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2013年 第35卷 第2期 刊出日期:2013-04-08
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    教育研究
    超静定结构温度应力问题探讨
    李忠芳, 马万征, 宛传平, 陈丰, 张华
    力学与实践. 2013, 35(2):  90-91.  doi:10.6052/1000-0879-12-068
    摘要 ( 1470 )   PDF (499KB) ( 718 )  

    把温度应力问题分为两个过程求解. 先解除多余约束,将超静定问题转化为静定问题,使杆件自由伸长或缩短.再按照原来的方式将所有杆件安装好,由于温度升高后,杆件的长度可能不再匹配,所以会产生装配应力,这时便转化为一般的装配应力问题. 这样便把耦合在一起的温度应力和拉压应力分解成两个过程,令学生感到非常容易接受.

    力学纵横
    草方格治沙的奥秘
    刘大为
    力学与实践. 2013, 35(2):  102-105.  doi:10.6052/1000-0879-20130223
    摘要 ( 1295 )   PDF (4023KB) ( 1247 )  

    根据最小作用量原理、耗散结构理论以及分形等理论,认识沙丘的生成、沙漠表面的形状特征以及草方格的治沙功能.

    教育研究
    力学与实践. 2013, 35(2):  88-90.  doi:10.6052/1000-0879-12-106
    摘要 ( 1906 )   PDF (421KB) ( 1426 )  

    介绍一种合二而一的方法,从挠曲线的一般形式出发,通过边界条件确定待定常数,能同时得到挠曲线方程,转角方程,弯矩方程,剪力方程和支座反力. 既避免了微分与积分运算又无需区分静定与超静定梁,也不论挠曲线方程是否分段,都可获解决. 而且方法程式化具有便捷易学和一气呵成的特点. 同时还深刻掲示出变形和内力的有机联系.

    应用研究
    基于ANN 的碳纤维楠竹锚杆锚固力预测研究
    李东波, 赵冬, 华军, 张奇
    力学与实践. 2013, 35(2):  40-45.  doi:10.6052/1000-0879-12-186
    摘要 ( 1046 )   PDF (1022KB) ( 888 )  

    为减小对文物本体的破坏,本文基于新疆某土遗址加固保护中碳纤维楠竹锚杆锚固力原位测试试验,考虑锚杆直径、长度、倾斜角以及灌浆体强度、孔径、碳纤维缠绕间距等锚固力影响因素,利用人工神经网络(artificial neural network, ANN) 的误差反向传播(back propagation, BP) 算法及MATLAB 人工神经网络工具箱,建立了锚固力预测的智能模型;并以原位测试所得的数据为学习样本和检验样本,验证了该方法的适用性和可行性. 将训练好的网络模型进行扩展计算,基于L25(56) 正交表试验理论分析了锚固力对各影响因素的敏感性,为同类加固工程的实际应用提供参考依据.

    教育研究
    力学与实践. 2013, 35(2):  86-87.  doi:10.6052/1000-0879-11-494
    摘要 ( 2665 )   PDF (376KB) ( 1787 )  

    一些经典的工科《弹性力学》教材推导平衡微分方程的过程在数学上不够严密. 利用多元函数偏导数的定义和积分中值定理给出了逻辑严密的推导.

    力学与实践. 2013, 35(2):  77-80.  doi:10.6052/1000-0879-12-014
    摘要 ( 1633 )   PDF (456KB) ( 3354 )  

    采用Lagrange 描述,导出了轴线可伸长Euler-Bernoulli 梁在大变形状态下的轴向应变、弹性线的曲率以及平衡方程的精确表示式. 通过引入轴线伸长率函数,并将变形后轴线的弧长作为基本未知函数之一,不仅精确地计入了轴线伸长,而且还使得问题的求解区间仍然为梁的原长.进一步给出了分别以变形前后的轴线弧长及变形后轴线的纵向坐标为自变量的弹性线的曲率公式, 讨论了在不同假设条件下轴线的应变和弹性线曲率的近似表示.

    从刚体力学引出结构稳定性的几个基本概念
    何斌, 安逸, 宋林辉, 范钦珊
    力学与实践. 2013, 35(2):  95-98.  doi:10.6052/1000-0879-12-233
    摘要 ( 1410 )   PDF (2866KB) ( 1190 )  

    在材料力学、结构力学等课程的教学中,由于弹性力学理论本身过于复杂,压杆或结构的稳定性主要概念难以全面引入. 本文通过刚体力学模型和能量法,引入了临界力、平衡路径分叉、非线性后屈曲平衡路径稳定性、临界点稳定性、缺陷结构稳定性等重要概念,由于模型简单导致了所有概念都可解析讨论,力学概念清晰,易于理解,供相关人员参考.

    应用研究
    基于紊流状态的阻尼阀缝隙节流解析计算
    陈轶杰, 郑冠慧, 郭建娟, 韩小玲, 冯栋梁
    力学与实践. 2013, 35(2):  35-39.  doi:10.6052/1000-0879-12-245
    摘要 ( 1036 )   PDF (1557KB) ( 874 )  

    提出了一种基于紊流状态的缝隙节流解析计算方法. 运用边界层理论给出紊流状态下流体的三层速度分布表达式,通过积分定理推导出平行平板的缝隙流量解析式,与CFD 软件数值解对比偏差很小,验证了方程的正确性. 以此为基础根据阻尼阀的结构特点又推导出同心环形缝隙的紊流流量公式,并分析不同物性参数对缝隙压差和流量的影响规律,填补了工程设计中没有紊流状态下缝隙节流解析式的空白,为提高阻尼阀的设计精度奠定了基础.

    目录
    力学与实践. 2013, 35(2):  0-0.  doi:10.6052/1000-0879-20130200
    摘要 ( 596 )   PDF (142KB) ( 266 )  
    专题综述
    高速列车空气动力学研究技术综述
    肖京平, 黄志祥, 陈立
    力学与实践. 2013, 35(2):  1-12.  doi:10.6052/1000-0879-13-063
    摘要 ( 1942 )   PDF (5586KB) ( 2859 )  

    随着我国高速铁路的快速发展,高速列车运行速度越来越快,包括气动阻力、横风效应、会车效应、隧道效应和气动噪声等一系列空气动力学问题日益突出. 利用模型试验、实车测量和数值计算等不同的研究手段,开展全面的高速列车空气动力学研究显得十分重要. 本文比较全面和系统地介绍了国内外高速列车空气动力学研究在模型试验、实车测量、数值计算等方面的技术现状和进展情况,对今后的发展方向和内容进行了展望.

    超声速气流磁流体加速技术的应用与发展
    张百灵, 朱涛, 李益文, 吴云, 陈峰, 张杨
    力学与实践. 2013, 35(2):  13-21.  doi:10.6052/1000-0879-13-054
    摘要 ( 1071 )   PDF (3229KB) ( 1717 )  

    分析了超声速气流磁流体加速的基本原理,主要从磁流体动力学(magnetohydrodynamics, MHD)加速方案、高超声速MHD 风洞及MHD 推进系统3 个方面对国内外研究进行了回顾和小结,提出了相应的关键技术和难点问题. 通过综述MHD 加速技术的应用和发展,认识到:国外的研究工作比较全面,国内则开展较晚且主要集中于数值模拟;磁流体加速的工作机理还不是很清晰,且还有较多工程实际问题需要解决.

    应用研究
    侧风风场特征对高速列车交会的影响研究
    陶泽平, 杨志刚, 陈羽
    力学与实践. 2013, 35(2):  22-28.  doi:10.6052/1000-0879-12-403
    摘要 ( 935 )   PDF (6599KB) ( 1133 )  

    为了准确预测侧风环境下列车交会时的气动性能,考虑均匀风和大气底层速度边界型侧风,通过计算流体力学方法对比研究高速列车交会压力波特性和气动力特性. 结果表明,两种风场下交会压力波有所不同,但幅值差异不明显;采用均匀风场评估列车侧风环境下交会会高估列车所受气动力. 本文对高速列车行驶安全性评估和复杂运行场景的复杂流场的认识具有参考价值.

    力学与实践. 2013, 35(2):  29-34,28.  doi:10.6052/1000-0879-12-416
    摘要 ( 981 )   PDF (2472KB) ( 901 )  

    为了得到微重力下液体晃动的特性,晃动模态用具有水平静液面的液体晃动模态近似. 液体晃动取前5 个重要模态,用Lagrange 方程推导了横向力作用下液体晃动和航天器结构的无量纲的耦合动力学方程并进行数值模拟. 模拟了液体晃动模态随外力振幅和频率变化产生的分岔现象,并分析了系统参数,如Bond数、接触角、接触角迟滞、充液高度、频率比、质量比以及外力的周期形式和方向等对晃动模态的分岔的影响.

    深厚黏土层冻结壁冻结压力实测与数值分析
    张松涛, 马涛, 陈志博
    力学与实践. 2013, 35(2):  46-49,45.  doi:10.6052/1000-0879-12-230
    摘要 ( 808 )   PDF (2357KB) ( 928 )  

    为了研究深厚黏土层冻结壁冻结压力的变化特征,根据现场实测结果获得冻结压力随温度变化的发展趋势. 结合对现场实测数据的分析和ADINA 有限元法的数值模型,能够很好地模拟人工冻结地层应力场的变化规律,为工程实践提供参考.

    水平弹性支撑圆拱的动力特性研究
    康婷, 白应生, 孙惠香
    力学与实践. 2013, 35(2):  50-55.  doi:10.6052/1000-0879-12-355
    摘要 ( 688 )   PDF (6413KB) ( 1417 )  

    用柔度法建立了水平弹性支撑拱结构的自由振动方程,考虑了拱脚处集中质量的附加惯性力. 计算分析了水平弹性支撑对两铰圆拱固有特性的影响,水平弹性支撑会使拱结构的自振频率减小,当拱结构的矢跨比为0.1 左右时影响最为显著,同时还会改变拱结构的振动形态,尤其在高阶振型中将完全按照梁的特点振动.分析了圆弧梁与两铰圆拱的振动内力特点,提出了柔度系数的概念,经过计算得到了水平弹性支撑拱转化为两铰圆拱和圆弧梁的临界柔度系数以及对应的临界刚度系数.

    深埋与浅埋软岩洞室的开挖变形
    赵文斌, 于红周, 于广云, 魏征, 姜鹏飞, 叶琳
    力学与实践. 2013, 35(2):  56-61,39.  doi:10.6052/1000-0879-12-402
    摘要 ( 837 )   PDF (2368KB) ( 984 )  

    由于地质赋存环境的不同,深埋与浅埋洞室在开挖后将产生不同的变形规律. 本文基于有限差分计算软件FLAC3D,数值模拟了深埋与浅埋软岩洞室随应力边界条件、岩石力学性能、洞室断面形状等因素变化的变形特点. 计算结果将对洞室的选型与开挖支护等提供参考.

    力学与实践. 2013, 35(2):  62-66,55.  doi:10.6052/1000-0879-12-324
    摘要 ( 779 )   PDF (1410KB) ( 1049 )  

    利用小变形理论及ANSYS 研究了均匀径向压力作用下深圆拱的平面内稳定性,算例分析表明,当深圆拱的圆心角较小时,圆拱受径向压力的稳定性高于受静水压力的稳定性,当深圆拱的圆心角较大时,圆拱受径向压力的稳定性低于受静水压力的稳定性.

    基于径向基函数的无单元法求解力学问题误差分析
    王立鹏, 王欣彦, 战洪仁, 寇丽萍, 张先珍
    力学与实践. 2013, 35(2):  67-72.  doi:10.6052/1000-0879-12-331
    摘要 ( 780 )   PDF (2066KB) ( 497 )  

    径向基函数形状参数的选择在无单元法数值计算中一直是一个热门的问题,现在已总结出许多确定形状参数的经验公式. 但还没有相关研究表明这些形状参数是如何随着影响域尺寸而变化的. 本文研究了MQ(multi-quadrics) 径向基函数中形状参数对无单元法计算误差的影响. 首先,从理论上分析了形函数导数随着形状参数值的变化趋势,和以计算点为中心节点对称布置与不对称布置的形函数导数的变化规律;然后分析了影响域尺寸对误差的影响,得到了在不同影响域尺寸下,误差随形状参数值变化的规律;在此基础上,给出了影响域范围值.

    复合材料模量细观分析的一般性模型
    王依兵, 张铮, 苏飞
    力学与实践. 2013, 35(2):  73-76.  doi:10.6052/1000-0879-12-082
    摘要 ( 982 )   PDF (2423KB) ( 1744 )  

    基于细观力学理论,提出了横观各向异性复合材料弹性常数的分析模型,并给出了纵向(纤维长度方向) 与横向弹性模量、横截面内剪切模量和泊松比等材料性能参数的理论推导和计算公式. 此方法简洁准确地反映了材料横观各向异性性能,改进了常规细观力学模型,也为工程分析提供了理论依据;同时在复合材料力学课程教学中,有助于深化学生对复合材料细观分析的理解,具有一定的启发性.

    教育研究
    力学与实践. 2013, 35(2):  80-82.  doi:10.6052/1000-0879-11-318
    摘要 ( 794 )   PDF (263KB) ( 687 )  

    在应用瑞利-李兹法求解细长梁和杆的静挠度、最小临界力和基频时,教材和文献都指出剪力边界条件的效应很弱,因此剪力一般可以不予考虑. 然而,本文通过例子指出剪力边界条件对高阶(尢其是最高阶) 的固有频率有着显著的影响,而且它的影响并不能通过增加位移函数的项数来予以消除.

    力学与实践. 2013, 35(2):  83-85.  doi:10.6052/1000-0879-12-012
    摘要 ( 798 )   PDF (845KB) ( 617 )  

    提出了一种求解弯曲变形问题的分段独立一体化积分法. 分段独立一体化积分法首先将梁进行分段,独立建立具有四阶导数的挠曲线近似微分方程,然后分段独立积分4次,得到挠度的通解. 根据边界条件和连续性条件,确定积分常数,得到挠度、转角、弯矩和剪力的解析函数. 3 个实例表明,分段独立一体化积分法建立方程简单, 计算编程程式化,利用计算机求解速度快,与有限元法相比其优点是可以得到精确的解析解.

    工程问题中有效应力原理的应用与理解
    李大勇, 张雨坤, 刘炜炜
    力学与实践. 2013, 35(2):  92-94.  doi:10.6052/1000-0879-12-140
    摘要 ( 1503 )   PDF (1136KB) ( 2095 )  

    有效应力原理对土力学理论发展、工程实际问题的解决起到重要作用,它的提出是土力学发展成为一门独立学科的标志. 准确理解和使用这一原理,是土力学本科课程教学中的一个关键. 基于有效应力原理,从理论角度分析了垂直砂质边坡稳定性、负孔隙水压力问题及"楼歪歪" 工程事故等问题的力学本质;其分析方法及思路,能帮助学生加深对有效应力原理的理解和解决工程问题能力,为土力学课程提供教学参考.

    力学纵横
    会爬墙的汽车玩具
    庄表中, 刘延柱
    力学与实践. 2013, 35(2):  99-100.  doi:10.6052/1000-0879-20130221
    摘要 ( 2061 )   PDF (1174KB) ( 1029 )  

    叙述汽车玩具依靠气流吸力和摩擦力实现爬墙行驶的力学原理,以及为设计所进行的摩擦力测试方法. 以爬墙汽车玩具为缩微模型的爬壁机器人具有广阔的应用前景.

    黄瓜卷须I:自盘卷拉拽
    蒋持平, 尚伟, 柴慧
    力学与实践. 2013, 35(2):  100-102.  doi:10.6052/1000-0879-20130222
    摘要 ( 760 )   PDF (2491KB) ( 1042 )  

    黄瓜卷须自盘卷形成的螺旋弹簧与普通的弹簧不同,存在"换向节"(变换螺旋的旋向,使左手螺旋为右手螺旋,或者反过来),使卷须在两端固定(拴住) 的情形下能够自盘卷拉拽. 老卷须具有奇妙的力学行为,受拉时盘卷圈数不是减少,而是增加,拉伸刚度也增加,实现了固定和保护植株的功能优化. 第II 部分将继续探源其中的力学机理,介绍黄瓜卷须的组织、力学模型和北京航空航天大学据此开发的选修实验.

    太极图与涡旋
    郑江华, 王振东
    力学与实践. 2013, 35(2):  106-107.  doi:10.6052/1000-0879-20130224
    摘要 ( 865 )   PDF (1151KB) ( 918 )  

    太极图是以黑白两个鱼形纹组成的圆形图案,俗称"阴阳鱼",是图式简单、内涵丰富、造型完美的图案. 太极图的起源与黄河、洛水两河交汇时产生出涡旋的自然现象有关.