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2020年 第42卷 第3期 刊出日期:2020-06-20
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    专题综述
    力学与实践. 2020, 42(3):  267-276.  doi:10.6052/1000-0879-20-077
    摘要 ( 64 )   HTML ( 10 )   PDF (406KB) ( 47 )  
    飞行器动力学与控制历经多年的发展取得辉煌成就,也面临着一系列亟需解决的难题。深度学习基于存储、记忆、预训练的新模式为动力学与控制难题的解决提供了新途径。本文以提升飞行器控制自主性和智能水平为研究主题,从三个方面总结了深度学习在飞行器动力学与控制中的应用,包括:在动力学建模中应用深度学习来提升模型计算效率和建模精度、求解模型反问题;在最优控制中应用深度学习来提升轨迹规划速度、最优控制实时性和自主性;在飞行器任务设计中应用深度学习来提升任务优化的计算效率和决策水平。在此基础上,梳理了各个方案的优缺点和部分代表性成果。最后,给出了深度学习应用于飞行器动力学与控制的四点建议。
    应用研究
    力学与实践. 2020, 42(3):  277-281.  doi:10.6052/1000-0879-19-458
    摘要 ( 29 )   HTML ( 3 )   PDF (323KB) ( 20 )  
    严格而言,流体力学中所有守恒定律均是针对物质体系的(或称流体系统),如质量、动量、动量矩和能量等守恒定律。如果跟随物质体系描述和表征流体质点系的运动行为,即为Lagrange描述方法;如果把物质体系的运动和守恒定律转换到空间坐标系中,即为人们常说的Euler描述方法。因此,对于具体考察(跟随的)的流体物质系统而言,各守恒定律存在由物质体系表征到空间体系表征的转换,这个转换关系就是著名的Reynolds输运方程。本文从动边界微积分关系式出发,系统推导了在不同运动速度控制体上的雷诺输运方程,并通过讨论进一步阐明各种不同形式输运方程的物理意义。
    力学与实践. 2020, 42(3):  282-288.  doi:10.6052/1000-0879-19-450
    摘要 ( 38 )   HTML ( 5 )   PDF (2504KB) ( 17 )  
    本文从流体动力学角度探究气泡下沉现象的机理,对垂直振动圆柱容器中的气泡下沉行为进行了系统研究。根据附加质量以及气泡压缩性概念,建立出现下沉效应的可压缩性气泡数学模型,并通过分离变量法分析气泡下沉的临界位移以及运动速度。研究表明,正弦激励振幅以及频率是影响气泡下沉条件的重要因素,决定了临界位移与运动速度的大小,且振幅和频率越大,临界位移越小,气泡越容易下沉。
    民用飞机机身开口区优化分析研究
    尹凯军, 苏雁飞, 张引利
    力学与实践. 2020, 42(3):  289-373.  doi:10.6052/1000-0879-19-342
    摘要 ( 35 )   HTML ( 3 )   PDF (1761KB) ( 20 )  
    在民用飞机机身上通常布置较多舱门开口,导致机身结构刚度发生急剧变化。为了保证飞机结构刚度以及载荷的传递,本文对机身开口结构的刚度及强度进行了深入研究,明确了开口结构刚度的影响因素,并对开口角度大小及加强结构尺寸进行了优化。以上研究对机身开口结构设计及加强提供了方向和方法,可以用于飞机机身开口结构初步设计阶段。
    力学与实践. 2020, 42(3):  294-299.  doi:10.6052/1000-0879-19-320
    摘要 ( 64 )   PDF (375KB) ( 29 )  
    非满载液罐车转向行驶时,液体重心会发生偏移现象,对液罐车的侧倾稳定性造成不利影响。以椭圆形截面液罐车为例,分析了液罐车转向时发生侧翻的力学机理,将液面变化近似符合准静态过程,确定压力中心位置,计算液体对罐体壁的总压力,得到非满载液罐车转向侧倾稳定性准静态等效力学模型。研究结果表明,液罐车侧倾稳定性与罐体横截面形状、液体充装率等因素相关,为提高液罐车侧倾稳定性提供了理论分析依据。
    力学与实践. 2020, 42(3):  300-305.  doi:10.6052/1000-0879-19-367
    摘要 ( 27 )   PDF (375KB) ( 9 )  
    煤矿冲击地压主要发生在巷道中,其主要原因之一是巷道围岩积聚了大量的弹性能。为得出矩形巷道围岩弹性变形能积聚特征,降低巷道支护成本,推导了巷道冲击破坏失稳能量准则,并建立了矩形巷道围岩能量积聚计算模型,理论分析了采深、巷道断面尺寸和煤层厚度对矩形巷道围岩能量积聚影响规律,得出:矩形巷道积聚的弹性能随采深的增加而增大,采深越深,巷道积聚的弹性能增长速率越快。巷道围岩积聚能量随巷道断面尺寸增加而增大。当煤层厚度小于巷道影响范围时,巷道积聚能量随煤层厚度增加而增大。在实际工程中,尽可能减小巷道断面尺寸,尽可能沿顶、底板布置巷道。研究结果为冲击地压巷道布置和降低巷道支护成本提供了理论依据。
    复合地基群井固结模型理论研究1)
    张玉国, 杨晗玥, 段萌萌, 史小杰, 张伟杰
    力学与实践. 2020, 42(3):  306-313.  doi:10.6052/1000-0879-19-461
    摘要 ( 22 )   PDF (524KB) ( 13 )  
    针对复合地基固结问题,考虑井阻和土体径竖向渗流的影响,建立 以"桩-土-桩"为单元的复合地基群井计算模型,采用解析解法,推导出瞬时载荷作用下复合地基群井固结解析解,讨论了复合地基固结特点和孔压等的变化规律。研究表明,复合地基群井固结模型为复合地基固结理论的研究提供了一种新思路,在井径比大于5 时,基于中心桩、边桩流量相等假设,复合地基群井固结理论所求固结度和传统固结理论所求固结度相差很小,可忽略不计;桩体渗透系数、内外扰动区土体径向渗透系数、土体竖向渗透系数越大,复合地基固结速率越快;堆载越大,最终达到稳定时的沉降量和竖向应变越大;地基表层土体的孔压消散速率和竖向应变速率大于地基深部土体。
    基于球压法的水泥熟料在不同温度下的力学性能分析1)
    王秀芳, 包亦望, 刘小根, 邱岩
    力学与实践. 2020, 42(3):  314-320.  doi:10.6052/1000-0879-19-399
    摘要 ( 20 )   PDF (4855KB) ( 23 )  
    本文通过高温球压法得到各种脆性和准脆性材料的表面压痕应力与应变之间的关系曲线。通过压痕应力-应变曲线的分析既可比较方便地确定出材料的压痕弹性模量、剪切模量和布氏硬度,又可比较不同温度下水泥熟料的变形性能。在不同温度(25 ${^\circ}\!$C$\sim $1400 ${^\circ}\!$C)处理下,球压应力松弛试验载荷松弛,在载荷峰值为100 N时,随着温度的升高,水泥熟料载荷松弛更明显。随着温度从500 ${^\circ}\!$C升高到1400 ${^\circ}\!$C,载荷松弛非常明显,尤其温度高于1200 ${^\circ}\!$C,水泥熟料样品内部的硅酸三钙(Ca$_3$SiO$_5$, 简称C3S)分解以及有部分液相的出现引起的应力松弛现象最为明显,在1275 ${^\circ}\!$C时熟料基本上已经软化,载荷急速松弛,所以认为1275 ${^\circ}\!$C为熟料的脆延转化温度。通过水泥熟料高温球压松弛试验可以确定水泥熟料在二次加热过程中的脆-延转化温度,测定熟料弹性模量和抗压强度急剧变化的温度范围。研究水泥熟料在不同温度下的力学行为和力学特性,探索提高粉磨效率的新途径,实现高温下的低能耗粉碎。
    力学与实践. 2020, 42(3):  321-330.  doi:10.6052/1000-0879-19-459
    摘要 ( 22 )   PDF (4476KB) ( 26 )  
    利用轮胎综合试验机对径向刚度下子午线轮胎进行性能试验,采用正交试验法针对不同胎压、垂向载荷下轮胎的接地特性进行分析,结合仿真软件ABAQUS与试验进行对比。结果表明,橡胶材料Mooney-Rivli模型也具有一定的适用性,胎压增大时径向刚度发生线性变化,胎面印痕由椭圆形转变成近似矩形,印痕面积略微增大;随着胎压的不断增大,胎面印痕的面积显著减小,接触面的压力主要集中在胎肩,胎冠处也有所增加;胎压一定时,垂向载荷逐渐增大时,整个印痕面的应力呈对称分布,印痕面应力由内高外低逐渐向外高内低变化。建立数学模型与有限元软件同时对轮胎进行应变能分析,发现在低胎压150 kPa下受载荷时轮胎容易发生微小侧向位移同时发生变形,此时极易引起迟滞损失并造成应变能急剧增加。
    回流效应下电磁轨道炮膛口电弧运动的数值分析
    高源, 王昭昕, 肖宏成, 倪琰杰, 徐英桃, 栗保明
    力学与实践. 2020, 42(3):  331-336.  doi:10.6052/1000-0879-19-378
    摘要 ( 23 )   PDF (771KB) ( 11 )  
    在电磁轨道炮发射过程中,膛口外的高温气团以远高于声速的运动速度向内膛运动,这会使得膛口的电弧形态发生改变以及电弧位移。为了实现膛口电弧运动过程的数值计算,本文基于磁流体理论,引入了一种和电弧等离子体自身电导率密切相关的电位边界条件处理方法,建立了膛口位置电弧仿真模型。对回流效应下的电弧运动规律进行了分析,并且研究了运动过程中电弧对内膛流场的温度分布产生的影响。结果表明电弧的运动加剧了膛内温升。
    基于膜理论的细胞压痕力学模型
    王悦, 徐献忠, 刘铭, 刘梦云
    力学与实践. 2020, 42(3):  337-343.  doi:10.6052/1000-0879-19-479
    摘要 ( 21 )   PDF (19927KB) ( 12 )  
    基于膜理论和细胞压痕实验,本文提出了一种可用于分析细胞变形的新的力学模型,通过对乳胶球和聚氯乙烯(PVC)球进行宏观压痕试验、理论分析以及与不同细胞压痕试验曲线的比较,验证了细胞力学模型的适用性。同时,利用新模型对单个软骨细胞进行了具体的力学分析,得到了细胞的力学参数、细胞膜表面的应力分布等,为单细胞力学特性的研究提供了一种新思路。
    教育研究
    力学与实践. 2020, 42(3):  344-346. 
    摘要 ( 17 )   PDF (1696KB) ( 23 )  
    软体机器人实践与创新教学
    冯若愚, 陈辂, 张厚振, 杜淑媛
    力学与实践. 2020, 42(3):  347-350.  doi:10.6052/1000-0879-19-351
    摘要 ( 28 )   PDF (685KB) ( 14 )  
    实践教学课程可以帮助学生培养动手与团队协作能力,了解理论知识的实际应用。软体机器人是近年新兴研究领域,蕴含了丰富的力学机理。本文探讨了将其应用于力学教学的选题和组织方法,并介绍了2019年清华大学空天技术科学创新实践营软体机器人项目的实施情况。14位本科生参与项目,成功制作了5个采用不同驱动方法及运动步态的软体机器人。
    人工管和商业管在过渡粗糙区的差异1)
    黄树新, 李云雷, 曲东越, 潘拯
    力学与实践. 2020, 42(3):  351-354.  doi:10.6052/1000-0879-19-364
    摘要 ( 20 )   PDF (145KB) ( 13 )  
    管路沿程损失是教学中要讲的内容。其中在过渡粗糙区,人工管和商业管的沿程损失系数存在差异。本文对此差异做了初步分析。从学生对此差异的理解和表面粗糙度的含义两方面探讨了表面粗糙度对此差异的影响。量化探讨表面粗糙度在过渡粗糙区的作用仍是个问题。
    力学与实践. 2020, 42(3):  355-358.  doi:10.6052/1000-0879-19-341
    摘要 ( 27 )   PDF (347KB) ( 15 )  
    流体力学是力学和机械等专业本科生的一门专业基础课。由于其涉及数学、物理的概念多、公式复杂、理论抽象而实际应用广,是公认的难教、难学的课程之一。笔者提出了将流体力学与理论力学、材料力学、电动力学等其他力学课程交叉教学的方法,充分利用各门力学课程知识间的联系,使得学生在学习流体力学的同时复习其他力学的知识,通过对比深化理解流体、固体、刚体和电磁场,最终获得对力学学科的整体视野,增强教学效果。
    专业基础课之课程育人的探索与实践
    吕晓寅, 吕敬, 郭易圆, 王琪, 贾英杰
    力学与实践. 2020, 42(3):  359-362.  doi:10.6052/1000-0879-20-082
    摘要 ( 26 )   PDF (8687KB) ( 113 )  
    基于现代信息技术与教学手段,在土木工程、机械车辆和航空航天等专业的课程教学中,开展了课程育人的探索与实践,将课程思政与教书育人融于专业基础课程的教学过程,以实现育人与育才的统一,为中华民族的伟大复兴培育德才兼备的优秀人才。
    基于增强现实技术的理论力学新形态教材设计与实践1)
    李永强, 张英杰, 池维超, 赵向东, 安莉, 李红影
    力学与实践. 2020, 42(3):  363-367.  doi:10.6052/1000-0879-19-308
    摘要 ( 15 )   PDF (1420KB) ( 14 )  
    教材是教育思想、教学内容、教学方法与手段的载体。通过对理论力学教材发展历史及现状的分析,指出了编写与互联网技术相融合的理论力学新形态教材的必要性,分析了以纸质教材为核心、数字课程资源相配套的新形态教材的特点,提出了理论力学新形态教材的设计思路,并介绍了东北大学编写理论力学新形态教材的开发流程和应用效果。
    力学与实践. 2020, 42(3):  368-371.  doi:10.6052/1000-0879-19-401
    摘要 ( 22 )   PDF (153KB) ( 22 )  
    新工科的人才培养目标使混合式教学模式成为高校教学改革的重要趋势。云教材是与混合式教学模式相契合的教学资源。工程力学云教材的建设贯彻以成果为导向的教育理念,明确学习目标,集成富媒体数字出版、云服务和移动学习三大领域的前沿技术,为工程力学混合式教学提供配套的教学资源。实践应用表明,工程力学云教材提高了学生的学习兴趣和自主学习能力,助力新工科的建设。
    教授讲题
    力学与实践. 2020, 42(3):  372-387. 
    摘要 ( 26 )   PDF (141KB) ( 24 )  
    力学纵横
    力学与实践. 2020, 42(3):  374-377. 
    摘要 ( 28 )   HTML ( 4 )   PDF (199KB) ( 16 )  
    身边力学的趣话
    力学与实践. 2020, 42(3):  378-380.  doi:10.6052/1000-0879-19-395
    摘要 ( 17 )   HTML ( 1 )   PDF (769KB) ( 14 )  
    对彩虹圈在跑步机上行走的现象给出力学解释。
    警惕海滩隐形杀手——离岸流
    田海平, 伊兴睿, 王维
    力学与实践. 2020, 42(3):  381-387.  doi:10.6052/1000-0879-19-413
    摘要 ( 106 )   HTML ( 16 )   PDF (6947KB) ( 66 )  
    离岸流是垂直于海岸线、向外海方向快速移动的强劲海流。对于海边的人员来说非常危险,没有经验的游泳者一旦被离岸流带离浅滩,很难与之对抗游回岸边,往往因力竭而溺水。每年海滨区域都有大量的溺亡事件与此相关,但有关离岸流的知识在公众的视野里仍比较缺乏。本文从流体力学的角度对离岸流的危害、形成、特征以及分类进行了简要介绍,并在如何防范离岸流、保障自身安全等方面给出了一些建议。
    全国周培源大学生力学竞赛
    大学生结构设计竞赛方案设计原则及案例分析
    宋晓冰, 吴晓昂, 闫斌, 蒙婧玺, 陈思佳
    力学与实践. 2020, 42(3):  388-393.  doi:10.6052/1000-0879-19-237
    摘要 ( 35 )   PDF (485KB) ( 22 )  
    在结构设计竞赛中,结构方案的优劣对竞赛结果起着至关重要的作用,素有"方案为王"的说法。对结构方案设计的总体原则进行了总结,并以上海交通大学代表队在第十一届全国大学生结构设计竞赛上的获奖作品为例,介绍以上方案设计原则在实际操作中的应用。
    小问题
    力学与实践. 2020, 42(3):  394-395. 
    摘要 ( 18 )   PDF (409KB) ( 55 )