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《力学学报》 CSCD 北大核心

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《力学学报》是力学学科的综合性学术刊物，获得首届国家期刊奖、第二届国家期刊奖百种重点期刊、《共和国期刊60年》（力学学科唯一入选）、百种中国杰出学术期刊奖、中国科协top50、全国科技百强期刊、数字影...查看详情>>
  • 主办单位中国力学学会；中国科学院力学研究所
  • 国际标准连续出版物号0459-1879
  • 国内统一连续出版物号11-2062/O3
  • 出版周期月刊
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各向异性复合材料强度失效判据综述
1
作者 贾斐 杨成鹏 宋远翔 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1006-1024,共19页
失效判据在复合材料的渐进损伤模拟和极限强度预测中具有极其重要的意义.针对各向异性复合材料的损伤-破坏问题,根据理论架构与发展脉络,对现有失效判据进行了分类汇总和全面综述,重点总结了破坏模式无关判据和破坏模式相关判据,分析了... 失效判据在复合材料的渐进损伤模拟和极限强度预测中具有极其重要的意义.针对各向异性复合材料的损伤-破坏问题,根据理论架构与发展脉络,对现有失效判据进行了分类汇总和全面综述,重点总结了破坏模式无关判据和破坏模式相关判据,分析了基于破坏面假设的相关理论成果,阐述了基于应力不变量进行判据构建的基本理论、方法和模型,并论述了基于应变能和基于损伤参量的两类失效判据.研究表明,各向异性复合材料强度理论发展的基础和主线仍然是二次应力判据,高阶唯象失效判据的合理性和适用性尚需验证;能量判据和损伤判据对于非线性-准脆性复合材料显示出了合理性和适用性,但表达式较为复杂.在深入分析研究的基础上,对复合材料强度理论的发展趋势进行了展望,提出了“损伤-断裂协同理论”这一重点与难点方向,以期对复合材料及其结构的设计、评估与应用提供更有价值的参考. 展开更多
关键词 复合材料 强度理论 损伤演化 失效判据 断裂模式
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TMP折纸防护的双稳态软体机器人
2
作者 刘杰 李志勇 +3 位作者 何俊峰 文桂林 王洪鑫 田阳 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期2331-2343,共13页
软体机器人在复杂非结构化环境探索搜救等方面展现出了良好的应用潜力,但仍存在运动速度较慢、软体结构易受损等问题亟需解决.基于此,提出了一种TMP(Tachi-Miura polyhedron)折纸防护的双稳态软体机器人.软体脊柱、拉簧和TMP折纸外壳组... 软体机器人在复杂非结构化环境探索搜救等方面展现出了良好的应用潜力,但仍存在运动速度较慢、软体结构易受损等问题亟需解决.基于此,提出了一种TMP(Tachi-Miura polyhedron)折纸防护的双稳态软体机器人.软体脊柱、拉簧和TMP折纸外壳组成双稳态系统,由气压驱动突破双稳态系统的两个能量壁垒,实现双稳态之间的切换,并通过快速储存和释放能量驱动软体机器人快速运动.TMP折纸作为软体机器人的外壳,可为其提供防护,预防外界坚硬锋利介质刺破软体脊柱;此外,其在运动过程中的应变能对软体机器人的双稳态能量势阱具有较大贡献.结合材料拉伸实验和商用软件中的本构参数拟合法,确定了软体脊柱材料本构模型参数.探究了软体脊柱弯曲角度与驱动气压之间的量化关系,并提出了基于分段常曲率法的软体机器人运动学建模方法.开展了系列实验测试,发现所提软体机器人通过图钉模拟的极端环境时仍能正常运动,在平地上平均速度达到1.81BL s^(−1),其质量−运动速度关系图位于软体机器人和刚性机器人的交叉区域,属于刚−软耦合机器人.此外,证实了所提软体机器人在石子路、泥泞地、浅水沟、浅草地和深水池复杂非结构化环境快速运动能力. 展开更多
关键词 软体机器人 折纸结构 双稳态 非结构化环境 运动学建模
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理想后视镜绕流影响下边界层壁面压力脉动研究
3
作者 刘伯峰 吴霆 朱力行 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1820-1833,共14页
钝体绕流引起的壁面压力脉动是气动/振动噪声的主要激励源.钝体绕流引起的流动较为复杂,无法直接采用基于平板边界层的模型直接模化壁面压力.因此,分析钝体绕流影响下的壁面压力在水下潜航器、汽车以及飞行器的自噪声和辐射噪声预测中... 钝体绕流引起的壁面压力脉动是气动/振动噪声的主要激励源.钝体绕流引起的流动较为复杂,无法直接采用基于平板边界层的模型直接模化壁面压力.因此,分析钝体绕流影响下的壁面压力在水下潜航器、汽车以及飞行器的自噪声和辐射噪声预测中具有重要意义.文章以理想汽车后视镜绕流为例,采用大涡模拟方法结合不同的亚格子湍流模型,开展了后视镜下游壁面压力脉动时空性质的数值研究.数值模拟中,壁面压力相关统计量如压力系数和频率谱与文献中的数值和实验结果均相符.藉由不同的相速度,在时空能谱中分离了壁面压力脉动的3个特征流动:对流、回流和声传播.后视镜下游壁面压力脉动的空间谱,相比于平板边界层,出现等值线形状弯曲的现象.通过基于泰勒冻结假设的统计分析,得到了壁面压力脉动对流速度的空间分布.根据对流速度,壁面压力脉动在物理空间上可以分为:回流区、稳定对流区和过渡区.稳定对流区的壁面压力脉动的空间谱未出现弯曲现象,而其空间关联半衰长度与频率倒数成正比,表现出了经典平板边界层理论中的定量特性.该工作表明,钝体绕流使得边界层壁面压力传播方向发生偏转,而壁面压力脉动在偏转后的稳定对流区依然保有平板边界层中的时空统计特性. 展开更多
关键词 钝体绕流 边界层 壁面压力 大涡模拟
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简谐激励下黏弹性非线性能量阱的研究 被引量：4
4
作者 范舒铜 申永军 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期2567-2576,共10页
黏弹性材料作为一种良好的减振材料,广泛应用于机械、航空和土木等领域.本文用黏弹性Maxwell器件代替传统非线性能量阱中的阻尼元件,提出一种新型的黏弹性非线性能量阱,并对该模型在简谐激励下的减振性能进行分析.首先,根据牛顿第二定... 黏弹性材料作为一种良好的减振材料,广泛应用于机械、航空和土木等领域.本文用黏弹性Maxwell器件代替传统非线性能量阱中的阻尼元件,提出一种新型的黏弹性非线性能量阱,并对该模型在简谐激励下的减振性能进行分析.首先,根据牛顿第二定律建立系统的动力学方程,采用谐波平衡法求解系统的幅频响应曲线,并利用MATLAB中的Runge-Kutta数值方法验证解析解的正确性,结果吻合良好.然后,分析黏弹性非线性能量阱的减振性能和参数的影响.最后,分析了不同质量比下非线性刚度比和阻尼比同时变化时减振效果的变化趋势,并讨论了黏弹性非线性能量阱的最佳取值范围.研究结果表明:主系统的最大振幅随着非线性刚度的增加先减小后增大;当参数选取恰当时,黏弹性非线性能量阱比传统非线性能量阱的减振效果更优;另外,随着质量比的增加,主系统最大振幅的最小值出现先减小后趋于不变的现象,且非线性刚度比和阻尼比的最佳取值范围有所增大.以上结论对黏弹性非线性能量阱的实际应用提供了一定的理论依据. 展开更多
关键词 黏弹性 非线性能量阱 振动控制 谐波平衡法
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一类面向高阶精度自适应流动计算的流场插值方法 被引量：1
5
作者 周帅 肖周芳 +1 位作者 付琳 汪丁顺 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1732-1740,I0005,共10页
网格自适应技术和高阶精度数值方法是提升计算流体力学复杂问题适应能力的有效技术途径.将这两项技术结合需要解决一系列技术难题,其中之一是高阶精度流场插值.针对高阶精度自适应流动计算,提出一类高精度流场插值方法,实现将前一迭代... 网格自适应技术和高阶精度数值方法是提升计算流体力学复杂问题适应能力的有效技术途径.将这两项技术结合需要解决一系列技术难题,其中之一是高阶精度流场插值.针对高阶精度自适应流动计算,提出一类高精度流场插值方法,实现将前一迭代步网格中流场数值解插值到当前迭代步网格中,以延续前一迭代步中的计算状态.为实现流场插值过程中物理量守恒,该方法先计算新旧网格的重叠区域,然后将物理量从重叠区域的旧网格中转移到新网格中.为满足高阶精度要求,先采用k-exact最小二乘方法对旧网格上的数值解进行重构,获得描述物理量分布的高阶多项式,随后采用高阶精度高斯数值积分实现物理量精确地转移到新网格单元上.最后,通过一个具有精确解的数值算例和一个高阶精度自适应流动计算算例验证了本文算法的有效性.第一个算例结果表明当网格规模固定不变时,插值精度阶数越高,插值误差越小;第二个算例显示本文方法可以有效缩短高精度自适应流动计算的迭代收敛时间. 展开更多
关键词 流场插值 自适应计算 高阶数值方法 网格自适应 计算流体力学
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曲壁蜂窝夹层悬臂板的振动特性研究 被引量：1
6
作者 薛潇 张君华 +1 位作者 孙莹 权铁汉 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期3169-3180,共12页
蜂窝结构作为一种多孔材料具有轻质、高强度、高刚度的优点,兼具隔声降噪、隔热等优良性能,被广泛应用于交通运输、航空航天等领域.传统直壁蜂窝在受力后容易出现应力集中的问题,这将导致蜂窝夹层产生裂纹破坏,缩短夹层板的使用寿命.针... 蜂窝结构作为一种多孔材料具有轻质、高强度、高刚度的优点,兼具隔声降噪、隔热等优良性能,被广泛应用于交通运输、航空航天等领域.传统直壁蜂窝在受力后容易出现应力集中的问题,这将导致蜂窝夹层产生裂纹破坏,缩短夹层板的使用寿命.针对此问题本文设计了一种以圆弧曲壁蜂窝作为芯层的蜂窝夹层板,基于单位载荷法推导了蜂窝芯的等效参数,建立曲壁蜂窝夹层板的动力学模型,利用Chebyshev-Ritz方法求解悬臂边界下曲壁蜂窝夹层板的固有频率,并用有限元方法进行对比验证,发现前5阶固有频率的误差均在5%以内,每阶固有频率对应的振型一致.通过3D打印聚乳酸(PLA)制备了曲壁蜂窝夹层板,使用万能试验机对PLA拉伸试件进行准静态拉伸测定了打印材料的杨氏模量,搭建振动试验平台对制备的曲壁蜂窝夹层板进行正弦扫频试验、定频谐波驻留试验和冲击试验.对比发现3D打印模型振动试验获得的前5阶固有频率与理论模型和有限元模型的计算结果三者一致,试验发现曲壁蜂窝芯在特定频段内具有一定的抗冲击性能.研究结果将为曲壁蜂窝在振动和隔振方面的应用提供理论支持. 展开更多
关键词 曲壁蜂窝 夹层板 振动特性 振动试验 隔振
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剪切变稀流体液滴撞击疏水表面回弹现象及最大铺展的研究 被引量：2
7
作者 郑诺 刘海龙 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期1934-1942,共9页
非牛顿流体液滴撞击固体表面的行为广泛存在于多种工农业生产中,然而目前相关研究主要关注牛顿流体,非牛顿流变特性对液滴撞击动力学的影响机制还有待探索.本文研究了纯剪切变稀流体(质量分数≤0.03%的黄原胶水溶液)液滴撞击疏水表面后... 非牛顿流体液滴撞击固体表面的行为广泛存在于多种工农业生产中,然而目前相关研究主要关注牛顿流体,非牛顿流变特性对液滴撞击动力学的影响机制还有待探索.本文研究了纯剪切变稀流体(质量分数≤0.03%的黄原胶水溶液)液滴撞击疏水表面后的最大铺展及回弹行为.通过高速摄像技术捕获液滴撞击疏水表面的运动过程及形态变化,研究了液滴的铺展回缩过程.实验结果表明,在相同We下,剪切变稀特性对液滴撞击疏水表面后的铺展阶段影响很小,但对回缩阶段影响很大.黄原胶浓度增加使得液滴依次表现出部分回弹、完全回弹和表面沉积三种不同的回弹行为.利用能量守恒定律推导出了液滴能在疏水表面上回弹的临界无量纲高度ξ_(c)理论值.发现牛顿流体与非牛顿流体液滴最大无量纲高度ξ_(max)均符合标度律ξ_(max)~αWe斜率随黄原胶浓度增大而减小.基于有效雷诺数Re_(eff),提出了一种有效黏度μ_(eff)表达式,并据此建立了剪切变稀流体的最大无量纲直径β_(max)预测模型.该模型在较广We区间与实验测量值取得了良好一致. 展开更多
关键词 液滴撞击 非牛顿流体 最大铺展 回弹 最高回缩
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考虑可制造性约束的声子晶体多目标拓扑优化 被引量：3
8
作者 曹蕾蕾 武建华 +2 位作者 樊浩 张传增 孙霖霖 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期1136-1144,I0006,共10页
对声子晶体进行拓扑优化可得到具有目标带隙特性的声子晶体结构,在减振、隔声等领域具有潜在应用价值.然而,优化结果常会出现孤立材料单元而导致的制造困难问题.针对该问题,本文提出协同考虑带隙性能和可制造性约束的二维多相声子晶体... 对声子晶体进行拓扑优化可得到具有目标带隙特性的声子晶体结构,在减振、隔声等领域具有潜在应用价值.然而,优化结果常会出现孤立材料单元而导致的制造困难问题.针对该问题,本文提出协同考虑带隙性能和可制造性约束的二维多相声子晶体多目标拓扑优化方法.以在特定频率段带隙最宽和结构质量最小为优化目标,在对微结构进行连通性分析的基础上,引入考虑可制造性因素的附加约束,并利用有限元法和具有精英选择策略的非支配排序遗传算法对该优化模型进行数值求解.通过数值算例验证了本文模型及方法的合理性和有效性.结果表明,附加可制造性约束的拓扑优化模型可有效避免二维声子晶体构型中出现孤立材料单元的情况,优化结果在满足带隙性能预期指标的同时也可兼顾到实际可制造性要求.与仅仅考虑带隙性能的单目标优化结果相比,本文提出的同时兼顾带隙性能和可制造因素的多目标优化模型可以针对实际应用和制造条件,实现不同目标间的平衡,具有显著优势和良好的应用前景. 展开更多
关键词 声子晶体 多目标拓扑优化 非支配排序遗传算法 频率带隙性能 可制造性约束
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平面激波冲击并排液滴的三维数值模拟研究 被引量：1
9
作者 吴润龙 李祝军 丁航 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期2958-2969,共12页
采用三维守恒清晰界面数值方法,研究平面激波冲击并排液滴的动力学过程.研究的焦点在于激波接触液滴后的复杂波系结构生成,以及并排液滴相互耦合作用诱导的单个液滴非对称界面演化.首先,分析并排液滴之间界面通道内的波系结构发展,发现... 采用三维守恒清晰界面数值方法,研究平面激波冲击并排液滴的动力学过程.研究的焦点在于激波接触液滴后的复杂波系结构生成,以及并排液滴相互耦合作用诱导的单个液滴非对称界面演化.首先,分析并排液滴之间界面通道内的波系结构发展,发现在冲击初期由于反射激波相交而形成新的反射激波以及马赫杆;这些流动现象与液滴另外一侧(非通道侧)由激波反射所形成的弯曲波阵面截然不同,而且所导致的液滴横向两侧流场差异是中后期冲击过程液滴两侧界面非对称演化的主要原因.其次,研究冲击中期时,特别是入射激波已运动至液滴下游并远离并排液滴,界面形态的演化过程和规律,揭示通道下游出口处由于气流膨胀导致的界面闭合、以及随后气流阻塞导致的界面破碎等新的流动现象.最后,研究液滴间距对并排液滴相互作用的影响规律,发现液滴间距大小与通道内压力峰值具有明显的关联关系.研究表明,更小的液滴间距不仅带来更大的压力峰值,而且使得峰值出现的时间更早. 展开更多
关键词 激波 液滴 可压缩两相流 守恒清晰界面方法 界面变形
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氧化锆口腔种植体的动态植入过程分析与设计
10
作者 王天瑜 牛一龙 +3 位作者 周健邦 王晓飞 邵丽华 韩建民 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期220-231,共12页
在牙科种植领域常使用的种植体材料多为纯钛或钛合金,然而钛金属种植体存在美学缺陷及潜在的致敏可能等问题.氧化锆陶瓷由于其高强度、美观性与生物相容性被认为是钛金属种植体的理想替代品,但目前国内对于氧化锆种植体的研究仍处于起... 在牙科种植领域常使用的种植体材料多为纯钛或钛合金,然而钛金属种植体存在美学缺陷及潜在的致敏可能等问题.氧化锆陶瓷由于其高强度、美观性与生物相容性被认为是钛金属种植体的理想替代品,但目前国内对于氧化锆种植体的研究仍处于起步阶段.本文通过对氧化锆种植体及骨组织进行有限元建模,并对种植体的动态植入过程进行仿真,分析了骨组织内部的应力-应变状况.结果发现,随着植入深度的增加,种植体与骨组织的接触面积增大,松质骨内应力增加.考虑到骨组织的具体结构,将松质骨内的最大应力-应变作为分析的主要对象,结合损伤分析,对种植体模型进行了优化.此外,还设计了3种具有自攻刃设计的种植体模型,分别进行应力应变分析后确定了最优设计.之后建立了具有自攻刃设计的种植体模型,并模拟了临床的3种植入方案:螺纹成形、螺纹切割、螺纹成形与切割进行分析,通过分析得到螺纹成形与切割种植方案更为安全的结论.本文结果可以指导氧化锆种植体的结构设计以及植入时的条件设定等,为我国自主研发的氧化锆种植体进行了理论指导,为其早日进行临床应用指明了方向. 展开更多
关键词 氧化锆 种植体 有限元 损伤
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流致振动能量收集的钝头体几何设计研究 被引量：3
11
作者 李海涛 曹帆 +2 位作者 任和 丁虎 陈立群 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期3007-3015,共9页
流致振动蕴含着可观的能量,通过能量收集技术可将其转化为电能.为提高低速流场中能量转化效率,本文实验研究了不同截面下钝头体以及它们的宽厚比(W/T)对流致振动能量收集特性的影响,并通过计算流体动力学(computational fluid dynamic, ... 流致振动蕴含着可观的能量,通过能量收集技术可将其转化为电能.为提高低速流场中能量转化效率,本文实验研究了不同截面下钝头体以及它们的宽厚比(W/T)对流致振动能量收集特性的影响,并通过计算流体动力学(computational fluid dynamic, CFD)仿真分析了尾流特性.流致振动能量收集装置由压电悬臂梁和不同截面的钝头体构成.首先搭建了流致振动能量收集风洞实验平台,钝头体的截面分别设置为矩形、三角形和D形,宽厚比分别设定为1, 1.3, 1.8和2.5.然后利用实验方法分析不同形状钝头体的宽厚比(W/T)对位移响应和电压响应的影响规律.最后通过计算流体动力学模拟揭示实验结果的内在力学机理.实验结果表明,当钝头体截面为矩形时,增大宽厚比可以显著提高电压输出峰值;当钝头体为三角形和D形时,增加宽厚比将使系统呈现"驰振"→"驰振+涡激振动"→"涡激振动"响应特性变化趋势,提高了低风速时的能量收集效果. CFD结果解释了实验现象,即随着宽厚比增加,钝头体尾流会产生更加强劲的涡街,显著提高流致振动能量收集效果.相关结果可优化流致振动能量收集装置结构,为提高低速流场的能量收集效果提供理论和实验依据. 展开更多
关键词 驰振 涡激振动 能量收集 计算流体动力学 钝头体
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基于Clamped B样条的空间非合作目标抓捕策略研究 被引量：3
12
作者 王明明 罗建军 余敏 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期524-538,I0004,共16页
空间机械臂技术是未来实施在轨服务与维护任务的关键技术之一.利用机械臂对空间非合作目标,特别是翻滚目标的抓捕仍然存在巨大的挑战.本文提出一种基于Clamped B样条的空间非合作目标抓捕策略方案.在对非合作目标与空间机械臂运动学与... 空间机械臂技术是未来实施在轨服务与维护任务的关键技术之一.利用机械臂对空间非合作目标,特别是翻滚目标的抓捕仍然存在巨大的挑战.本文提出一种基于Clamped B样条的空间非合作目标抓捕策略方案.在对非合作目标与空间机械臂运动学与动力学分析的基础上,结合非合作目标被空间机械臂抓捕后的动静态对偶性分析,构建抓捕后的力可操作度椭球作为抓捕策略设计的优化指标.其次,考虑目标的运动预测和空间机械臂的抓捕能力图谱构建,确定空间机械臂应对目标的最优抓捕时机与抓捕终端状态.基于Clamped B样条对空间机械臂各关节轨迹进行时间归一化参数描述,并对抓捕过程中的机械臂关节角、速度、避撞、抓捕走廊等约束进行数学变换,最终将抓捕策略转换为多约束、多目标的非线性优化问题,利用自适应惯性权重的粒子群优化算法进行求解.将所设计的抓捕策略应用于空间七自由度运动学冗余机械臂,实现了对空间中翻滚目标的成功捕获,验证了所提抓捕策略的可行性与有效性. 展开更多
关键词 抓捕策略 Clamped B样条 空间机械臂 抓捕能力图谱
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基于变边界分段模型的页岩损失气量和解吸气量评价方法
13
作者 曾克成 解海鹏 +2 位作者 姜培学 周尚文 胥蕊娜 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期2168-2178,共11页
储层含气量的准确评估是目前制约非常规天然气高效开发的重要因素,直接法采用损失气估算模型结合解吸曲线估算储层含气量,但现有损失气估算模型均基于煤层气的常压边界条件和球形颗粒假设,如美国矿业局提出的USBM方法,为埋藏深、柱状岩... 储层含气量的准确评估是目前制约非常规天然气高效开发的重要因素,直接法采用损失气估算模型结合解吸曲线估算储层含气量,但现有损失气估算模型均基于煤层气的常压边界条件和球形颗粒假设,如美国矿业局提出的USBM方法,为埋藏深、柱状岩心的页岩气藏含气量的估算带来较大误差.本文基于扩散理论,采用时变压力边界条件和柱坐标系求解一维扩散方程获得解析解,从而提出了新的损失气估算模型,即变边界分段模型,该模型能够反演出提钻和解吸两个阶段气体逸散的不同特征.结果表明:在提钻阶段,环境压力不断降低,岩心内外压差增大,气体逸散速率加快,从而是下凸函数;在解吸阶段,环境压力恒定,岩心内压力随气体逸散而下降,内外压差减小,气体逸散速率减慢,因而是上凸函数.进一步为证明模型的准确性,基于相似原理在实验室搭建了损失气-解吸气复原实验系统,采用圆柱状页岩岩心复现提钻过程和解吸过程的气体逸散情况,得到的实验结果与变边界分段模型吻合,而已有的USBM方法不能进行准确预测,验证了本文提出的变边界分段模型正确性.根据川南地区Y151井现场测试数据,采用变边界分段模型进行拟合预测,所得结果良好,验证了变边界分段模型的适用性. 展开更多
关键词 非常规天然气 含气量 损失气模型 扩散 复原实验
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含水合物沉积物的弹塑性本构模型 被引量：8
14
作者 刘林 姚仰平 +2 位作者 张旭辉 鲁晓兵 王淑云 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第2期556-566,共11页
土的密度对其力学特性具有明显影响.水合物以一种固相赋存于沉积物的孔隙中,使得水合物的含量和其赋存形式都会影响含水合物沉积物(GHBS)的密度,因此在研究和描述含水合物沉积物的力学性质时应考虑水合物含量和赋存形式对其密度的影响.... 土的密度对其力学特性具有明显影响.水合物以一种固相赋存于沉积物的孔隙中,使得水合物的含量和其赋存形式都会影响含水合物沉积物(GHBS)的密度,因此在研究和描述含水合物沉积物的力学性质时应考虑水合物含量和赋存形式对其密度的影响.本文基于黏土和砂土统一的本构模型(CSUH模型),首先建立水合物体积分数与压硬性参量的关系式来反映水合物对沉积物压缩规律的影响.其次,为了合理考虑水合物含量和赋存形式对沉积物密度的影响,建立了可以描述有效初始孔隙的计算式,并将其引入到状态参量中来描述水合物对沉积物剪胀性和峰值强度的影响.最后,结合CSUH模型中水滴形屈服面,建立了一个含水合物沉积物的弹塑性本构模型.通过与室内试验结果比较,验证了该模型不仅能够合理地描述不同赋存形式、不同水合物含量下含水合物沉积物的应力应变关系,而且在描述具有相同赋存形式含水合物沉积物的力学特性时,不同的水合物含量只需采用一组参数. 展开更多
关键词 含水合物沉积物 应力应变关系 赋存形式 水合物含量
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平面波输入下海水-海床-结构动力相互作用分析 被引量：7
15
作者 陈少林 孙杰 柯小飞 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第2期578-590,共13页
海洋工程结构的地震反应分析是保证海洋工程结构地震安全的重要环节.由于其所处的复杂环境,该问题涉及到流固耦合和土-结相互作用.本文基于海水、饱和海床、基岩流固耦合统一计算框架,采用Davidenkov模型和修正的Masing准则考虑饱和海... 海洋工程结构的地震反应分析是保证海洋工程结构地震安全的重要环节.由于其所处的复杂环境,该问题涉及到流固耦合和土-结相互作用.本文基于海水、饱和海床、基岩流固耦合统一计算框架,采用Davidenkov模型和修正的Masing准则考虑饱和海床的非线性,在脉冲SV波垂直入射下,进行了海域场地和海洋工程结构的动力响应分析.首先,对比分析了线性自由场和非线性自由场输入情形的海域场地非线性反应,结果表明线性自由场输入时反应不合理,自由场分析和场地分析应该采用相一致的本构模型.然后,对比分析了海床分别为线性和非线性情形时,海域场地以及海水-海床-结构体系的反应特征.与线性海床情形相比,非线性对海床反应的影响主要由如下两方面因素控制:一方面,非线性导致饱和海床模量减小,饱和海床与基岩间的波阻抗比减小,由基岩到饱和海床间的反射系数和透射系数增加,导致反应增大;另一方面,非线性导致阻尼加大,使海床反应减小.对于本文算例而言,阻尼对非线性海床结果的影响占主导作用. 展开更多
关键词 海水-海床-结构相互作用 土体非线性 自由场分析 饱和多孔介质 人工边界
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黏弹性接触界面端附近的奇异应力场
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作者 彭凡 谢双双 戴宏亮 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第2期494-502,共9页
研究蠕变加载条件下线黏弹性材料接触界面端附近的奇异应力场问题.考虑接触界面的摩擦,假设界面端的滑移方向不改变,相对滑移量微小,且其与位移同量级,由此线性化局部边界条件,根据对应原理得到Laplace变换域中的界面端应力场,导出时域... 研究蠕变加载条件下线黏弹性材料接触界面端附近的奇异应力场问题.考虑接触界面的摩擦,假设界面端的滑移方向不改变,相对滑移量微小,且其与位移同量级,由此线性化局部边界条件,根据对应原理得到Laplace变换域中的界面端应力场,导出时域中奇异应力场的卷积积分表达式.对卷积积分核函数进行数值反演,考虑接触材料的两类组合,一是持久模量具有量级上的差异,另一是持久模量接近相同.算例结果证实核函数可以用准弹性法求得的解析式较准确地近似.在此基础上,利用积分中值定理,并引入各应力分量的修正系数,得到黏弹性奇异应力场的简化式.结合核函数的数值反演结果分析修正系数表达式的取值范围,得到如下结论,若两相接触材料的持久模量相差很大,可以采用准弹性解的解析式较准确地描述界面端的奇异应力场;一般情况下,应力场不存在统一的奇异值和应力强度系数,当采用类似于准弹性解的表达式近似给出黏弹性应力场时,可以估计此近似描述的误差限.文中最后采用有限元分析黏弹性板端部嵌入部位的应力场,算例包括了黏弹性板与弹性金属支承、黏弹性板与黏弹性垫层所形成的滑移接触界面端,利用黏弹性有限元的数值结果验证理论分析所得结论的有效性. 展开更多
关键词 黏弹性 接触界面端 应力奇异性 卷积积分 准弹性解
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大脑血液动力学现象中的能量编码 被引量：4
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作者 彭俊 王如彬 王毅泓 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第4期1202-1209,共8页
神经信息的编码与解码是神经科学中的核心研究内容,同时又极具挑战性.传统的编码理论都具有各自的局限性,很难从脑的全局运行方式上给出有效的理论.而由于能量是一个标量具有可叠加性,因此能量编码理论可以从神经元活动的能量特征出发... 神经信息的编码与解码是神经科学中的核心研究内容,同时又极具挑战性.传统的编码理论都具有各自的局限性,很难从脑的全局运行方式上给出有效的理论.而由于能量是一个标量具有可叠加性,因此能量编码理论可以从神经元活动的能量特征出发来研究脑功能的全局神经编码问题,取得了一系列的研究成果.本研究以王-张神经元能量计算模型为基础,构建了一个多层次结构的神经网络,通过计算机数值模拟得到了神经网络的能量消耗和血液中葡萄糖供能的变化情况.计算结果显示,和网络的神经活动达到峰值的时间相比,血液中葡萄糖的供能达到峰值的时间延迟了约5.6s.从定量的角度再现了功能性核磁共振(fMRI)中的血液动力学现象:大脑某个脑区的神经元集群被激活以后经过5~7 s的延迟,脑血流的变化才会大幅增加.模拟结果表明先前发表的由王-张神经元模型所揭示的负能量机制在控制大脑的血液动力学现象中起着核心的作用,预测了刺激条件下大脑的能量代谢与血流之间变化的本质是由神经元在发放动作电位过程中正、负能量之间的非平衡、不匹配性质所决定的.本文的研究结果为今后进一步探究血液动力学现象的生理学机制提供了新的研究方向,在神经网络的建模与计算方面给出了一个新的视角和研究方法. 展开更多
关键词 负能量 能量编码 血液动力学 多层次神经网络
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平面剪切来流作用下串列布置三圆柱流致运动特性研究 被引量：9
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作者 涂佳黄 谭潇玲 +3 位作者 邓旭辉 郭小刚 梁经群 张平 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第3期787-802,共16页
基于四步半隐式特征线分裂算子有限元方法,对Re=100时,剪切来流作用下串列三圆柱体双自由度流致振动问题进行了数值计算.首先,与现有文献结果进行对比验证该方法的正确性.然后,着重分析剪切率、固有频率比和折减速度三个关键参数对串列... 基于四步半隐式特征线分裂算子有限元方法,对Re=100时,剪切来流作用下串列三圆柱体双自由度流致振动问题进行了数值计算.首先,与现有文献结果进行对比验证该方法的正确性.然后,着重分析剪切率、固有频率比和折减速度三个关键参数对串列三圆柱体结构流致动力响应及流场特性的影响.数值计算结果表明:剪切率、固有频率比与折减速度对结构振幅和运动轨迹的影响较大.随剪切率的增大,上游圆柱最大振幅的变化与单圆柱工况类似.中下游圆柱最大振幅会增大且会出现双向共振现象,同时,发生共振响应区域会扩大.随固有频率比的增大,上游圆柱顺流向锁定区间范围会减小,而中下游圆柱双向锁定区间会扩大.另一方面,均匀来流作用下,结构运动轨迹以'8'字形和不规则形状为主.随剪切率的增大,锁定区间内运动轨迹会由'8'字形转变为'雨滴'形.在大剪切率与高固有频率比工况下,中游圆柱体结构运动轨迹会出现'双雨滴'形状.最后,通过对流场特性的分析,揭示了剪切来流作用下串列三圆柱结构流致运动响应的内在机理. 展开更多
关键词 平面剪切来流 串列三圆柱 流致运动 动力响应 流场特性
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“2018流固耦合力学在船舶与海洋新能源中的应用研究领域科学家论坛”学术综述 被引量：2
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作者 李晔 王本龙 詹世革 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期292-297,共6页
简要介绍了2018年1月召开的"2018流固耦合力学在船舶与海洋新能源中的应用研究领域科学家论坛"的基本情况,对邀请报告进行了分专题学术综述,对专家们在自由发言和集中研讨中针对流固耦合力学在船舶与海洋新能源领域的应用提... 简要介绍了2018年1月召开的"2018流固耦合力学在船舶与海洋新能源中的应用研究领域科学家论坛"的基本情况,对邀请报告进行了分专题学术综述,对专家们在自由发言和集中研讨中针对流固耦合力学在船舶与海洋新能源领域的应用提出的前瞻性关键科学问题及未来研究方向的观点进行了归纳总结. 展开更多
关键词 船舶与海洋 海洋新能源 流固耦合力学 流体力学 水动力学
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黏性流体环境下Ⅴ型悬臂梁结构流固耦合振动特性研究 被引量：13
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作者 胡璐 闫寒 +2 位作者 张文明 彭志科 孟光 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第3期643-653,共11页
Ⅴ型悬臂梁结构在原子力显微镜、微纳机械传感器件中得到了广泛应用,该结构通常在黏性流体环境下实现精密检测、传感与性能表征,同时也会使得结构的流固耦合振动特性更为复杂,直接影响器件的动态性能.本文针对Ⅴ型结构变截面、变刚度等... Ⅴ型悬臂梁结构在原子力显微镜、微纳机械传感器件中得到了广泛应用,该结构通常在黏性流体环境下实现精密检测、传感与性能表征,同时也会使得结构的流固耦合振动特性更为复杂,直接影响器件的动态性能.本文针对Ⅴ型结构变截面、变刚度等复杂几何特征,建立了黏性流体环境下Ⅴ型悬臂梁结构的流固耦合动力学模型,导出了基于截面孔宽比参数的梁结构的修正水动力函数,确定了截面孔宽比和频率参数影响下Ⅴ型悬臂梁结构的水动力函数;理论分析得到了黏性流体中Ⅴ型梁结构的频率响应特性.同时,设计了多种不同几何尺寸的Ⅴ型梁结构,并在水环境中开展了实验验证,结果表明,实验所得频率响应与理论分析结果吻合较好,验证了Ⅴ型梁结构水动力函数修正表达式及流固耦合动力学模型.此外,基于该流固耦合动力学模型,详细分析了不同流体黏度、Ⅴ型梁角度及尺寸变化对耦合系统振动特性的影响. 展开更多
关键词 V型悬臂梁 流固耦合 水下振动 水动力函数 频响分析
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