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2014年 第36卷 第5期 刊出日期:2014-10-15
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    应用研究
    细长垂直结构倾倒过程力学行为的研究
    李庆军, 耿小亮, 王佳坡, 舒佳乐, 李明彬, 胡喜仁
    力学与实践. 2014, 36(5):  647-652.  doi:10.6052/1000-0879-13-328
    摘要 ( 414 )   PDF (2405KB) ( 886 )  

    研究了细长垂直结构从开始倾倒到接触地面前这一短暂时间内的力学行为。采用解析方法,推导了实心、空心、变截面和加重物情况下细长杆倾倒过程的数学模型,设计了相应实验对该模型开展实验验证,通过测试细长垂直杆自由倾倒过程中应变沿杆轴线方向的分布和随时间的变化规律,并与理论模型得到的曲线对比,两者具有良好的相符性,由此验证了该文提出模型的正确性,并总结出多种细长垂直结构倾倒过程的应力应变演化和分布规律。

    力学纵横
    力学与实践. 2014, 36(5):  676-679.  doi:10.6052/1000-0879-13-381
    摘要 ( 351 )   PDF (2990KB) ( 918 )  

    介绍蜘蛛丝独特的线弹性——软化——强非线性硬化的应力应变曲线对建造超级抗损伤的和超级带缺陷工作能力的蜘蛛网的作用。这种独特力学性质使得蜘蛛网一旦局部靶载荷超载,承载网丝在经历软化大变形后急剧非线性硬化,独自承担过量载荷,直至断裂,而其余网丝的内力继续保持在安全范围内,实现损伤局部化与极小化。仅改变一下应力应变曲线的形状,就使网具有了超级抗损伤能力,体现了蜘蛛应用力学知识的神奇。

    教育研究
    力学与实践. 2014, 36(5):  657-659.  doi:10.6052/1000-0879-13-405
    摘要 ( 325 )   PDF (2417KB) ( 913 )  

    研究性教学强调培养学生的学习兴趣和创新能力。以一个研究小组开展的创新创业训练为例来阐述流体力学研究性实验。围绕水下溢油模型实验,该小组从申请入手,然后设计实验模型和观测实验,接着搭建虚拟实验平台,最终圆满完成了训练。并将研究性实验延伸至流体力学教学中,有效促进了学生对基础知识的主动探索与其工程应用价值的思考。

    应用研究
    力学与实践. 2014, 36(5):  642-646.  doi:10.6052/1000-0879-13-406
    摘要 ( 542 )   PDF (435KB) ( 939 )  

    阐述了分析力学中“理想约束”与理论力学动能定理部分“理想约束”概念的区别,举例说明了由此同名可能导致的问题,并建议在动能定理部分使用“无功约束”或“零功约束”的概念,以保持力学概念的一致性和独立性;对微分形式的动能定理在广义坐标空间进行变换得到了以广义坐标微分为指标的和式形式,并通过与Lagrange 方程的比较及实例论证了不能由此而得到系统动力学方程的原因。上述内容均从不同侧面反映了实位移与虚位移的本质区别,因此可作为对实位移与虚位移概念进行深刻理解的一种途径。

    专题综述
    有机玻璃力学性能的研究现状
    邓小秋, 李志强, 赵隆茂, 姚小虎
    力学与实践. 2014, 36(5):  540-550.  doi:10.6052/1000-0879-13-442
    摘要 ( 637 )   PDF (1053KB) ( 3229 )  

    有机玻璃作为飞机风挡与舱盖的主要材料,对其力学性能研究尤为重要。综述了国内外学者对有机玻璃力学性能的研究现状:在理论方面,总结了目前对有机玻璃的黏弹性、非弹性、屈服应力与模量——温度关系等本构模型的成果;在实验方面,阐述了近年以准静态、动态及断裂实验为主的研究;在模拟方面,举例说明在分子模拟和有限元模拟中的应用。最后指出了有机玻璃在力学研究方面的发展方向。

    力学纵横
    力学与实践. 2014, 36(5):  680-681.  doi:10.6052/1000-0879-13-472
    摘要 ( 374 )   PDF (329KB) ( 939 )  

    本文收集《尚书》、《礼记》、《汉书》、《指月录》、苏轼诗等古籍中关于初态敏感性的形象描述,还列举了《庄子》、《白虎通》、《五灯会元》等古籍中出现的混沌一词。

    力学与实践. 2014, 36(5):  670-672.  doi:10.6052/1000-0879-13-478
    摘要 ( 526 )   PDF (366KB) ( 815 )  

    探讨钱伟长先生对于《应用数学和力学相结合》的研究理念。文中以钱伟长的代表作为例,对《应用数学和力学相结合》的内涵作了说明。弹性板壳内禀理论,弹性圆薄板大挠度问题的摄动解法和拉格朗日乘子法在变分原理中的应用,可以认为是钱伟长的3 个代表作。通过对这3 个代表作的剖析,可以具体看到钱伟长在研究实践中,如何着力于《应用数学和力学相结合》的研究理念,而取得丰硕的创新成果。

    应用研究
    力学与实践. 2014, 36(5):  639-641,646.  doi:10.6052/1000-0879-13-432
    摘要 ( 417 )   PDF (737KB) ( 1091 )  

    利用解析几何与分析力学,得出均质细杆处在光滑的圆锥曲线内壁中受力平衡和处于稳定平衡状态的条件,并得出圆锥曲线的静力学性质:将均质细杆过焦点倾斜放入光滑的圆锥曲线内壁中,细杆受力平衡且处于稳定平衡状态。另外用圆锥曲线的光学性质证明其静力学性质。

    专题综述
    爆炸冲击载荷作用下车辆和人员的损伤与防护
    张钱城, 郝方楠, 李裕春, 于渤, 刘剑锋, 金峰, 卢天健
    力学与实践. 2014, 36(5):  527-539.  doi:10.6052/1000-0879-13-539
    摘要 ( 958 )   PDF (4973KB) ( 4019 )  

    在当前反恐战争和地区武装冲突迫切形势下,如何提高车辆及人员的防护能力是诸多学科工作者面临的共同挑战。综述了威胁车辆安全的常见爆炸物、其作用原理和影响爆炸物作用载荷的因素,阐述了爆炸物爆炸冲击对车辆的破坏和人员损伤的各类不同形式。在此基础上分析了相关的实验、表征和模拟技术的研究进展,总结了国内外车辆爆炸防护结构的研究现状,包括轻质防护材料和结构的研发趋势,展望了车辆爆炸防护结构设计的研究趋势。

    应用研究
    球链中冲击扰动的传播
    靳晓庆, 张振亚, 段忠, 周风华
    力学与实践. 2014, 36(5):  611-616,589.  doi:10.6052/1000-0879-14-004
    摘要 ( 537 )   PDF (7703KB) ( 1375 )  

    采用Hertz 接触理论处理牛顿摆中球与球之间的相互接触,建立球链碰撞模型,观察到碰撞过程中类似孤立波的传播现象。为了便于处理“nm”碰撞的计算,编写了带有GUI (graphic user interface) 界面的计算程序,可以研究不同撞击球个数对撞击过程的影响,包括球心位置、球心速度以及相邻小球间的变形量与相互作用力随时间的变化规律。进一步比较了一维球链模型和三维有限元模型的结果,并实验观察了碰撞过程的细节,得到一致性结论。

    力学与实践. 2014, 36(5):  574-579,565.  doi:10.6052/1000-0879-14-012
    摘要 ( 295 )   PDF (2637KB) ( 852 )  

    将一种简化的自适应网格应用于顺序输送二维混油模型的计算中,网格的疏密程度由速度和浓度梯度控制且用动网格取代传统的固定网格。混油模型中采用混掺长度理论计算速度场和扩散系数,并考虑了油品黏度变化对混油的影响。提高传统数值解法的精度,减少计算量,使之适应于长输管线顺序输送的混油数值计算。通过在计算机上的数值模拟实验,证明了该方法的有效性,分析了雷诺数、输送顺序对混油的影响并得到混油随输送距离的变化规律。

    目录
    力学与实践. 2014, 36(5):  0-0. 
    摘要 ( 268 )   PDF (143KB) ( 281 )  
    专题综述
    重叠网格方法的研究进展
    李鹏, 高振勋, 蒋崇文
    力学与实践. 2014, 36(5):  551-565.  doi:10.6052/1000-0879-14-011
    摘要 ( 1035 )   PDF (20163KB) ( 481 )  

    从网格装配和插值计算两个主要方面对现有的重叠网格方法进行了综述。首先,从挖洞方法和建立嵌入网格关系环节的寻点技术出发归纳和介绍了网格装配方法;其次,介绍了数值迭代过程中的插值计算方法,并特别讨论了插值守恒性以及插值计算精度等问题;另外,对重叠网格方法的并行计算和应用成果也作了介绍;最后,通过总结认为重叠网格方法在改进网格装配方法、改善插值和并行计算效率等方面仍需进一步研究。

    柔性体与运动流体耦合问题研究进展综述
    王思莹, 陈明, 尹协振
    力学与实践. 2014, 36(5):  566-573.  doi:10.6052/1000-0879-13-510
    摘要 ( 354 )   PDF (1786KB) ( 1167 )  

    介绍了柔性体流固耦合运动的研究背景和研究意义,回顾了均匀来流和复杂非均匀流场中单个及多个柔性物体耦合运动问题的研究进展和最新研究现状。在此基础上,揭示了国内外柔性体流固耦合问题研究深度逐步推进和研究方法不断改进的历程,归纳了对柔性体流固耦合运动的主要影响因素及各因素作用规律的认识。基于现阶段柔性体流固耦合运动机制的主要研究内容和研究成果,提出了相关研究的下一步开展方向。

    应用研究
    填塞箱卷曲丝束失稳的临界压力公式
    宋敏峰, 黄建新, 陈柔羲, 何吉欢
    力学与实践. 2014, 36(5):  580-582,597.  doi:10.6052/1000-0879-13-514
    摘要 ( 389 )   PDF (1883KB) ( 706 )  

    研究了轴向运动的丝束在填塞卷曲机构内的不稳定性,并得到了临界载荷,同时研究了纺丝参数对丝束弯曲失稳的影响。该理论可用于填塞箱的优化设计或改善产品质量。

    带钢横向瓢曲变形的解析研究
    常铁柱, 韩培恋
    力学与实践. 2014, 36(5):  583-589.  doi:10.6052/1000-0879-13-553
    摘要 ( 359 )   PDF (3511KB) ( 938 )  

    薄宽带钢的横向瓢曲是一种产生机理与解决对策都未知的板形缺陷。基于艾利应力函数和Timo-shenko 最小功原理建立了横向瓢曲前屈曲变形的力学模型,获得了其前屈曲应力场分布的表达式;运用伽辽金虚位移原理解法获得了其临界屈曲载荷。研究结果可为连退线上板带材生产过程中横向瓢曲的预测和控制提供参考依据。

    飞机操纵面故障诊断及其性能评估
    邱岳恒, 赵鹏轩, 高亚奎, 戍永灵
    力学与实践. 2014, 36(5):  590-597.  doi:10.6052/1000-0879-13-518
    摘要 ( 316 )   PDF (2144KB) ( 810 )  

    针对操纵面故障将严重影响飞机的飞行安全,提出一种能快速实现故障诊断及性能评估的系统方法。首先,当系统状态维数较高时,采用容积卡尔曼滤波算法的球形积分准则和径向积分准则优化Sigma 点的采样策略和权重分配,较好地解决了无迹卡尔曼滤波算法滤波性能明显下降的问题;然后,利用飞机等速平飞运动特征计算故障下的升力系数和阻力系数,得出能反映飞机性能的飞行包线;最后,通过仿真结果验证了本文所提方法的可行性。

    力学与实践. 2014, 36(5):  598-603.  doi:10.6052/1000-0879-13-530
    摘要 ( 299 )   PDF (1453KB) ( 694 )  

    讨论了基座存在弹性情况下,载体位置无控、姿态受控的漂浮基空间机械臂惯性空间轨迹跟踪控制及基座弹性振动主动抑制问题。由系统位置几何关系及动量守恒关系,建立了系统运动Jacobi 关系;之后利用拉格朗日方法并结合系统动量守恒关系建立了系统动力学方程。基于奇异摄动理论的两种时间尺度假设,将该方程分解为描写系统刚性运动的慢变子系统与描写系统弹性振动的快变子系统。对慢变子系统设计了基于计算力矩法的轨迹跟踪控制器;对于快变子系统则设计了线性二次最优控制方案。数值仿真证实了提出的控制方法的有效性。

    一种求解弹性接触问题的缩减二次规划方法
    邵松标, 刚宪约, 李双, 柴山
    力学与实践. 2014, 36(5):  604-610.  doi:10.6052/1000-0879-13-537
    摘要 ( 428 )   PDF (1549KB) ( 748 )  

    基于势能原理以节点位移为设计变量、以接触条件为约束方程构建了无摩擦弹性接触问题的二次规划数学模型,在此基础之上利用力平衡线性约束方程的特解和由基础解向量构成的奇异模态矩阵,提出一种新的基于奇异坐标变换的自由度缩减方法,大大降低了二次规划的规模,并使得二次规划模型不再含显性等式约束;根据弹性接触力学体系的特点,通过人为假定接触自由度位移模式,提出了一种简单高效的奇异模态矩阵的计算方法。通过两圆柱接触、轴孔间隙配合接触两个数值算例的对比分析,验证了对于弹性接触问题的求解,缩减二次规划方法有效克服了传统方法计算量大、对求解参数设置敏感、收敛困难的问题。

    一般形式的共振轨道研究
    史格非, 方群, 殷毅
    力学与实践. 2014, 36(5):  617-621,610.  doi:10.6052/1000-0879-13-554
    摘要 ( 559 )   PDF (1931KB) ( 977 )  

    为了利用较小的推力使航天器的轨道产生较大的变化,可以利用共振原理来研究航天器的运动,称这样一类非开普勒轨道为共振轨道。将圆频率作为变量,通过合理地选择轨道描述参数、时间尺度和推力描述方式建立了一般形式的共振轨道模型,并基于仿真分析研究了共振轨道圆频率对共振轨道的影响。通过对地球——火星共振转移轨道的算例进行仿真分析,初步研究了共振轨道在星际探测轨道设计中应用的效果。研究结果表明:圆频率改变将对推力峰值产生影响;共振轨道在星际探测中的应用是可行的,并且在能量消耗方面优于Lambert 轨道。

    力学与实践. 2014, 36(5):  622-625,638.  doi:10.6052/1000-0879-13-507
    摘要 ( 404 )   PDF (642KB) ( 472 )  

    定义了空投系统的两个元素,即“载机”和“装载物”。介绍了用来研究空投问题的两种动力学建模方法,即“整体法”和“多体法”。证明了两种方法对于平动动力学是等价的,但对于转动动力学是不等价的,原因是整体法并非总是存在的。

    集中载荷作用下一次超静定梁的弹塑性全过程分析
    李会知, 杨建中, 李佳莹, 孙丹曦
    力学与实践. 2014, 36(5):  626-632.  doi:10.6052/1000-0879-14-150
    摘要 ( 431 )   PDF (487KB) ( 851 )  

    对跨中集中载荷作用下一次超静定梁的弹塑性加载和变形全过程进行了分析。根据受力变形特点,集中载荷作用下一次超静定梁的加载过程可分为4 个阶段,分别是弹性阶段、固支端附近塑性变形区扩展阶段、固支端和集中载荷作用点附近塑性变形区双扩展阶段、固支端保持为塑性铰同时附近卸载而集中载荷作用点附近塑性变形区继续扩展直至形成第2 个塑性铰阶段。在弹性阶段,弯矩内力和挠度与外载荷是线性比例关系,在第2,3 两个阶段,弯矩和挠度与外载荷是复杂的非线性关系,在第4 阶段,弯矩与外载荷是线性关系但不是比例关系而挠度与外载荷是更为复杂的非线性关系。给出了全过程任意点的弯矩和挠度计算公式,可供结构设计参考应用。

    力学与实践. 2014, 36(5):  633-635.  doi:10.6052/1000-0879-13-389
    摘要 ( 403 )   PDF (492KB) ( 1154 )  

    对称结构在对称载荷作用下,内力和位移对称;在反对称载荷作用下,内力和位移反对称。这是利用对称性简化结构计算的根据。该文用更能反映对称性数学本质的方法,证明了上述结论。这一工作将使结构力学中对称性利用的叙述更简洁,逻辑更严密。以此为基础,对载荷作用下对称结构的内力和位移的理论进行了整理。

    力学与实践. 2014, 36(5):  636-638.  doi:10.6052/1000-0879-13-388
    摘要 ( 400 )   PDF (336KB) ( 912 )  

    对于压杆稳定问题,很容易误认为,只有当轴向压力等于临界载荷及其若干整数倍时,杆件才有曲线平衡解,才会失稳;当轴向压力介于临界载荷整数倍之间时,杆件不存在曲线平衡解,不会失稳,这与实际情况不符。利用曲率的精确公式,探讨了造成这一问题的原因,说明了拉杆不会失稳的原因,描述了随着压力增大压杆挠曲线的变化情况。

    力学与实践. 2014, 36(5):  653-656,652.  doi:10.6052/1000-0879-13-451
    摘要 ( 316 )   PDF (653KB) ( 548 )  

    从3个方面论证Pfaff——Birkhoff 原理的端点条件不是固定的,而是半固定的,对端点非固定部分导出了相应的自然端点条件,并给出它的一般形式。

    教育研究
    力学与实践. 2014, 36(5):  660-663.  doi:10.6052/1000-0879-13-532
    摘要 ( 371 )   PDF (748KB) ( 564 )  

    从实验项目设置、教学手段和考核方式3 个方面,对美国研究型大学——艾奥瓦大学的本科流体力学实验教学模式进行了详细阐述。其将传统实验与计算流体动力学技术有机融合,利用先进的实验平台和测试仪器开设了3 个综合性实验,实验项目更具前沿性和实用性。同时采取自主、开放式教学手段,并执行严格的考核方式,充分调动学生学习的主观能动性。吸收借鉴国外大学先进的教学理念和模式,从而提升西华大学流体力学课程教学质量。

    土力学原理可视化演示模型实验系统的研究
    沈扬, 葛冬冬, 陶明安, 杜文汉
    力学与实践. 2014, 36(5):  663-666.  doi:10.6052/1000-0879-13-508
    摘要 ( 332 )   PDF (4082KB) ( 946 )  

    为推进以教师为主导、学生为主体的创新型土力学实验教学改革,基于与工程实际密切相关的一系列土力学原理,自主研发了可视化演示模型实验系统。该系统体现了土压力破坏、振动液化、毛细作用、渗透破坏及电渗固结的产生机理,不仅可直观反映裂缝、沉陷、盐结晶等可视化的实验现象,还能利用设备的特殊构造与功能强化对机理影响因素效果的反映。该实验系统丰富了土力学实验教学内容,其研制和实验操作的过程也能培养学生的创新思维及实践能力,是对创新型实验教学模式的有益探索。

    振动力学课程教学改革与实践探讨
    刘丽丽, 李东平
    力学与实践. 2014, 36(5):  667-669,672.  doi:10.6052/1000-0879-13-404
    摘要 ( 353 )   PDF (1908KB) ( 908 )  

    本科教育是高等教育的基石,侧重于专业基础理论知识的学习,相比研究生阶段容易忽视对学生创新能力的培养及创新实践的指导。为了提升中南大学工程力学专业本科生创新思维能力,对《振动力学》课程的教学体系内容、教学手段和教学方法等方面进行了综合改革与实践探讨,在加强理论学习的同时,着重培养学生的创新思维能力,努力培养高素质创新型力学人才。

    力学纵横
    力学与实践. 2014, 36(5):  673-676.  doi:10.6052/1000-0879-14-121
    摘要 ( 356 )   PDF (897KB) ( 591 )  

    物理学家江仁寿从19 世纪30 年代开始致力于液体黏滞性的研究。他通过对双线旋转球法进行改进,利用惯性棒双线悬挂球实验装置,测定了水、液态钠、钾及钠钾合金的黏度,分析了影响黏度测量准确性的因素,实验结果得到了当时国际物理学者的公认并长期沿用;他对金属液体在熔点时表面张力的测定结果,为半导体材料的兴起提供了理论基础,为中国近代流体力学发展做出了贡献。

    力学与实践. 2014, 36(5):  682-684,659.  doi:10.6052/1000-0879-14-141
    摘要 ( 831 )   PDF (1228KB) ( 1274 )  

    介绍了山东科技大学代表队参加第九届全国周培源大学生力学竞赛团体赛的解题思路和作品制作过程,并对每道题都进行了深入的探讨,总结了比赛过程中的一些细节处理方法和心得体会,较为详细地介绍了完成每一道题的过程。