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2013年 第35卷 第5期 刊出日期:2013-10-08
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    力学与实践. 2013, 35(5):  0-0.  doi:10.6052/1000-0879-20130500
    摘要 ( 284 )   PDF (152KB) ( 454 )  
    专题综述
    低渗透多孔介质中的非线性渗流理论
    黄延章, 杨正明, 何英, 王学武, 骆雨田
    力学与实践. 2013, 35(5):  1-8.  doi:10.6052/1000-0879-13-165
    摘要 ( 872 )   PDF (6211KB) ( 1087 )  

    文中论述了低渗透性多孔介质中非线性渗流理论的几个问题,阐明了渗流流体的性质,指出了多孔介质对流体通过的选择性,提出了新的非线性渗流方程,用实验资料对其进行了验证,分析了该方程演变功能,表明它可以描述各种渗流规律.该方程的各项参数都可从实验中直接得到,应用方便,并且参数的物理意义明确.

    力学与实践. 2013, 35(5):  9-16.  doi:10.6052/1000-0879-12-414
    摘要 ( 700 )   PDF (1030KB) ( 1376 )  

    强度是结构材料最重要的一项性能指标,但如何预报纤维增强复合材料的极限承载能力却依然还是一个世界性难题. 经作者及其团队多年来的不懈努力,使得实现由原始组份性能计算复合材料强度的目标不再遥不可及. 本文围绕如何达到这一目标进行简要介绍. 也许不久之后,一旦纤维和基体材料的性能数据库建立起来,任何一个复合材料结构的设计与开发将不再依赖于甚至无需任何实验. 这不仅能节省大笔实验费用,而且能大幅缩短复合材料新产品的问世周期,促进复合材料更加广泛和更为有效地应用.

    应用研究
    串列风力机尾流干扰的研究
    朱翀, 王同光, 钟伟
    力学与实践. 2013, 35(5):  17-22,90.  doi:10.6052/1000-0879-13-163
    摘要 ( 553 )   PDF (3159KB) ( 953 )  

    广义致动盘方法是通过引入体积力代替叶片的致动盘技术与三维Navier-Stokes 方程相结合来获得风力机周围流场信息的一种方法. 该方法避免了花费大量网格与计算资源去求解风力机叶片的附面层,从而可以把更多的网格与计算资源用于风力机尾流流场的模拟,非常适合用于风力机尾流流场的研究. 以NH1500风力机为计算模型,将常规CFD (computational fluid dynamics) 方法与广义致动盘方法计算所得的叶片载荷分布进行比较,以验证广义致动盘方法的可行性. 然后使用广义致动盘方法对风场中串列风力机进行数值模拟,研究串列风力机之间间距变化时,上游风力机产生的尾流对下游风力机的干扰影响.

    浮泥对非线性波的运动响应
    刘杰斌, 周济福
    力学与实践. 2013, 35(5):  23-29.  doi:10.6052/1000-0879-13-097
    摘要 ( 466 )   PDF (2556KB) ( 469 )  

    将浮泥作为高黏度牛顿流体,与水体构成互不相混的两相流体,基于垂向二维RANS 方程(Reynolds-averaged Navier-Stokes)、SST 湍流模式(shear-stress transport),利用流体体积法(volume of fluid,VOF),结合数值造波、消波技术模拟波浪,建立了波泥耦合运动的数学模型,研究了线性波、Stokes波和椭余波作用下,浮泥界面的运动响应. 发现在各种波浪条件下,界面位移与表面位移间有相近的波形,两者间存在相位差,其值随周期和波高的变化不大;界面波高基本正比于表面波高,它随周期的增长呈单调增大的趋势.

    水合物分解气体泄漏引起的海床破坏实验研究
    魏伟, 陈旭东, 鲁晓兵, 张旭辉
    力学与实践. 2013, 35(5):  30-34.  doi:10.6052/1000-0879-13-152
    摘要 ( 557 )   PDF (895KB) ( 600 )  

    海床下水合物分解可能造成大量的生成气体泄漏. 气体渗漏一方面造成海床表层的破坏;另一方面使得海水密度减小造成海上一些结构的安全隐患. 本文通过实验研究泄漏气体在水中上升过程中的扩散行为,以及渗漏对海底粉砂土海床的破坏规律. 考虑压力,盖层厚度在渗漏气体对盖层土体形态破坏的影响,获得了气体在水中上升过程中的扩散角的特点,以及气体泄漏导致的海床冲刷坑范围随气体压力、土层厚度的变化规律,可以为进一步的研究和工程应用提供参考.

    煤层气井气水两相分布不稳定试井模型
    牛丛丛, 刘曰武, 蔡强, 李海生
    力学与实践. 2013, 35(5):  35-41.  doi:10.6052/1000-0879-13-161
    摘要 ( 649 )   PDF (1856KB) ( 872 )  

    煤层气是一种高效清洁的非常规天然气资源,其开采过程是一个排水降压采气的过程. 由于煤层气主要是以吸附态的形式存在于煤层中,当煤层压力降低到临界解吸压力以下时煤层气从煤层中解吸出来并与水一起采出,因此煤层中流体是气水两相分布的. 本文根据煤层气藏排采过程中的解吸特征,通过考虑气水两相分布的渗透率关系,提出了一种与解吸区域大小相关的煤层气井不稳定试井模型. 该模型较好地描述了煤层气排采过程中煤层内气水的流动状态,采用分区模式对气水两相进行描述. 通过有限体积方法求解了所建立的试井模型,计算得到了煤层气井气水两相分布不稳定试井理论曲线,分析了煤层气解吸系数、解吸复合半径、气水饱和度分布等对试井理论曲线的影响.

    力学与实践. 2013, 35(5):  42-46.  doi:10.6052/1000-0879-12-380
    摘要 ( 566 )   PDF (1536KB) ( 555 )  

    基于薄板小挠度理论和Kelvin-Voigt 黏弹性本构方程,建立了黏弹性夹层环形薄板振动控制方程.采用分离变量法计算了内边固支、外边自由黏弹性夹层环形薄板的固有频率和振型,并与有限元计算结果进行比较. 分别讨论了夹心层比和内外半径比对固有频率及衰减系数的影响. 研究表明:系统频率随夹心层厚度增大,先增大后减小,而衰减系数一直增大;系统频率和衰减系数随内外半径比增大而增大.

    力学与实践. 2013, 35(5):  47-53,46.  doi:10.6052/1000-0879-13-141
    摘要 ( 429 )   PDF (3963KB) ( 816 )  

    为了研究层合壳脱层,本文首先建立了柱坐标系下Hamilton 正则方程的8 节点等参元列式;然后分别采用了"先分后合" 模型和"弱粘接" 模型对开口壳的脱层损伤进行了模拟;通过利用层间的力学关系建立了整个壳的求解方程;最后分别从粘接完好和脱层两类情况对开口壳进行研究,并计算脱层前缘裂纹扩展的能量释放率. 数值实例的分析结果表明环向脱层受外载荷影响大于轴向脱层外载荷影响,脱层深度对两类脱层模型影响较大.

    力学与实践. 2013, 35(5):  54-58,62.  doi:10.6052/1000-0879-12-470
    摘要 ( 538 )   PDF (1249KB) ( 1139 )  

    基于桁架结构稳定性计算的经典理论,分析了利用特征值理论开展桁架结构屈曲分析的计算方法,以及利用欧拉临界载荷屈曲理论,采取杆件撤除的静力求解确定桁架结构稳定临界载荷的计算方法. 通过理论研究和相关算例分析,论证了利用特征值理论和临界载荷屈曲理论相结合的方法,判断小变形桁架结构的失稳模态,求解桁架结构稳定临界载荷的确定性.

    土体各向异性边界面模型研发的几个问题探讨
    钦亚洲, 陈建龙, 熊孝波, 刘成
    力学与实践. 2013, 35(5):  59-62.  doi:10.6052/1000-0879-13-083
    摘要 ( 649 )   PDF (680KB) ( 666 )  

    土体边界面模型通过采用塑性模量场插值,来反映土体变形的非线性,边界面模型适合对小应变情况下的土体非线性变形进行模拟. 在Wheeler 模型的基础上,结合边界面理论,构造一个土体各向异性边界面模型,模型可以反映天然土体的各向异性特性. 本文对该模型研发过程中遇到的几个问题进行理论探讨,为理解和掌握各向异性边界面理论,并进一步进行新型边界面模型的研发,提供了理论借鉴.

    同种材料球板斜碰带电量研究
    李桂宣, 谢莉
    力学与实践. 2013, 35(5):  63-68.  doi:10.6052/1000-0879-12-412
    摘要 ( 525 )   PDF (2340KB) ( 1011 )  

    报道了同种材料球板斜碰带电量实验和理论研究, 发现同种材料球和板斜碰后球板会带电,带电量的极性与材料有关,带电量的大小与板的倾角有关,随着倾角的增大先增加后减小,当倾角约50°时,碰撞电量达到最大,是正碰撞电量的6~8 倍. 通过球板斜碰过程的动力学分析,发现球板碰撞后球的带电量与碰撞过程中球与板的摩擦面积成正相关.

    POD与MSM原理和应用的对比分析
    张军锋, 葛耀君, 赵林, 柯世堂
    力学与实践. 2013, 35(5):  69-78,81.  doi:10.6052/1000-0879-13-115
    摘要 ( 447 )   PDF (5862KB) ( 1647 )  

    为揭示本征正交分解(proper orthogonal decomposition, POD) 与模态叠加法(mode superposi-tion method, MSM) 在基本原理和工程应用中的异同,对POD 和MSM 的数理基础进行了对比性分析;通过风洞试验及动力响应时程分析获得了一座冷却塔的表面脉动风载荷及其脉动响应,以此两个时空随机场为例对POD 和MSM 两种方法的应用进行了对比性阐述. POD 和MSM 均通过引入空间模态和相应的时间坐标,经线性叠加来实现对时空随机场的分解与重建,但两者的应用对象并不一致:前者多用于已知随机载荷场的分析而后者多用于未知结构响应的计算. 两者空间模态和时间坐标的提取方法和数理意义以及各模态对原随机场的贡献等亦不相同. 尽管POD 和MSM 两种方法所得空间模态均有正交性,但时间坐标的正交性仅存在于POD 方法,故POD 各阶模态的本征值之和可以完全反应对原随机场的贡献,而MSM 的模态贡献则存在一定的耦合性.

    教育研究
    力学与实践. 2013, 35(5):  79-81.  doi:10.6052/1000-0879-13-210
    摘要 ( 530 )   PDF (384KB) ( 788 )  

    介绍斜梯度系统的性质。将Lagrange 系统,Hamilton系统,Birkhoff 系统和广义Hamilton 系统表示为斜梯度系统. 利用斜梯度系统的性质来研究这些约束力学系统的积分和稳定性问题.

    力学与实践. 2013, 35(5):  82-82.  doi:10.6052/1000-0879-12-389
    摘要 ( 584 )   PDF (247KB) ( 683 )  

    给出三矢矢量积在理论力学中应用的两个例子. 推导了力系简化中力螺旋中心轴的参数方程. 分析了定轴转动刚体上点的法向加速度.

    力学与实践. 2013, 35(5):  83-85.  doi:10.6052/1000-0879-13-068
    摘要 ( 585 )   PDF (450KB) ( 681 )  

    依据空间汇交力系的平衡条件及分析力学中的虚功原理,推导出汇交平衡力系的一条几何定理:以各力大小为加权因子,到诸力线上任意固定点的加权距离之和取极值的点就是使该汇交力系达到静平衡的平衡点; 该定理在简单的三力系统的具体结论,与几何结论相符. 运用滑轮组模拟技术解决了该定理的逆问题, 表明加权距离之和取极小值的情形一般对应于稳定的汇交平衡力系,并指出这一定理在几何学,建筑经济学乃至分子化学中的应用前景.

    结合理论力学谈高校青年教师教案的撰写
    刘伟, 朱西平, 刘洪兵, 任兴民, 高行山
    力学与实践. 2013, 35(5):  85-88.  doi:10.6052/1000-0879-12-350
    摘要 ( 464 )   PDF (269KB) ( 790 )  

    教案是教师不断思考如何将书本知识通过课堂教学转化为学生能力的载体, 对青年教师上好第一门课有着重要的作用. 以理论力学为例, 从专业、教材、语言、内容、科研、次序、时间、板书和修改等多个方面, 归纳出教案准备工作和撰写过程的注意事项和授课技巧. 为高校青年教师的教案准备、课程体系改革和创新型教学模式提供了参考.

    力学与实践. 2013, 35(5):  89-90.  doi:10.6052/1000-0879-12-356
    摘要 ( 592 )   PDF (238KB) ( 956 )  

    直观的看问题是一种学习能力. 探讨了直观理解力学公式的有效途径. 从不同角度分析了几个经典公式的逻辑关系,有助于加深对于课程体系的认识.

    力学与实践. 2013, 35(5):  91-93.  doi:10.6052/1000-0879-12-353
    摘要 ( 422 )   PDF (4074KB) ( 1060 )  

    通过简单的流场观测实验,引导学生在流体力学课程中开展探索性研究. 基于流体力学的一些基本现象和学生自身的创新性想法,拟定研究课题并通过一些鼓励措施以激发学生研究热情. 所提实验均以小组形式进行,学生们成为了主动的学习者,相互间也会提出问题并共同解决. 这种引导性教学方法可使学生尝到发现新知的乐趣,养成锲而不舍的习惯,帮助其解决在学习中遇到的困难,获得终身学习的能力,为研究生阶段的学习打下基础.

    力学与实践. 2013, 35(5):  93-94.  doi:10.6052/1000-0879-13-049
    摘要 ( 443 )   PDF (210KB) ( 470 )  

    针对高职院校工程力学的教学现状,提出了需要进一步完善工程力学的课程建设. 在正确把握专业对工程力学研究范畴的前提下,基于模块结构科学设计和重组教学内容. 为了提高学生学习兴趣和解决实际问题的能力,文中强调应设置具有专业特色的实训项目和改革课程考核方式. 文章最后展望了课程建设的发展方向,即将软件编程和计算机仿真技术应用到教学中.

    力学纵横
    蛇年话蛇行
    刘延柱
    力学与实践. 2013, 35(5):  95-96.  doi:10.6052/1000-0879-20130521
    摘要 ( 286 )   PDF (1134KB) ( 970 )  
    力学与实践. 2013, 35(5):  96-99.  doi:10.6052/1000-0879-20130522
    摘要 ( 386 )   PDF (5894KB) ( 1260 )  

    涡旋星系是大自然中尺度最大的流体涡旋. 哈勃望远镜拍摄到许多很美妙的涡旋星系照片,使我们认识到在宇宙中有那么多姿多态的星系,涡旋星系是其存在的常态之一. 天文学家评选出哈勃望远镜巡天16 年的十佳照片的第8 张,被命名为《星月夜》的太空版,它与梵高《星月夜》和NASA公布的洋流版《星月夜》,都是形象描述流体涡旋的画作与图像.

    如何阻止天外来物撞击地球
    王达亮, 许香照
    力学与实践. 2013, 35(5):  99-104.  doi:10.6052/1000-0879-20130523
    摘要 ( 424 )   PDF (3156KB) ( 539 )  

    天外来物绝大多数在进入大气层后就摩擦烧毁了,但始终是潜在的威胁. 国际上设想了多种方法来阻止外来物撞击地球,但目前只停留在理论设想中,并未给出定量的理论分析以及可行性分析,在实际中也未成功拦截过外来物或者是改变其运行轨道. 本文针对这一国际热点问题,在理想情况下定量地对采用动能冲击以及核爆方式改变陨石运动轨迹进行简要的理论分析;其次,采用课题组自主开发软件,考虑弹体和外来物的变形,对两种加载方式进行数值模拟研究.通过理论和数值模拟分析,对于直径为46m 的外来物,千万吨量级的核爆很可能改变外来物的运行轨道甚至将其摧毁;而动能冲击的方式在目前的科技水平下很难实现.

    壳体简史
    孙博华
    力学与实践. 2013, 35(5):  104-107.  doi:10.6052/1000-0879-20130524
    摘要 ( 449 )   PDF (584KB) ( 1209 )  

    壳体可以简单地看作成弯曲的板,它具有比较优越的力学特性,本文简单介绍了薄壳壳体和旋转壳理论的发展历史,同时评述了壳体解析理论的复变量方法和位移场方法.

    力学与实践. 2013, 35(5):  107-109.  doi:10.6052/1000-0879-20130525
    摘要 ( 449 )   PDF (774KB) ( 773 )  

    今年是力学大师冯·卡门(1881-1963) 逝世50 周年,本文结合他于20 世纪上半叶对清华大学的两次访问,回顾冯·卡门对我国早期航空学科创建和人才培养的支持和贡献.

    力学与实践. 2013, 35(5):  110-110.  doi:10.6052/1000-0879-20130526
    摘要 ( 336 )   PDF (305KB) ( 612 )  
    力学与实践. 2013, 35(5):  110-112.  doi:10.6052/1000-0879-13-355
    摘要 ( 605 )   PDF (341KB) ( 588 )  

    本文总结了第九届大学力学竞赛团体赛的命题思路和整体考虑,介绍了各题的内容、难点,以及与往届赛题的不同之处,介绍了如何在命题工作中体现对创新能力和综合素质的考核.

    力学与实践. 2013, 35(5):  112-112.  doi:10.6052/1000-0879-20130528
    摘要 ( 241 )   PDF (281KB) ( 273 )