大型运输机的减阻技术

刘沛清, 张雯, 郭昊

2018, 40(2): 129-139. DOI: 10.6052/1000-0879-17-295

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回顾了到目前为止可能用在大型飞机上的相关减阻技术,从三个方面(减小摩擦阻力、降低诱导阻力、减小激波阻力)详细介绍了多种减阻技术的方法和原理. 其中减小摩擦阻力分成层流减阻和湍流减阻两个部分. 层流减阻中吸气控制方法、湍流减阻中沟槽壁面控制方法、翼梢小翼技术、激波鼓包技术等都有可能成为改进新一代大型运输机阻力特性的实用技术. 粗糙阵列、等离子体激励器、动态控制三维鼓包等新技术也为减阻技术的实际应用提供了新的可能性.

基于CT图像灰度分布的含杂质煤体三值化方法¹⁾

钟江城, 周宏伟, 任伟光, 王子辉, 陈吉

2018, 40(2): 140-147. DOI: 10.6052/1000-0879-18-003

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煤体CT图像阈值分割是其三维真实结构重构的前提. 基于单轴压缩状态下煤体的CT图像,提出了一种基于图像灰度分布的孔隙度计算方法, 结合灰度直方图,利用实测孔隙度反推法对煤体CT图像进行了裂隙--煤基质--煤杂质三值化,同时与最大类间方差法和最大熵法的三值化结果进行了对比分析. 结果表明, 最大熵法对于煤基质和煤杂质不能较好区分; 最大类间方差法对于图像微小区域灰度的突变(裂隙的产生)敏感性低,无法有效区分裂隙与煤基质; 本文改进的灰度直方图法避免了最大类间方差法和最大熵法的劣势,具有较好的图像三值化效果,且煤基质与煤杂质间的阈值基于实验结果得到,具有更高的可信度和准确度.

地铁车站增量动力分析的极限状态判定方法¹⁾

刘彤, 袁勇

2018, 40(2): 148-154. DOI: 10.6052/1000-0879-17-333

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-5 表征地下结构抗震性能的研究不多,而性能化设计方法需要确定结构物在地震作用下的极限状态. 本文根据地铁车站特点,从结构变形性能和止水性能两个方面定义了抗震性能的四个极限状态,并以结构最大层间位移角作为特征指标. 以上海某多层地铁车站为背景,建立了土--结构二维有限元模型,采用增量动力分析法研究该类结构的抗震极限状态,建立了增量动力分析法的地震动强度指标结构底部峰值加速度与结构性能指标最大层间位移角的关系曲线,给出了该地铁车站结构4个极限状态的最大层间位移角界限值.

基于Hansbo渗流的圆柱土样Biot固结分析¹⁾

刘忠玉, 朱新牧, 夏洋洋, 郑占垒, 张家超

2018, 40(2): 155-160. DOI: 10.6052/1000-0879-17-367

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诸多黏性土渗流试验表明,在低水力梯度下渗流会出现明显偏离Darcy定律的现象. 为了分析渗流的非Darcy特性对固结过程的影响,引入Hansbo渗流方程描述圆柱土样内的渗流,重新推导轴对称条件下的Biot固结方程,并给出方程的Crank--Nicolson有限差分格式. 通过与Darcy渗流条件下轴对称Biot固结方程解析解的对比,验证计算方法的有效性. 然后分析Hansbo模型参数对圆柱土样固结过程的影响. 计算结果表明：与Darcy渗流相比,Hansbo渗流会延缓圆柱土样的固结过程. 随着Hansbo渗流参数m或I¹的增大,在固结前期,Mandel--Cryer效应会更加显著,即孔隙水压力峰值将提高,且达到该峰值的时间会延迟;在固结中后期,孔压消散滞后的现象也更加明显. 不过,Hansbo渗流对位移的影响很小.

豪斯道夫导数扩散模型的谱熵与累积谱熵¹⁾

秦雅楠, 梁英杰, 陈文

2018, 40(2): 161-166. DOI: 10.6052/1000-0879-17-383

摘要 ( 587 )

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基于豪斯道夫导数扩散模型的空间谱熵推导描述反常扩散过程时空复杂程度的空间累积谱熵,并考察个体谱熵、谱熵、累积谱熵随时空豪斯道夫导数、扩散系数和扩散时间的变化情况. 计算结果表明,谱熵与累积谱熵随时间豪斯道夫导数α或空间豪斯道夫导数β的减小而增大,且具有拖尾特征. 此外,随着扩散时间t或扩散系数D_α,β的减小,正常扩散对应的个体谱熵衰减的速率比反常扩散快,且对应的谱密度更窄. 因此,豪斯道夫导数扩散模型的谱熵和累积谱熵均能够反映复杂介质的非均质特征和内部扩散过程的不确定性.

非局部应变梯度理论下纳米梁的力学特性研究¹⁾

张英蓉, 沈火明, 张波

2018, 40(2): 167-172. DOI: 10.6052/1000-0879-17-361

摘要 ( 674 )

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基于非局部应变梯度理论,建立了一种具有尺度效应的高阶剪切变形纳米梁的力学模型. 其中,考虑了应变场和一阶应变梯度场下的非局部效应. 采用哈密顿原理推导了纳米梁的控制方程和边界条件,并给出了简支边界条件下静弯曲、自由振动和线性屈曲问题的纳维级数解. 数值结果表明,非局部效应对梁的刚度产生软化作用,应变梯度效应对纳米梁的刚度产生硬化作用,梁的刚度整体呈现软化还是硬化效应依赖于非局部参数与材料特征尺度的比值. 梁的厚度与材料特征尺度越接近,非局部应变梯度理论与经典弹性理论所预测结果之间的差异越显著.

磁流变整星隔振平台频域加权LQR控制研究¹⁾

王檑, 潘忠文, 陈照波

2018, 40(2): 173-179. DOI: 10.6052/1000-0879-17-362

摘要 ( 666 )

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设计磁流变六杆隔振平台,以改善星箭界面低频振动环境.采用牛顿-欧拉法建立整星隔振平台动力学模型,利用固定界面模态综合法得到卫星和隔振平台动力学模型.由于星箭界面低频振动环境在特定频段存在振动量级较大的问题,采用频域加权LQR (linear quadratic regulator)方法,利用直接分解法扩展系统状态变量,进行磁流变阻尼器半主动控制系统设计.仿真结果表明,相对传统控制方法,频域加权LQR方法在特定频段减振效果明显改善,且在其他频段没有恶化,验证了算法有效性.

环境载荷下漂浮软管的疲劳寿命分析¹⁾

时文斌, 高强, 安晨, 段梦兰, 苏仰旋

2018, 40(2): 180-187. DOI: 10.6052/1000-0879-17-238

摘要 ( 536 )

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海上漂浮软管是浮式生产储卸油装置上外输系统的关键设备.漂浮软管结构复杂且常年漂浮于海面上，极易受到风、浪、流等环境载荷的作用产生疲劳破坏而造成原油泄漏.首先，采用ABAQUS软件，建立了软管的有限元模型，得到了漂浮软管在弯矩和内压作用下的有限元结果；其次，采用水平方向的Morison方程和风载荷来描述漂浮软管在海面上复杂的载荷情况；再次，将静力学分析结果导入到FE-Safe疲劳分析软件中，将节点应力结果作为时间载荷历程，乘以相应的载荷倍数，得到疲劳分析的载荷谱，载入此载荷谱计算，得到了漂浮软管的寿命分布云图，其最小寿命满足工程要求；最后，分析了内压对疲劳寿命的影响，结果表明，一定大小的内压能提高软管的疲劳性能.

基于能量法的半刚性钢框架连续倒塌抗力分析¹⁾

王宁，王来，冯建龙，周楠楠

2018, 40(2): 188-193. DOI: 10.6052/1000-0879-17-356

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为研究半刚性钢框架结构的抗连续倒塌能力，基于能量法推导半刚性钢框架在连续倒塌工况下的抗力-位移曲线，得到各倒塌阶段的抗力表达式，从小变形状态下的梁机制和大变形状态下的悬链线机制分阶段研究半刚性钢框架结构的抗力性能；通过与已有试验的数据结果对比分析，验证了理论公式的可靠性.结果表明：提出的半刚性钢框架的连续倒塌抗力表达式计算过程简单，结果可靠，可实现对结构连续倒塌抗力的快速分析，为相关设计提供了依据.

论创新型工科的力学课程体系

郑泉水

2018, 40(2): 194-201. DOI: 10.6052/1000-0879-18-105

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如何培养技术创新拔尖人才,既是钱学森之问,更是时代之问——21世纪后,创新被国家置于发展全局的核心位置. 力学的技术科学或工程科学属性,内在地决定了它能够、并且应该在回答钱老之问时,起到基础性的作用. 按照这个信念, 清华大学于2009年设立了定位于工科基础,同属清华学堂人才培养计划暨国家基础学科拔尖学生培养计划试验的钱学森班(简称钱学森班). 作为负责钱学森班的首席教授,我在本文里首先论证三个基本观点：(1)力学同时拥有定量化“基因”(简称量化基因)和技术创新“基因”(简称创新基因); (2)前者在以往发展得很好, 后者却相对发育不良; (3)这种发展不平衡有可能正是近30年来力学遭遇较大困境的内在根源,并且影响到工科创新. 接着,在简要介绍钱学森班的培养方案和实践案例的基础上,力图表明：以“通过研究学习”为牵引,可以构建一个大幅删减总课时要求却同时加强基础科学地位的课程体系,激发起学生的强烈学术志趣、有效实现对技术创新基因的强化. 实践说明,这个培养模式受到了学生们的热烈欢迎和诸多学科导师们的认可. 最后,对力学面向未来技术创新的关键发展方向,进行了讨论.

从竞赛看基础力学教与学的质量提升——全国基础力学青年教师讲课比赛和全国周培源大学生力学竞赛相关分析与思考

叶志明, 黄兴

2018, 40(2): 202-206. DOI: 10.6052/1000-0879-17-264

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通过对全国基础力学青年教师讲课比赛、全国周培源大学生力学竞赛、参赛各学校情况以及各校基础力学课程的教学课时等方面数据进行相关性数据分析,初步揭示了教师、学生与其教学情况之间的关联度等问题. 希望通过这些数据分析对基础力学教学的未来、教学质量的监控及其改革等提供借鉴和参考.

横波引起的转动及其孪生剪切变形¹⁾

胡恒山

2018, 40(2): 207-209. DOI: 10.6052/1000-0879-17-331

摘要 ( 612 )

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弹性介质中局部刚性转动的传播服从波动方程,其速度取决于介质的剪切模量和密度. 但是刚性转动不是介质的变形,为什么其速度依赖于表征形状变形恢复能力的剪切模量?本文证明横波传播过程中局部刚性旋转与剪切变形一一对应,互为依存. 发生刚性转动与剪切变形之后,微元体凭借剪切模量恢复其扰动前的形状,同时转回到扰动前的位置,这是转动可以传播且速度依赖于剪切模量的原因.

笛沙格定理的结构力学分析再证明

王崇安, 邢沁妍

2018, 40(2): 210-213. DOI: 10.6052/1000-0879-17-214

摘要 ( 854 )

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结构力学中的几何组成分析方法与射影几何存在深刻的内蕴关系. 这种内蕴关系可以被用于笛沙格定理的证明. 通过构造一种特殊的杆件体系,从几何组成分析与受力分析两个角度进行分析,采用“算两次思想”分别得出杆件体系几何可变分别与笛沙格定理的条件与结论等价,从而证明笛沙格定理与其逆定理.

LS-DYNA 在力学教学实践中的探索与应用¹⁾

王娟, 尚斌

2018, 40(2): 214-217. DOI: 10.6052/1000-0879-17-316

摘要 ( 552 )

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在力学教学中引入LS-DYNA有限元分析软件及其前后处理软件LS-PREPOST,进行建模、计算和演示,能够增强教学效果,加深学生对知识点和相关问题的认识,提高教与学的效率,激发学生学习力学的热情. 以牛顿摆球实验为例说明了LS-DYNA在设计力学实验方面的应用. 通过碰撞动画的演示和速度及能量结果曲线的展示,学生对“动量守恒”和“能量守恒”有更深刻、更形象的认识. 以桥梁上部结构的模态分析为例说明了科研成果作为课堂教学的经典案例的应用. 动画演示位移模态,能够帮助学生更好地理解动力学的相关概念.

工科专业背景下材料力学建模能力的培养与实践¹⁾

秦子鹏, 田艳

2018, 40(2): 218-221. DOI: 10.6052/1000-0879-17-294

摘要 ( 508 )

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为了培养学生运用材料力学解决复杂工程问题的能力,在授课时要注重理论分析与试验的结合. 文章在试验观测的基础上,提出基本假定,对梁截面进行受力分析,通过截面的几何关系、材料的物理关系和梁的静力平衡关系,建立钢筋混凝土梁开裂载荷的力学模型,并通过试验对计算公式的准确性进行验证. 力学模型的建立过程体现了运用材料力学解决工程问题的一般方法,提高了学生的学习、科研兴趣,增强了学生的动手能力和试验观测、分析能力,也加深了学生对材料力学基本理论知识的理解,进而培养学生灵活运用材料力学知识解决复杂工程问题的能力.

“感而遂通”参与式教学法¹⁾——在结构力学课程中的探索与实践

贾红英, 赵均海, 单建

2018, 40(2): 222-225. DOI: 10.6052/1000-0879-17-409

摘要 ( 353 )

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在国家双一流战略对人才培养的明确目标下,结构力学课程应以实现力学概念的工程价值作为课程教改的终极目的. 本文以“感而遂通”为主题,改变课堂教学结论性概念陈述的枯燥乏味模式,在课堂教学形象化和多维化的基础上,通过自助参与式的实践行为,感知力学知识的本源,让力学知识生动活泼起来,完成力学知识的吸收、理解和思考. 以学生的长远发展能力为教学目标,激发学生主动学习的能力,培养创新思维能力.

阶梯形直杆弯曲位移计算的一个简化方法¹⁾

黄亮, 赵常, 王博, 侯玉洁

2018, 40(2): 226-227.

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