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2012年 第34卷 第4期 刊出日期:2012-08-15
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    专题综述
    汽车工程中的若干力学问题
    危银涛, 马春生, 冯希金
    力学与实践. 2012, 34(4):  1-7.  doi:10.6052/1000-0879-12-124
    摘要 ( 2136 )   PDF (5761KB) ( 2358 )  

    汽车的设计、开发和使用离不开力学. 简述汽车的发展历史、主要组成及其性能. 介绍汽车工程中的几个关键力学问题,包括汽车轮胎力学、行驶稳定性分析、驱动与阻力、振动与噪声、碰撞力学与车身耐撞性、撞击损伤生物力学、行人保护力学等. 展望了汽车工程中需要关注的力学问题.

    轻质夹层多功能结构一体化设计
    吴林志, 熊健, 马力, 王兵, 泮世东, 刘海涛
    力学与实践. 2012, 34(4):  8-18.  doi:10.6052/1000-0879-12-176
    摘要 ( 1552 )   PDF (7272KB) ( 1622 )  

    对于飞行器,减轻结构重量,提高有效载荷是设计者追求的永恒主题. 飞行器通常处于较为特殊和复杂的环境下,因此除需要考虑结构的承载能力外,还应兼顾一种或多种功能. 本文概述了集承载与热控、防热、电子、隐身、吸能、作动、储能、阻尼等多功能特性于一体的轻质夹层多功能结构研究成果,汇总了轻质夹层多功能结构在卫星、无人机、高超声速飞行器等领域的发展情况. 最后,对轻质点阵多功能结构的发展前景进行了展望.

    应用研究
    力学与实践. 2012, 34(4):  19-23.  doi:10.6052/1000-0879-11-138
    摘要 ( 832 )   PDF (2505KB) ( 976 )  

    以某轻型越野汽车车架为研究对象,通过对该型车辆特定路面行驶工况下路面激励响应特性的研究,构造了模拟载荷谱. 结合车架结构试验模态模型,采用力响应模拟分析技术,对基于舒适性准则进行结构修改后的车架动态特性进行了模拟力响应对比分析,结果表明,力响应模拟分析技术是进行结构动态优化设计的高效手段.

    欠驱动空间柔性机器人动力学建模与实时仿真
    田富洋, 吴洪涛, 王冉冉, 李法德
    力学与实践. 2012, 34(4):  24-30.  doi:10.6052/1000-0879-11-416
    摘要 ( 1024 )   PDF (1623KB) ( 742 )  

    研究了在轨服务欠驱动空间柔性机器人的广义递推高效动力学算法. 根据系统中铰的驱动情况分别对铰链定义为主动铰和被动铰,通过判断铰链的类型分别按照两次从系统的顶端到基座的顺序、一次从基座到顶端的顺序进行了系统铰接体惯量的递推、系统冗余力的递推和广义加速度和广义主动力的递推. 通过上述3 种方式的递推过程建立了空间机器人广义递推动力学模型,实现了高效率O(n) 次的计算效率. 然后采用线性多步积分算法,对所建立的微分-代数方程进行了快速的数值求解. 最后通过软件编制仿真验证了本研究内容的正确性和高效性.

    具有半刚性节点性质的平面刚架弹簧单元的研究
    蒋玉川, 徐双武, 李章政, 应志君
    力学与实践. 2012, 34(4):  31-34,30.  doi:10.6052/1000-0879-11-392
    摘要 ( 1013 )   PDF (1081KB) ( 977 )  

    联合应用力法与逐段刚化法推导出具有半刚性节点性质的弹簧节点梁单元和平面刚架弹簧单元的单元刚度方程. 该方法具有物理概念清楚,推导过程简便、巧妙的特点. 本文所建立的弹簧节点梁单元和平面刚架弹簧单元可以应用在具有半刚性节点性质的工程结构的承载力分析与计算中.

    板壳结构的应力约束拓扑优化设计
    刘晓迪, 隋允康, 宇慧平
    力学与实践. 2012, 34(4):  35-39.  doi:10.6052/1000-0879-12-035
    摘要 ( 1435 )   PDF (1538KB) ( 1011 )  

    应用ICM 方法求解应力约束板壳结构拓扑优化问题,建立了寻求应力约束下结构重量极小化,每个设计变量控制多个单元的板壳结构拓扑优化近似显式的ICM 模型. 依据畸变能理论,将应力约束转化为畸变能约束,减少了约束数目. 采用精确对偶映射下的序列二次规划算法进行求解. 以MSC.Patran 及MSC.Nastran 软件作为二次开发平台,应用PCL 语言实现本文算法. 算例对于设计变量数等于单元数时的情况进行了计算,表明该方法有效可行.

    力学与实践. 2012, 34(4):  40-44.  doi:10.6052/1000-0879-12-070
    摘要 ( 1434 )   PDF (891KB) ( 894 )  

    为实现声波为载波,钻柱为信道传输井下信息的目的,了解声波在钻柱中的传输规律是必要的. 将钻柱简化为理想周期性管结构,利用有限差分方法,对单位冲激函数声信号在钻柱中传播进行了模拟,分析接收信号时域及频域分布得出:响应信号持续时间较长,信号随时间增长衰减,且最大幅值较输入信号小;钻柱结构的信道为梳状滤波器结构;通带存在谐振尖峰,尖峰数量与钻杆及接头数量有关. 模拟结果与同类研究成果有较好的一致性.

    力学与实践. 2012, 34(4):  45-48.  doi:10.6052/1000-0879-12-011
    摘要 ( 1473 )   PDF (1031KB) ( 619 )  

    基坑内撑式支护具有经济、快捷和效率高等特点. 通过郑州市某雨水管道工程基坑支护的实践,介绍了内撑式支护结构在深基坑支护中的受力特点,结构分析与方案选择,为内撑式支护设计和施工提供了参考.

    考虑空气阻力和地球自转的远程抛射体的研究
    王安祥, 张晓军, 翟学军, 常红芳
    力学与实践. 2012, 34(4):  49-56.  doi:10.6052/1000-0879-12-016
    摘要 ( 989 )   PDF (1201KB) ( 1632 )  

    针对地球表面坐标系计算远程抛射体落地时间和位置的不足,通过两种方法获得远程抛射体的落地信息. 首先通过在地球表面建立空间直角坐标系计算出考虑空气阻力和地球自转情况下任意抛射角的抛射体的解析解,然后获得了在地球表面所建立的空间直角坐标系与地心坐标系的转换关系式,以抛射体与地心的距离为地球半径作为落地点的条件来计算落地时间和落地位置. 另外,采用球面坐标系表示抛射体的位置、速度及加速度,通过数值计算方法获得抛射体的落地信息. 两种方法所得的结果比较接近,因此两种方法来获得远程抛射体的落地信息都是可行的.

    仿射坐标系在钻柱动力学中的应用
    冯光通, 唐波, 王瑞和
    力学与实践. 2012, 34(4):  57-62,44.  doi:10.6052/1000-0879-12-073
    摘要 ( 1068 )   PDF (2225KB) ( 876 )  

    三维井眼中转动钻柱受力分析是钻柱动力学理论研究中的难点,首先要处理三维弯曲井眼中钻柱的初始弯曲,而且在分析过程中要考虑弯曲井眼方位、井斜对钻柱接触力的影响. 引入仿射坐标系,建立三维弯曲井眼中转动钻柱力学模型,分析弯曲井眼中转动钻柱变形、接触力及摩阻扭矩,为钻柱动力学理论研究提供一种新的方法.

    力学与实践. 2012, 34(4):  63-65,48.  doi:10.6052/1000-0879-12-109
    摘要 ( 768 )   PDF (501KB) ( 624 )  

    为分析人工冻土单轴抗压强度影响因素敏感性,选定人工冻土单轴抗压强度的7 种影响因素,按正交试验设计方案进行大量冻土单轴压缩试验,并采用灰色关联理论对试验结果进行分析,研究分析诸因素敏感性排列顺序. 试验结果表明:在选定的7 种影响因素中,温度为最大敏感因素,其它依次为深度、土性、养护时间、加载速率、含水率和密度,且选定的7 种因素均为重要影响因素,为相关室内试验与工程应用提供依据.

    教育研究
    力学专业研究生计算力学能力培养及其课程体系建设
    杨庆生, 龙连春, 刘赵淼, 叶红玲
    力学与实践. 2012, 34(4):  66-69.  doi:10.6052/1000-0879-12-146
    摘要 ( 925 )   PDF (366KB) ( 829 )  

    提出了力学专业研究生的计算力学能力要素,介绍了培养研究生计算力学能力和相关课程设置的一些新理念和做法. 初步实践表明,具有高水平计算力学能力的高层次应用型创新人才受到工业技术领域的青睐.

    力学与实践. 2012, 34(4):  69-70.  doi:10.6052/1000-0879-12-155
    摘要 ( 751 )   PDF (195KB) ( 421 )  

    本文论述了教学内容的结构与层次安排的重要性,并结合材料力学的基本教学内容展示了如何设计内容结构与层次安排.

    应变莫尔圆的复数解答
    朱文刚, 喻小明, 唐雪松
    力学与实践. 2012, 34(4):  70-72.  doi:10.6052/1000-0879-11-047
    摘要 ( 1130 )   PDF (302KB) ( 1250 )  

    莫尔圆在实数域中的解答以及相应的实平面上的图像使用较为广泛,而其在复数域中的解答和相应的复平面图像则论述不多. 本文将应变莫尔圆在复平面的解答和图形与实平面的解答统一起来,证明两者完全等价,并且举例说明复数形式在使用上更加简洁.

    静定刚架弯矩图的叠加法活用与对称性利用
    周臻, 尹凌峰, 缪志伟
    力学与实践. 2012, 34(4):  73-75.  doi:10.6052/1000-0879-11-265
    摘要 ( 1728 )   PDF (608KB) ( 1705 )  

    静定刚架弯矩图的绘制是结构力学教学中最为重要和基础的内容, 针对现行教材中讲述该部分知识点较少涉及的弯矩图快速绘制方法, 探讨了叠加法活用与对称性利用的基本思想及其综合应用思路, 并通过多个典型例题展示两种方法的应用技巧及其有效性和便捷性. 实践证明, 在静定刚架弯矩图教学中引入这两种方法, 充分体现了结构力学的思维性和趣味性特征, 不仅提高了学生绘制复杂刚架结构弯矩图的能力, 同时也增加了他们对结构力学的兴趣.

    力学与实践. 2012, 34(4):  75-80.  doi:10.6052/1000-0879-11-390
    摘要 ( 1286 )   PDF (1669KB) ( 963 )  

    当前教材中介绍的作超静定力影响线的机动法是一种联合使用力法和位移互等定理的间接方法,与作静定力影响线的机动法不一致. 本文建立了求作超静定结构反力和内力影响线的直接机动法. 首先利用虚位移原理推导了机动法求作超静定结构内力(反力) 影响线的公式,表明超静定结构影响线对应于撤除了相应约束的基本结构施加单位位移引起的位移曲线. 然后给出了一种概念清晰、过程统一、适用广泛的计算超静定力影响线方程的方法,最后展示了几个具体算例.

    基于图像分析的金属颈缩过程实验测量方法
    马方园, 王显, 马少鹏
    力学与实践. 2012, 34(4):  81-83.  doi:10.6052/1000-0879-11-349
    摘要 ( 914 )   PDF (930KB) ( 613 )  

    提出了一种基于简易图像分析的试件颈缩测量的方法,可以方便有效地定位试件颈缩部位并测量其直径的变化,同时可以测量试件的轴向应变,进而得到试件的名义应力应变曲线及真应力应变曲线. 本方法为普通实验室中试件颈缩的测量提供了方便而有效的实现手段,因而可以有效促进材料力学等课程的教学.

    对材料力学中挤压实用计算公式的讨论
    张晖辉, 陈鐾, 刘峰
    力学与实践. 2012, 34(4):  83-86.  doi:10.6052/1000-0879-11-339
    摘要 ( 1104 )   PDF (805KB) ( 1082 )  

    为了考察材料力学教材中挤压实用计算公式的有效性,应用三维有限元对挤压实用计算公式进行了数值检验.通过建立合理的简化力学模型,改变各个参量进行多次有限元计算,得到了接触面上挤压应力的分布及其大小,考察了各种因素对公式适用性的影响. 计算结果和实用计算公式进行比较,发现由于载荷施加方式的影响,实用计算公式给出的计算结果低估了真实的挤压应力.

    力学与实践. 2012, 34(4):  86-88.  doi:10.6052/1000-0879-11-300
    摘要 ( 783 )   PDF (442KB) ( 520 )  

    采用问题式教学法进行土力学与地基基础课程课堂教学方法的改革,以饱和土的有效应力原理这一具体的教学内容为例,对问题式教学法进行了深入的讨论. 分析了创设提问应注意的几个原则,介绍了问题式教学法课堂教学模式的3 个步骤,指出创设提问是问题式教学法的核心和关键. 论文的观点、方法和步骤可供同行进行课堂教学改革时参考.

    力学与实践. 2012, 34(4):  89-92.  doi:10.6052/1000-0879-11-278
    摘要 ( 1800 )   PDF (384KB) ( 1424 )  

    以大学生结构设计竞赛为背景,以纸拱桥结构模型为分析实例,引导大学生讨论如何运用数学规划思想来进行结构优化分析,培养大学生的学习主动性和创造性. 通过对拟定的结构竞赛规则下的结构进行受力定性分析,建立了纸拱结构寻优的数学规划模型,以拱桥质量最轻为目标函数,结构在特定荷载作用和材料特性条件下,满足材料强度极限值和稳定性要求作为约束条件,分析求解纸拱结构模型的拱轴线,截面形状与尺寸相关的等决策变量的最优解. 求解得到了拱轴线函数的解析解特例,并采用简单迭代运算求解了拱截面尺寸的最优解.

    力学与实践. 2012, 34(4):  92-94.  doi:10.6052/1000-0879-11-364
    摘要 ( 1036 )   PDF (597KB) ( 1608 )  

    材料力学作为机械类、近机械类和土木工程类等专业主要必修课程之一,将为一系列后续课程的学习打下重要基础. 在总结了当前材料力学教材编写的基本情况后,重点对教材体系、应力集中和圣维南原理、应力状态、组合变形等教材内容编写中存在的问题及改进措施进行了探讨,为材料力学教材的编写或改版提供了一定的参考.

    力学纵横
    力学与实践. 2012, 34(4):  95-96.  doi:10.6052/1000-0879-20120422
    摘要 ( 855 )   PDF (1000KB) ( 893 )  

    第23 届世界力学家大会2012 年8 月在北京举行,届时将在会上颁发第二届Batchelor 奖. 国际上享有很高声誉的Batchelor 奖由流体力学杂志(剑桥大学出版社) 和国际理论和应用力学联合会(IUTAM) 于2008 年设立,每4 年评选一次,以表彰过去10 年来在流体力学研究领域中做出杰出贡献的学者.

    力学与实践. 2012, 34(4):  97-98.  doi:10.6052/1000-0879-20120423
    摘要 ( 1001 )   PDF (297KB) ( 1051 )  

    高华健是美国布朗大学工程学院Walter H. Annenberg冠名教授、美国工程院院士,荣获第二届(2012 年) RodneyHill 奖,是首位获得此项殊荣的华人学者.

    力学与实践. 2012, 34(4):  99-100,88.  doi:10.6052/1000-0879-20120424
    摘要 ( 770 )   PDF (883KB) ( 810 )  

    在我国现代科学家群体中,有众多的科学家是值得敬重的. 不过要是有人向我提问:你最敬重的科学家是谁?我会毫不犹豫地回答:周培源先生. 其原因,不仅是我上大学的力学专业是周培源先生所创办,周培源给我们上过基础课理论力学,也不仅是我工作后,许多年是在力学系度过的,经常能够聆听他的教诲,更是近若干年来我逐渐对力学史产生兴趣后,在浏览了许多科学名人传略后,在熟悉了我国近代科学发展史之后,经过比较和思考得到的结论. 只有跳出一个系,而从近代整个中国的科学发展的角度看问题,才能体味出他在我国近代科学发展上的重要地位.

    力学与实践. 2012, 34(4):  101-102.  doi:10.6052/1000-0879-20120425
    摘要 ( 1014 )   PDF (4653KB) ( 1477 )  

    欣赏了梵高的名画《星月夜》,并介绍了美国宇航局2012 年3 月根据2005 年6 月到2007 年12 月间洋流运动情况,用可视化技术呈现的全球海洋表层洋流的图像,看起来更像这幅梵高的名画,是梵高《星月夜》的洋流版. 这也是形象显示流体涡旋不可多得的视频教材.

    力学与实践. 2012, 34(4):  102-103.  doi:10.6052/1000-0879-20120426
    摘要 ( 901 )   PDF (3708KB) ( 1096 )  

    叙述V-22 鱼鹰运输机的旋翼在机身偏转时产生的陀螺效应及其对飞机稳定性的影响.

    豆荚弹射传播种子中的力学III:趣味实验
    蒋持平, 尚伟, 姜开厚, 严鹏
    力学与实践. 2012, 34(4):  104-105,103.  doi:10.6052/1000-0879-20120427
    摘要 ( 1321 )   PDF (5531KB) ( 1263 )  

    介绍模拟豆荚变形的两个材料力学扩展型趣味实验. 一个实验将两张纸纹路互垂叠放并粘合,沿不同角度裁成条浸入水中,观察由两层纸各向异性膨胀所引起的螺旋变形. 另一个实验将两橡胶薄条沿互垂方向拉伸粘合,按同样方式裁成条,观察卸去外力后由两层橡胶各向异性收缩所产生的螺旋变形,测量螺旋参数,研究条所具有的魔术般变形性质.

    身管炸膛事故的力学诊断
    陈光南, 吴臣武, 罗耕星, 张坤, 彭青, 肖京华
    力学与实践. 2012, 34(4):  106-108.  doi:10.6052/1000-0879-20120428
    摘要 ( 967 )   PDF (2354KB) ( 891 )  

    在勘察断口特征和弹道痕迹的基础上,分析了某型号武器身管炸膛事故的力学过程,揭示该事故缘于连续射弹的累积热,以及留膛弹头和继发弹头压缩膛内残存气体形成的高温高压.