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当期目录

    2020年 第42卷 第5期    刊出日期:2020-10-08
    上一期   
    专题综述
    低约束试件断裂韧性测试方法研究进展 1)
    武旭, 帅健, 许葵
    2020, 42(5):  535-542.  DOI: 10.6052/0459-1879-20-105
    摘要 ( 83 )   HTML ( 30)   PDF (769KB) ( 76 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    低约束试件断裂韧性测试对油气管道安全运营具有重要意义。本文回顾了低约束试件断裂韧性测试方法及发展过程,介绍了裂纹尖端张开位 移(crack tip opening displacement, CTOD)和J积分等常用断裂韧性表征参数,并对断裂韧性测试中应力强度因子、J积分塑性因子、J积分与CTOD转换因子、裂纹尺寸测量方法、数 字图像相关方法等关键问题进行对比分析,总结需要深入研究的问题,为低约束试件断裂韧性测试发展提供一定依据。

    应用研究
    基于滑模控制的车辆主动转向硬件在环实验分析 1)
    范浩洋, 李韶华, 王桂洋
    2020, 42(5):  543-550.  DOI: 10.6052/0459-1879-19-478
    摘要 ( 68 )   HTML ( 7)   PDF (5001KB) ( 57 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    为了提高重型车辆在转向过程中的稳定性和安全性,本文提出了一种基于滑模变结构控制的主动前轮转向控制策略,基于这种策略设计了主动转向控制器,建立了三轴商用车的二自由度车辆动力学简化模型及整车模型,利用TruckSim--Simulink建立联合仿真平台以及进行硬件在环实验。在不同工况、不同车速下,分别对有无主动转向控制器的车辆进行了操纵稳定性分析,并在此基础上进行了滑模变结构控制的主动转向影响因素敏感性分析。实验结果表明,这种控制器策略在不同工况下具有较强的适应性。

    变刚度半被动双足机器人行走的仿人控制1)
    张瑞, 张奇志, 周亚丽
    2020, 42(5):  551-557.  DOI: 10.6052/0459-1879-20-139
    摘要 ( 36 )   PDF (464KB) ( 43 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    研究了变刚度半被动双足机器人行走控制问题。采用仿人的行走控制策略,使用变刚度双足弹簧负载倒立摆模型,利用模型自稳定性,在双支撑阶段调整后腿刚度使机器人的能量保持在期望能量附近,在单支撑阶段调整摆动腿落地位置控制质点的高度和前向速度。仿真结果表明:本文采用的控制策略可以实现双足机器人在水平面上的稳定行走,无扰动时可以使机器人实现零输入的被动周期行走,有外部扰动时腿部变刚度控制可使机器人总能量恢复平衡并重新进入稳态行走,控制系统具有鲁棒性。
    轴向变速运动局部浸液单向板的组合共振1)
    李红影, 李欣, 王雪琦
    2020, 42(5):  558-564.  DOI: 10.6052/0459-1879-20-037
    摘要 ( 45 )   PDF (1079KB) ( 32 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    论文研究了时变速度作用下局部浸液板的组合共振动力学特性。基于Von Kármán大挠度板理论,考虑流固耦合、轴向张力、轴向时变速度等因素,建立局部浸液板的非线性动力学方程,并应用Galerkin法将进行离散,获得模态坐标上的非线性方程组。分别采用多尺度法和数值方法分析了平均速度、脉动速度、张力等参数对系统非线性动力学特性的影响。结果表明:系统发生组合共振时,展现出复杂的动力学行为;第一阶模态响应幅值远大于第二阶模态响应幅值;平均速度、脉动速度幅值对系统幅频响应曲线的影响较为显著。
    深海采矿系统悬链线立管动力响应分析 1)
    郐艳荣, 魏明珠, 王旭, 周济福
    2020, 42(5):  565-570.  DOI: 10.6052/0459-1879-20-085
    摘要 ( 44 )   HTML ( 6)   PDF (817KB) ( 45 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    基于有限元模型,模拟、分析深海采矿系统悬链线立管在海流和水面船运动约束下的动力响应。结果表明:悬链线立管的最大等效应力和最大位移随时间呈周期性变化,且存在半个周期的相位差;当水面船运动到最高点时,悬链线立管位移达到最大值。悬链线立管最大 等效应力和最大位移随水面船运动位移幅值的增加而增加,随运动周期的增加而减小。进一步对比发现,水面船运动位移和周期对立管等效应力的影响大于对其位移的影响。

    考虑结构失稳特征的复合材料机翼气动弹性优化设计
    刘晓晨
    2020, 42(5):  571-575.  DOI: 10.6052/0459-1879-20-026
    摘要 ( 40 )   PDF (1468KB) ( 29 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    从工程数学求解和有限元分析角度对复合材料结构的稳定性分析方法进行研究,基于这两个方面分别建立了同时考虑壁板稳定性约束和气动弹性约 束的气动弹性优化技术,并以大展弦比复合材料机翼为对象,进行气动弹性综合优化设计。研究表明,机翼气动弹性优化中若不考虑稳定性约束条件,虽然可以获得较小结构重量,但往往不满足稳定性要求;相比从有限元角度考虑结构失稳特征的气动弹性综合优化设计方法,通过工程数学方法对机翼结构进行分区失稳分析优化可以更加精准地控制变量,在满足各项性能指标,特别是稳定性约束的同时,进一步减轻了结构重量,提高了结构失稳因子。
    野渡无人舟自横现象的数值研究
    余勇飞, 陈沉, 斯铁冬, 胡婷, 魏家望
    2020, 42(5):  576-579.  DOI: 10.6052/0459-1879-20-108
    摘要 ( 76 )   PDF (1258KB) ( 110 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了研究``野渡无人舟自横''这一自然现象,本文采用数值仿真技术模拟研究了小船在水流作用下的运动特性,得出:顺于水流以及横于水流都属于小船平衡位置。但顺于水流属于非稳定平衡位置,受扰动后将失去平衡,并再也恢复不到原平衡位置;而横于水流属于稳定平衡位置,此时即使小船受到扰动失去平衡,最终也能在自身力矩作用下重新恢复到原平衡位置。
    基于数值模拟的塔山煤矿近场顶板来压及控制规律研究1)
    李金波, 王素玲, 董康兴, 赵新宇, 解文琦, 张紫衡
    2020, 42(5):  580-587.  DOI: 10.6052/0459-1879-20-075
    摘要 ( 45 )   PDF (5908KB) ( 31 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    煤层坚硬顶板采用水力压裂技术进行定向弱化可有效控制来压步距,降低事故风险。基于黏聚力模型,利用有限元二次开发建立了压裂前后煤层开采数值计算模型,模拟分析了顶板垮落规律及影响因素,优化裂缝间距设计。结果表明:来压跨距与顶板厚度、强度呈正相关性,与埋深呈负相关性。预制裂缝在拉应力集中区可促进起裂扩展,应全面勘测各岩层位地质参数,利用计算出的应力集中区位置设计裂缝间距,实现经济有效地控制来压步距。
    结构模型缩聚的改进IRS方法1)
    杨秋伟, 张金鑫, 李翠红
    2020, 42(5):  588-593.  DOI: 10.6052/0459-1879-20-163}
    摘要 ( 48 )   PDF (294KB) ( 32 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    模型缩聚法在结构的静力和动力特性分析中有着广泛的应用。应用模型缩聚法,可以有效降低结构的有限元计算规模,节省计算时间和成本,并能获得和实验测量自由度相匹配的有限元模型。本文在改进模型缩聚方法(improved reduced system, IRS)的基础上,提出一种考虑二阶惯性量的改进IRS方法,有效改进了IRS方法的计算精度,和模型缩聚迭代法(iterated IRS, IIRS)相比,此方法计算量更小且计算精度更高。以桁架结构和框架结构为例对所提二阶IRS方法进行了验证,并将计算结果与精确值、Guyan缩聚解、IRS缩聚解和IIRS缩聚解进行了比较,结果表明了所提方法计算精度最好,具有良好的工程应用前景。
    四类变截面悬臂梁在侧向三角形载荷下的挠度1)
    廖晗, 姜吕锋, 李恒达, 杨兴昌, 李映辉
    2020, 42(5):  594-597.  DOI: 10.6052/0459-1879-20-015
    摘要 ( 74 )   PDF (209KB) ( 39 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    研究了圆柱、圆锥、抛物型和双曲型回转变截面悬臂梁在侧向三角形分布载荷下的挠度。基于四类回转悬臂梁的惯性矩沿长度方向的分布规律,得到其任意侧向分布载荷下的挠曲线方程。基于三角形分布载荷下的挠曲线方程,得到其端部挠度值。在等长度和等体积假设下,通过比较端部挠度值找到四类悬臂梁中挠度最小者。研究表明三角形分布载荷下,特征参数在特定范围内,母线为双曲线的悬臂梁挠度最小。
    教育研究
    力学教育的几个问题及其对策
    胡海岩
    2020, 42(5):  598-602.  DOI: 10.6052/0459-1879-20-356
    摘要 ( 89 )   HTML ( 5)   PDF (298KB) ( 93 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    当前,力学教育迫切需要加强学生的基础科学素养,提升创新能力。虽然我国力学教育界对此已有共识,但在实践中仍有若干尚待解决的问题。本文基于人才成长规律、认知学习规律、实践创新规律,对课程体系优化、力学教材建设、实践创新拓展等三个问题进行分析,提出若干思考和建议。部分建议已经过实践,可望作为解决问题的方案。

    基于独立性和时效性管理的弹性力学经典解答的数据库构筑1)
    王宏伟, 汤建伟, 秦舒, 周宏伟
    2020, 42(5):  603-608.  DOI: 10.6052/0459-1879-20-046
    摘要 ( 34 )   PDF (3476KB) ( 28 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    在前期交互式操作和可视化教学方法的探讨和实践基础上,通过Visual C++和MATLAB联合编程,构筑了基于独立性和时效性管理的弹性力学经典解答数据库。数据库采用模块化设计和子程序并行计算方法,建立了问题描述模块、参数输入模块、可视化结果输出模块和结果调用模块,实现了调用模块对数据的独立性调用和可视化模块的动态调整。数据库各个计算子程序采用多线程并行计算,以及显示模块的快速准确输出结果,保证了交互式操作的时效性,达到了对弹性力学经典解答的形象、生动、有 色彩的教学目的。
    猴子玩具空翻360°站稳的实验测量1)
    李凯, 薛永江
    2020, 42(5):  609-616.  DOI: 10.6052/0459-1879-20-073
    摘要 ( 49 )   PDF (5694KB) ( 44 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    对一种能空翻360°站稳的猴子玩具进行了实验测量。在实验测量中,用悬挂法测量了质心位置,复摆法测量了转动惯量,拉伸法测量了弹簧刚度。此外,还用数字图像相关法对猴子玩具的运动过程进行了测量。结果表明,通过实验测量结果与理论分析的相互印证,能更好地阐 述猴子玩具运动的力学机理。该实验项目的开展有助于培养学生的实验和科研兴趣。
    浅议梁的强度与刚度的关系1)
    马杭, 马永其, 丁伟东, 丁超
    2020, 42(5):  617-621.  DOI: 10.6052/0459-1879-20-020
    摘要 ( 57 )   PDF (219KB) ( 66 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    本文提出了梁的强刚比的定义,用无量纲的形式定量地表达了梁的强度与刚度之间的关系,以期充分发挥材料的潜力并促进材料力学的课堂教学。强刚比与载荷大小无关,其数值可以通过有限元方法或者通过梁的载荷试验来获得。结合工程实际,从设计和试验两个方面对梁的强刚比 及其影响因素进行了简要地探讨和分析。
    对地基沉降的教学内容改革的探讨
    管林波
    2020, 42(5):  622-626.  DOI: 10.6052/0459-1879-20-003
    摘要 ( 40 )   PDF (238KB) ( 27 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    对地基土沉降计算的课程内容提出改革思路,从讨论土体固结度的角度展开,进而引出最终沉降量的计算,最终引出不同的试验方法和压缩性指标。新的教学思路将土力学固结沉降的基本理论与实践应用进行合理的区隔,既能保证基本理论的纯粹性、合理性,也不回避实践中土体复杂 性质对理论进一步发展和丰富所提出的挑战。
    基于在线课程的材料力学疲劳问题教学内容拓展
    方明霞, 陈洁
    2020, 42(5):  627-632.  DOI: 10.6052/0459-1879-20-028
    摘要 ( 43 )   PDF (6534KB) ( 32 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    随着网络化的发展,在线课程平台正起着举足轻重的作用。在课程学时被大量压缩的情况下,基于在线课程平台,以扩展阅读的形式对书本知识 进行拓展正受到广泛重视。本文以工科专业重要学习内容——疲劳问题为例,基于在线课程平台将教材中金属材料在稳定交变载荷下的疲劳问 题,拓展到不稳定载荷下金属材料疲劳及非金属材料的疲劳问题,并通过实例给出疲劳寿命估算公式。利用在线平台整合资源、拓展知识,对培 养学生分析和解决问题能力具有重要作用。
    铁道桥梁类本科生材料力学工程案例教学探索1)
    冯文杰, 刘灵灵
    2020, 42(5):  633-638.  DOI: 10.6052/0459-1879-20-036
    摘要 ( 61 )   PDF (7122KB) ( 43 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    材料力学教学中,为了提高学生们的学习兴趣和解决工程实际问题的能力,结合铁道桥梁类本科生的专业特点,分析了部分工程案例。该教学模式一方面可以进一步加深学生对材料力学基本知识和概念的理解,另一方面可提高学生利用所学知识解决专业领域具体问题的能力,激发学生学习的积极性和主动性。多年的教学实践证明了该教学模式的有效性。
    运用课堂演示实验,促进学生创新能力培养1)
    王英, 朱志辉, 罗建阳, 谢晓晴, 李海英, 蔡儒雅
    2020, 42(5):  639-641.  DOI: 10.6052/0459-1879-19-414
    摘要 ( 48 )   PDF (530KB) ( 32 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    如何激发学生的创新意识、培养创新能力是当前教学的中心任务之一。本文笔者根据在流体力学课程教学中将简单易行、灵活多样的演示实验带进课堂,引发学生兴趣,启发创新思维方面的教学实践,总结了几点经验和体会。
    教授讲题
    高耸结构断裂后倾倒过程的动力学分析1)
    牛清勇, 曾国伟, 郑华升
    2020, 42(5):  642-644. 
    摘要 ( 33 )   PDF (568KB) ( 36 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    力学纵横
    有关机翼升力理论的其人其事
    丁祖荣
    2020, 42(5):  645-649.  DOI: 10.6052/0459-1879-19-407
    摘要 ( 38 )   HTML ( 7)   PDF (1163KB) ( 74 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    回顾了19世纪末、20世纪初探索建立机翼升力理论的过程,包括牛顿的正弦平方定律,对马格努斯效应的认识和应用,兰切斯特、库塔、儒柯 夫斯基建立机翼升力环流理论和普朗特建立升力线理论等。本文追溯了历史事实,并阐述了有关其人其事。

    那些年,北洋水利那些事儿 1)
    吴磐, 杨绍琼, 姜楠
    2020, 42(5):  650-660.  DOI: 10.6052/0459-1879-19-405
    摘要 ( 38 )   HTML ( 5)   PDF (65609KB) ( 38 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    本文基于部分历史史实,对北洋大学(今天津大学)水利系的发展进行了简要的梳理,并扼要地回顾了那些年,北洋大学水利那些事儿、那些人。重点从北洋大学-天津大学水利学科、水利系的历史延续及其在中国水利高等教育中的地位、中国第一水工试验所及 其发展过程、天津大学水利馆及知名教授和杰出校友的相关故事出发,以期较为全面地展示北洋大学-天津大学水利系125年的历 史传承和现代化发展成就,激励新一代天大水利人,续写北洋雄风,并深刻缅怀余元君等已故校友。

    简议“力”和“力学”的含义变迁1)
    赵慧明, 赵玉成, 程红梅
    2020, 42(5):  661-664.  DOI: 10.6052/0459-1879-19-417
    摘要 ( 44 )   PDF (2029KB) ( 51 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    在古代中国,“力”字和“力学”一词早就出现了。“力”的含义最初是对“人的力量”的直观描述,后来发展到对一般物体的重力的描述,再到对运动状态原因的描述。本文对“力”字含义的变迁进行了辨析。中国现代“力学”是西学东渐的结果,学科名字的确定过程也有不小的 曲折。通过分析确定“力学”为学科名字的过程,揭示了中国古人对“力学”学科理解的变迁。
    结构设计竞赛科技创新实验项目的设计与实践1)
    何春保, 张兆劲, 冯锦垚
    2020, 42(5):  665-670.  DOI: 10.6052/0459-1879-19-418
    摘要 ( 33 )   PDF (3814KB) ( 64 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    结合土木工程专业大学生结构设计竞赛的特点和学生实践能力培养要求,为了研究结构设计竞赛竹皮构件的受力性能,以竞赛用竹皮和胶水为原料,设计了学生科技创新实验项目,对不同长度、厚度的竹皮构件分别进行抗压、抗拉、抗弯实验和胶水与竹皮的复合强度实验,通过对构件加载进行承载力测试。实验表明厚竹皮的拉、压、弯荷重比性能较好,胶水滴注可以提高竹皮的荷重比,竹皮构件受压非线性特性较为明显。该创新性实验项目紧密结合结构设计竞赛开展,具有极强的实践性和研究性,有利于培养学生的团队协作和创新能力。
    第十届亚洲土木工程邀请赛某参赛模型结构设计与分析1)
    张迅, 肖林, 何畏, 占玉林
    2020, 42(5):  671-677.  DOI: 10.6052/0459-1879-19-437
    摘要 ( 34 )   PDF (2653KB) ( 31 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    第十届亚洲土木工程邀请赛的题目为制作一个可承受静载荷和动载荷的弯桥,要求模型具有足够的承载力和合理的刚度,且模型质量尽可能小。针对西南交通大学代表队的参赛作品,从材料力学性能、桥梁概念设计、数值优化等几方面,阐述了结构优化步骤和方法,对比了静、动力仿真分析 和实体模型试验,总结了模型设计的优点和不足。本文可为今后的类似赛事提供参考。
    《小问题》2020-5
    2020, 42(5):  678-679. 
    摘要 ( 36 )   PDF (312KB) ( 90 )  
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