全局灵敏度分析,旨在考量结构系统中各输入随机变量对输出响应不确定性及风险水平影响的重要度。它能为后续的可靠度评估、故障诊断、系统设计、预测及优化等提供重要参考。尽管各类全局灵敏度分析方法不断涌现,但高维复杂结构(如风机... 详细信息

全局灵敏度分析,旨在考量结构系统中各输入随机变量对输出响应不确定性及风险水平影响的重要度。它能为后续的可靠度评估、故障诊断、系统设计、预测及优化等提供重要参考。尽管各类全局灵敏度分析方法不断涌现,但高维复杂结构(如风机叶片结构)灵敏度分析仍是目前的难题。该文针对空间分割全局灵敏度分析方法的三种可能计算形式及最优分割方案展开研究,通过标准算例分析和误差理论推导,提出能充分利用样本信息、有效减轻计算负担的求解形式及分割方案,并将其应用于风机叶片极限载荷工况下的全局灵敏度分析中,同时为未来设计更为高效、经济和可靠的风机结构提供参考。

关键词：全局灵敏度分析 Sobol指标空间分割误差分析极限载荷

基于机器学习的短纤维增强复合材料弹性力学性能预测

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复合材料学报 2024年

作者：王吉玲金浩郭瑞文史晨曦杨礼芳李梅娥周进雄西安交通大学材料科学与工程学院金属材料强度国家重点实验室北京机电工程研究所西安交通大学航天航空学院

短纤维增强复合材料弹性力学性能受其内部结构和基础材料性能影响显著，参数化分析这些影响需要极高的实验或数值分析成本。针对这一问题，本文将基于周期性代表性体积单元(RVE)的数值均匀化方法与人工神经网络(ANN)进行结合，分别构建... 详细信息

短纤维增强复合材料弹性力学性能受其内部结构和基础材料性能影响显著，参数化分析这些影响需要极高的实验或数值分析成本。针对这一问题，本文将基于周期性代表性体积单元(RVE)的数值均匀化方法与人工神经网络(ANN)进行结合，分别构建了空间随机分布、层内随机分布和定向排列三种形式的短纤维增强复合材料力学性能预测代理模型。每个代理模型均可以快速实现不同参数组合(纤维长度、长径比、体积分数以及纤维和基体材料属性)下复合材料的等效弹性性能预测，拟合优度R2均在0.98以上，计算所用时间与常规模拟计算相比可忽略不计，大大节省了实验和计算成本，为短纤维增强复合材料的设计定制创造了重要条件。

关键词：短纤维复合材料 RVE 参数化计算代理模型弹性性能预测

基于Hamilton体系的功能梯度矩形板自由振动问题的解析解

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应用数学和力学 2024年第9期45卷 1157-1171页

作者：张继超钟心雨陈一鸣石越卿郭程洁李锐大连理工大学力学与航空航天学院工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室辽宁大连116024 西安交通大学航天航空学院多尺度力学-医学交叉实验室西安710049

对于功能梯度矩形板的自由振动问题,寻求既满足高阶偏微分控制方程又满足各种非Lévy型边界条件的振型函数十分困难,这使得利用传统方法难以解析求解该类问题.该文拓展了近年来发展的基于Hamilton体系的辛叠加方法,将其成功应用于功能... 详细信息

对于功能梯度矩形板的自由振动问题,寻求既满足高阶偏微分控制方程又满足各种非Lévy型边界条件的振型函数十分困难,这使得利用传统方法难以解析求解该类问题.该文拓展了近年来发展的基于Hamilton体系的辛叠加方法,将其成功应用于功能梯度矩形板自由振动问题的解析求解.求解方案将原问题拆分成子问题,并引入物理中性面消除了由于横向材料不均匀产生的拉弯耦合效应,采用在传统Lagrange体系中无法使用的分离变量、辛本征展开等数学方法对子问题进行求解,最后通过叠加获得了原问题的解答.辛叠加方法的优点是不需要事先假定解的形式,克服了传统半逆解法的限制,能够获得更多复杂问题的解析解.将该方法的求解结果与数值解进行对比,证明了其正确性,并在此基础上进行了定量的参数分析,研究了不同边界条件、材料分布和长宽比对板固有频率的影响.

关键词：功能梯度板自由振动 Hamilton体系解析解

UH模型超固结状态演化分析及离心模型试验验证

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岩土工程学报 2024年第6期46卷 1127-1135页

作者：姚仰平张奎王祖乐朱斌北京航空航天大学交通科学与工程学院北京102206 浙江大学超重力研究中心浙江杭州310058

本构模型是土力学求解强度变形问题的关键。研究揭示了剑桥模型在超临界侧强度过高、超固结状态下无法应力三维化、应力应变关系发生突变等存在的问题,分析了UH模型建立的超固结状态耦合演化机制及在弹塑性理论框架下实现的超固结状态... 详细信息

本构模型是土力学求解强度变形问题的关键。研究揭示了剑桥模型在超临界侧强度过高、超固结状态下无法应力三维化、应力应变关系发生突变等存在的问题,分析了UH模型建立的超固结状态耦合演化机制及在弹塑性理论框架下实现的超固结状态与正常固结状态计算理论的统一,并基于三轴试验预测证明了UH模型能更加合理地描述超固结状态下土的应力应变关系。通过开展载荷板离心模型试验以及数值模拟验证可以发现,相较于剑桥模型,UH模型计算的地基土荷载变形曲线、侧压力系数分布更加准确,其本质是单元的应力应变关系更加科学、合理。研究证明UH模型的应用能显著提高超固结状态土体强度变形计算的准确性和实用性,对复杂岩土工程问题的计算求解具有重要理论价值和实践意义。

关键词：超固结状态演化 UH模型剑桥模型离心模型试验数值模拟地基荷载变形曲线