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2016年 第38卷 第4期 刊出日期:2016-08-15
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    教育研究
    力学与实践. 2016, 38(4):  451-452.  doi:10.6052/1000-0879-14-361
    摘要 ( 355 )   PDF (373KB) ( 488 )  

    现有文献中关于杆系变形协调条件的求解相对比较复杂.本文通过对杆系的几何方程采取微分运算,相对简单地得到了平面汇交二力杆系的变形协调条件.本文的工作可供大学生和教师们在材料力学的学习和教学中参考借鉴.

    力学纵横
    力学大师S.P.铁木辛柯
    郭日修
    力学与实践. 2016, 38(4):  462-464.  doi:10.6052/1000-0879-15-211
    摘要 ( 469 )   PDF (322KB) ( 1531 )  

    S.P.铁木辛柯,20世纪活跃在工程力学领域约60年,培养了几代优秀的工程师和力学家,取得了丰硕的研究成果,推动了工程力学的进展,人们尊之为力学大师.本文从学术生涯、研究成果、学术著作、学术贡献几方面简介铁木辛柯.

    应用研究
    基于慢动力法的受压扭管柱静力屈曲分析
    张强, 安超, 许杰, 丁宇奇
    力学与实践. 2016, 38(4):  418-423,381.  doi:10.6052/1000-0879-15-243
    摘要 ( 337 )   PDF (2115KB) ( 766 )  

    钻井和螺杆泵采油等管柱,作业时同时承受轴向压力和扭矩载荷作用,提出了慢动力法计算管柱的压扭屈曲问题.利用瞬态动力学方法解决静力学问题的思想,分析了慢动力法中载荷的施加,以及阻尼和子步数的选取策略.数值结果表明:在轴向压力与扭矩单独或同时作用时,求得的有限元解均与解析解吻合较好.文章还分析了慢动力法计算效率的影响因素.

    目录
    力学与实践. 2016, 38(4):  0-0. 
    摘要 ( 210 )   PDF (130KB) ( 270 )  
    专题综述
    相分离过程的离散Boltzmann方法研究进展
    许爱国, 张广财, 甘延标
    力学与实践. 2016, 38(4):  361-374.  doi:10.6052/1000-0879-16-006
    摘要 ( 510 )   PDF (33914KB) ( 430 )  

    概述相分离过程的离散Boltzmann方法研究进展.这部分研究内容,根据系统的成分,可分为单介质的两相分离和多介质的相分离;根据物理建模,可分为基于传统流体模型的LBM(lattice Boltzmannmethod)数值模拟和相分离系统的动理学建模与模拟;根据研究的侧重点,可分为方法(模型)研究和相分离过程研究.离散Boltzmann模拟所提供的非平衡行为特征为区分相分离的两个不同阶段提供了一个简洁、有效的物理判据,可用于不同类型界面的甄别与追踪技术设计.

    能量有限元预示复合材料结构动响应研究进展
    解妙霞, 郭瑞峰, 李丽霞, 张林杰
    力学与实践. 2016, 38(4):  375-381.  doi:10.6052/1000-0879-15-174
    摘要 ( 362 )   PDF (357KB) ( 668 )  

    复合材料结构高频动响应预示是飞行器等结构设计中的重要研究内容之一.为了探讨精确预示复合材料结构高频动响应方法,分析比较了目前较为通用的3种动力学响应预示方法,指出能量有限元法最适合求解具有各向异性特征的复合材料结构高频动响应问题.紧接着概述了国内外关于能量有限元方法和该方法在复合材料结构高频动响应预示方面的研究进展.在此基础上分析了能量有限元法在预示复合材料结构高频动响应问题中尚待深入研究的问题.

    应用研究
    弯钩自锁机构的力学特性及新型晾衣装置设计
    周炳生, 尚作萍, 梁传扬, 郑凯, 包融, 李佳明
    力学与实践. 2016, 38(4):  382-385.  doi:10.6052/1000-0879-16-081
    摘要 ( 349 )   PDF (1182KB) ( 760 )  

    针对常用晾衣方式空间利用率低,可调性差和防风性差的缺点,通过力学自锁原理设计一种弯钩自锁机构新型晾衣装置.依据弯钩自锁机构特点,采用静力平衡方程分析其力学特征,确定了危险截面、最优自锁角及材料的抗拉和抗剪强度,分析影响装置稳定性和材料安全性的控制因素.基于此,设计了弯钩自锁机构新型晾衣装置,实现了衣架节与立柱之间多方位多角度灵活调节,增强了新型机构的防风能力,可任意添加衣架节使得空间利用率得到提高,具有很好应用价值和良好的推广前景.

    力学与实践. 2016, 38(4):  386-390,397.  doi:10.6052/1000-0879-15-248
    摘要 ( 283 )   PDF (810KB) ( 423 )  

    研究了载体位置、姿态均不受控的情况下,系统参数不确定的柔性关节空间机器人轨迹跟踪的控制问题.结合系统动量、动量矩守恒关系,利用拉格朗日法推导出系统的动力学模型.为减小系统柔性关节对系统控制精度的影响,采用关节柔性补偿器来等效降低系统关节的柔性.再借助奇异摄动法,针对系统参数不确定的情况,设计了柔性关节空间机器人基于干扰观测器的退步自适应滑模控制方案.该方案不需要对系统惯性参数进行线性化处理,控制器结构简单,且实现了空间机器人期望轨迹的精确跟踪控制.通过平面两杆空间机器人的数值仿真证明了该方法的有效性.

    力学与实践. 2016, 38(4):  391-397.  doi:10.6052/1000-0879-15-343
    摘要 ( 342 )   PDF (8740KB) ( 853 )  

    针对浅埋偏压连拱隧道结构受力的复杂性,结合石红高速大中山1#连拱隧道的实际情况,选择典型断面埋设监控量测设备对隧道施工过程中围岩变形和结构受力进行适时监测,并结合有限元分析软件MIDAS,对中隔墙空间受力特征进行研究.得出了支护结构在偏压作用下和施工扰动下的受力状态和变形特征.结果表明,在浅埋偏压条件下,减少支护结构受力的不均对于保证隧道结构稳定的重要性以及运用监控量测与数值模拟相互印证的方法可以更准确地分析隧道结构的稳定性,更好地指导施工.

    高速公路护栏立柱力学特性室内静载试验分析
    崔洪军, 李霖, 李霞, 田远
    力学与实践. 2016, 38(4):  398-402,374.  doi:10.6052/1000-0879-15-289
    摘要 ( 338 )   PDF (1287KB) ( 670 )  

    通过设计并进行高速公路护栏立柱力学特性室内静载试验,对旧规范护栏立柱、新规范护栏立柱和升级改造后护栏立柱进行了力学特性测试.通过对试验结果进行对比分析,对该升级改造方案的实际效果进行评价,同时对该升级改造中相关参数进行单一变量试验,得出不同阶段影响立柱可受力峰值的控制因素.研究表明,文中所介绍高速公路旧护栏立柱升级改造方案可以使旧护栏的抗剪抗拉性达到甚至超过新规范护栏性能,且可在一定程度内通过控制立柱内混凝土浇筑高度增强护栏立柱的力学性能,当浇筑高度达到地面平齐高度后,护栏立柱的力学性能所受其影响可以忽略.

    力学与实践. 2016, 38(4):  403-406.  doi:10.6052/1000-0879-15-254
    摘要 ( 229 )   PDF (8434KB) ( 338 )  

    利用自主研制的对流加热原位开采模拟实验台和真三轴压力机,研究了不均匀地应力状态下注蒸汽花岗岩热破裂的破裂规律.在本次试验条件下,花岗岩发生脆性破裂温度为483℃,蒸汽压力为10.6MPa;高温高压蒸汽作用下,花岗岩除了在沿着垂直于最小主应力方向产生主裂缝,还会由于热破裂,在其他方向产生一定数量随机分布的次生裂缝;不同方向裂缝的形成,对于形成相互连通的空间裂隙网络有实际意义,从而有助于提高地热开采效率.

    圆筒容器内起旋和降旋过程中分层液体混合现象
    柴明明, 李磊, 陆晓霞, 王嘉伟
    力学与实践. 2016, 38(4):  407-412.  doi:10.6052/1000-0879-16-042
    摘要 ( 341 )   PDF (20845KB) ( 203 )  

    针对旋转圆筒容器内的两种分层流体,应用平面激光诱导荧光与高速摄影技术对互溶与不互溶液体进行了实验研究.结果表明,上下层液体密度梯度与黏度梯度方向是产生界面不稳定的关键因素.当二者的梯度方向相同时,起旋过程不会发生剧烈混合,降旋过程中轻流体会冲击重流体;当二者的梯度方向相反时,起旋过程中形成抽吸效应,其后期发生界面破碎,降旋过程中重流体冲击轻流体.在旋转的3个过程中,降旋过程对混合的作用最大,无论梯度方向是否相同,都会发生液体间的界面不稳定.

    力学与实践. 2016, 38(4):  413-417.  doi:10.6052/1000-0879-16-077
    摘要 ( 330 )   PDF (3970KB) ( 306 )  

    含筋夹层复合材料悬臂结构现已在舰船工程应用中得到关注,然而因为变量众多,在方案设计阶段对弯曲刚度特性的把握往往较为困难.对此,首先基于典型结构应用背景需求,建立了变截面含筋夹层复合材料梁弯曲刚度理论计算模型;进而制作结构模型,开展刚度特性试验研究,通过试验与计算结果的对比,验证了计算方法的有效性;最后探讨了各主要构件材料参数、面板混杂纤维含量、面腹板截面分配以及腹板铺层比例对刚度的影响规律,所得结论可为变截面含筋夹层复合材料悬臂结构方案设计提供参考.

    力学与实践. 2016, 38(4):  424-431.  doi:10.6052/1000-0879-15-317
    摘要 ( 280 )   PDF (1255KB) ( 658 )  

    框架结构在竖向承重构件突然发生破坏的情况下主要通过两个抗倒机制防止连续倒塌的发生,分别为小变形状态下的梁机制以及大变形状态下的悬链线机制.组合楼板由于平面刚度大,可以显著提高框架结构的抗倒性能.将混凝土楼板-钢框架结构简化为组合梁结构进行分析.对已有研究得到的抗力曲线进行适当简化,并运用能量法分析抗倒各个阶段的受力特征以得到曲线各个阶段的表达式.随后应用大型有限元分析软件ANSYS对理论公式的可靠性进行算例验证,说明提出的分析方法较为合理,同时可以发现楼板对结构抗倒有明显的的加强作用.

    教育研究
    力学与实践. 2016, 38(4):  432-442.  doi:10.6052/1000-0879-16-041
    摘要 ( 677 )   PDF (1232KB) ( 2232 )  

    学习和掌握张量基本知识是研究连续介质力学的基础,然而,当前对张量的讲述和介绍方式比较复杂,造成理解和运用的困难.本文利用笛卡尔坐标系引入张量概念及其基本运算,阐明张量本质上是坐标变换,熟悉求和约定和指标表示是其关键,从而使张量能体现出数学本身的简单、和谐和美的统一,也能使读者比较顺利地学习、理解并运用张量.

    力学与实践. 2016, 38(4):  442-448.  doi:10.6052/1000-0879-15-123
    摘要 ( 349 )   PDF (1316KB) ( 674 )  

    首先通过级数展开和求极限运算的方法,确定了等厚度圆薄板轴对称大/小挠度问题的弯曲微分方程在圆心处的表达式.其次,根据轴对称问题的特点,推导出了实心圆薄板在圆心处应满足边界条件的数学表达式,使圆薄板轴对称大/小挠度问题的弯曲微分方程应满足的边界条件达到了应有的数量.本文工作进一步完善了圆薄板轴对称弯曲问题的微分方程形式和边界条件,从而使我们可以利用成熟的微分方程数值解法,对具有较复杂载荷的实心圆薄板轴对称弯曲微分方程进行数值求解.

    钢结构格构柱设计理论的力学问题
    陈军明, 劳悦敏, 陈应波, 李秀才
    力学与实践. 2016, 38(4):  448-451.  doi:10.6052/1000-0879-16-113
    摘要 ( 301 )   PDF (414KB) ( 431 )  

    借助钢结构格构柱设计理论的换算长细比、横向最大剪力以及分肢承载力三个重要力学问题的解决思路和求解技巧的演绎教学,培养学生发现工程中的力学问题、寻找解决力学问题的途径、服务工程设计的能力,引导学生深刻认识力学理论在解决工程问题中的重要作用,进而激发学生学习力学理论的兴趣,实现学生探究、解决工程问题的创新思维、创新能力的培养目标.

    力学与实践. 2016, 38(4):  453-455.  doi:10.6052/1000-0879-14-377
    摘要 ( 293 )   PDF (419KB) ( 581 )  

    平衡、约束、柔度等是力学理论的基本核心概念,本文旨在建立一种更为强调核心概念精细分析与理解的教学理念,而不仅仅重视求解题目.分析了两个教学案例:一是对称结构的柔度矩阵可逆性证明,利用实功恒为正值这一原理推导出柔度矩阵行列式恒不为零的结论;二是力法求解桁架结构时切断和拆除同一杆件,典型方程及柔度系数发生变化,从而显示出基本方程的物理意义、广义位移等概念,这种精细研究对深入理解算法机理具有重要作用.探讨了力学概念精细研究对于教学的重要性.

    结合刚体基本运动分析三刚片体系几何构造
    韩明岚, 陈建林, 高倩
    力学与实践. 2016, 38(4):  456-459.  doi:10.6052/1000-0879-15-194
    摘要 ( 356 )   PDF (937KB) ( 493 )  

    为探寻体系几何构造分析技巧,总结了三刚片连接的所有可能形式,在简化模型分析基础上,结合刚体的基本运动特征,针对三刚片连接形式中有无穷远瞬铰出现的特殊情况进行详细分析,获取体系构造分析中的一般规律,为学习体系几何构造分析提供帮助.

    一种超静定变截面梁的力法计算技巧
    黄亮, 马捷, 邓煜涵, 王博
    力学与实践. 2016, 38(4):  459-461.  doi:10.6052/1000-0879-15-067
    摘要 ( 351 )   PDF (851KB) ( 724 )  

    力法计算变截面超静定梁的弯矩图时,在选取基本结构后,用图乘法计算相关系数的过程中,分割图形数目多,计算量大容易出错.针对这个问题,提出了一种变截面处铰化分解杆件的技巧,用来减少图乘次数,降低计算量,提高计算效率.该技巧可广泛应用于变截面超静定梁弯矩图为折线的情况,在授课过程中使学生概念清晰,易于接受,且有助于提高计算正确率,值得推广.

    力学纵横
    趣谈半爿自行车
    刘延柱
    力学与实践. 2016, 38(4):  467-468.  doi:10.6052/1000-0879-16-135
    摘要 ( 322 )   PDF (772KB) ( 441 )  

    叙述半爿自行车(halfbike)的产生及与普通自行车的差异.解释半爿自行车利用骑车人身体动作控制方向的力学原理.

    对“人链”的力学分析
    刘大为, 刘可晶
    力学与实践. 2016, 38(4):  469-471.  doi:10.6052/1000-0879-15-036
    摘要 ( 345 )   PDF (2036KB) ( 1618 )  

    根据简单的力学模型,对用人链救人的方法进行力学分析.给出用人链救人必须满足的最基本条件,初步给出用人链救人的合理操作方法,初步指出用人链救人的易发风险.

    电磁“量子”摆的原理及实验研究
    蓝子桁, 陈嘉豪, 高艳泰, 谢毅, 霍中生
    力学与实践. 2016, 38(4):  471-475.  doi:10.6052/1000-0879-16-167
    摘要 ( 366 )   PDF (3648KB) ( 545 )  

    制作了一个磁力摆实验装置,当磁力摆临近通有频率远高于轻摆固有频率的交流电电磁铁时,可以产生一系列量子化的、离散的无阻尼振动.通过实验观察,建立了理论模型.

    小问题
    力学与实践. 2016, 38(4):  476-476. 
    摘要 ( 258 )   PDF (473KB) ( 514 )