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2019年 第41卷 第2期 刊出日期:2019-04-20
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    专题综述
    地球轨道航天器编队飞行动力学与控制研究综述1)
    孙俊, 黄静, 张宪亮, 黄庭轩
    力学与实践. 2019, 41(2):  117-136.  doi:10.6052/1000-0879-18-409
    摘要 ( 290 )   PDF (520KB) ( 203 )  
    航天器编队飞行被定义为跟踪或维持航天器之间的期望相对间隔、期望指向和相对位置。本文概括介绍了近年来地球轨道飞行编队的动力学和控制方面研究的发展状况,包括传统推进系统和新型无推进剂编队系统的动力学建模方法和控制器设计技术等。在传统推进编队系统中,航天器由使用化学燃料或等离子体的推进器提供推力,可以实现高精度地相对姿态/位置保持或重构,控制简单,灵活性高,但是需要消耗较多的能源。相比之下,在新型无推进剂编队系统中,航天器通过新的推力方式,如大气阻力作用,非接触内力,地磁洛伦兹力,动量交换等,将大大延长编队任务的寿命,并有效地避免羽流污染,但会带来新的控制问题。本文总结了这些领域中动力学与控制方面的研究方法及取得的成果,并提出了相关领域值得深入研究的问题和后续发展的方向。
    应用研究
    力学与实践. 2019, 41(2):  137-144.  doi:10.6052/1000-0879-18-384
    摘要 ( 235 )   PDF (444KB) ( 68 )  
    建立了轴向剪切振动条件下,流固耦合压电层合柱的断裂力学分析模型。运用分离变量法、无穷三角级数、柯西奇异积分、Bessel函数和Lobatto-Chebyshev配点法等方法,得到了应力强度因子随频率变化的数值结果。分析了裂纹角度、弹性模量、压电系数、介电系数、密度等对SIF (stress intensity factor)一阶共振频率的影响规律。
    型钢-钢板混凝土组合墙抗震性能试验研究1)
    王来, 马江霖, 李昕, 王金鑫
    力学与实践. 2019, 41(2):  145-151.  doi:10.6052/1000-0879-18-434
    摘要 ( 200 )   PDF (2361KB) ( 45 )  
    提出一种型钢-钢板混凝土组合墙,为了研究其抗震性能,设计制作该形式的型钢-钢板混凝土组合墙进行拟静力试验。通过改变试件的轴压比、剪跨比,研究其在低周往复载荷作用下的受力机理、滞回性能、刚度退化及耗能能力等。试验结果表明:试件的破坏形态为压弯破坏,组合墙两端方钢管正面及侧面发生撕裂,两侧底部钢板屈曲严重,混凝土压溃;随着轴压比减小,试件具有更好的塑性变形能力和耗能能力,剪跨比对组合墙的抗震性能影响较小。
    力学与实践. 2019, 41(2):  152-156.  doi:10.6052/1000-0879-18-337
    摘要 ( 419 )   PDF (442KB) ( 78 )  
    与传统的金属材料相比,复合材料具有比强度高、比模量大,耐疲劳性、耐腐蚀性好,且热性能和电性能良好等优点。本文选择复合材料对简支梁进行铺层设计,首先从简支梁的受力分析入手,根据复合材料力学的经典层合板理论和弹性力学的基本方程,建立简支梁的数学模型;然后对简支梁进行结构设计,确定简支梁的铺层角度与铺层数目,构建复合材料结构,对复合材料简支梁进行静力学分析;最后利用蔡吴张量准则进行强度校核。
    临近复合地基侧向土压力模型试验方案设计研究1)
    李明宇, 钱宇奔, 郭院成, 魏艳卿, 赵世永, 崔鑫磊
    力学与实践. 2019, 41(2):  157-163.  doi:10.6052/1000-0879-18-418
    摘要 ( 141 )   PDF (460KB) ( 54 )  
    为了研究刚性桩复合地基对邻近支护结构侧土压力的影响,在室内模型试验方案设计前,通过有限元软件建立了邻近天然地基与复合地基模型进行数值模拟研究,对不同地基形式下静止挡墙侧土压力分布规律进行预估。两组数值模拟结果对比表明:复合地基土压力分布规律不同于天然地基,当复合地基褥垫层下方桩间土应力与天然地基土应力相同时,天然地基对挡墙相同位置处的墙侧土压力的附加作用效果要明显大于复合地基,但在"载荷传递效应"作用下,复合地基对挡墙侧向土压力的影响随着加载量的增加,逐步向更深处土体传递;与天然地基相比,复合地基对挡墙侧向土压力的影响在浅部土层相对较弱,但在深部土层中较强,并且在桩端应力集中对挡墙底部侧向土压力影响尤为显著。
    沉积方向对密砂固结排水剪切强度的影响研究1)
    罗强, 汤振, 王忠涛, 马可栓, 蒋耿民, 谢晓康
    力学与实践. 2019, 41(2):  164-170.  doi:10.6052/1000-0879-18-347
    摘要 ( 184 )   PDF (724KB) ( 75 )  
    基于砂土颗粒的毛细效应制备具有不同沉积方向的密砂试样,通过三轴固结排水剪切试验研究沉积方向对试样强度和体变特性的影响,建立沉积方向和峰值强度的拟合公式。研究结论表明,在0°~90°范围内,沉积方向对峰值强度和变形的影响比较显著,对残余强度的影响较弱。当沉积方向与破坏面方向(45°+ϕ/2)接近时,试样更容易达到破坏状态,所对应的峰值强度更低。拟合公式能够反映沉积方向和峰值强度的关系,围压对该关系有显著的影响,同时,公式能够预测最不利沉积方向的大小。
    高温花岗岩遇水快速冷却后力学性质实验研究1)
    陈宇, 徐能雄, 秦严, 解元
    力学与实践. 2019, 41(2):  171-177.  doi:10.6052/1000-0879-18-297
    摘要 ( 126 )   PDF (3550KB) ( 46 )  
    通过对高温加热-遇水快速冷却后的花岗岩试样进行单轴和三轴实验,研究了800°C内高温花岗岩遇水快速冷却后的力学性质随温度和围压的变化规律。实验结果表明:(1)400°C为高温加热-遇水快速冷却对花岗岩力学性质影响的阈值;(2)同一温度条件下,峰值偏应力、峰值应变随围压的增大而增大;弹性模量随围压的增大先增大后减小;(3)单轴实验中,温度低于400°C时,岩样表现为复合破坏,随着温度的升高破坏形式转变为拉破坏;三轴实验中,岩样整体上表现为剪切破坏。
    考虑次固结的软土地基一维非线性固结理论1)
    刘铨, 邓岳保, 王天园, 毛伟赟
    力学与实践. 2019, 41(2):  178-183.  doi:10.6052/1000-0879-18-420
    摘要 ( 272 )   PDF (411KB) ( 68 )  
    将软黏土变形分为有效应力变化引起的变形和次固结引起的变形,推导了软土新型应力应变关系。然后结合Davis固结理论,建立了考虑次固结的一维非线性固结控制方程,并对其进行解析求解。通过与数值方法对比,验证了解析解的可靠性。在此基础上,分析了次固结对软土地基固结沉降的影响。结果表明:考虑次固结的孔压消散速度与固结速度较不考虑次固结的慢;忽略次固结将低估软黏土地基的工后沉降。
    加筋土强度降低原因的理论分析1)
    雷胜友, 惠会清
    力学与实践. 2019, 41(2):  184-187,183.  doi:10.6052/1000-0879-18-370
    摘要 ( 205 )   PDF (187KB) ( 53 )  
    从理论上推导出了加筋土强度的数学表达式,分析了土的黏聚力与土筋界面参数变化对加筋土强度的影响,研究表明,当发生拉断型破坏时,黏聚力的减少比筋材提供的拉力占优势的情况下,加筋土的强度会低于素土的强度;当发生黏着型破坏时,黏聚力的减少比筋材提供的摩阻力占优势的情况下,加筋土的强度也会低于素土的强度。加筋土强度的降低程度与筋材在土中形成的夹层、土筋界面透水性、加筋间距有关。
    力学与实践. 2019, 41(2):  188-195.  doi:10.6052/1000-0879-18-330
    摘要 ( 176 )   PDF (6403KB) ( 49 )  
    针对传统的用于钝头体飞行器的嵌入式大气数据传感系统的经典三点式算法对测压孔配置约束性严格的特点,对经典三点式算法进行了改进及验证。首先,对于经典三点式算法及改进算法进行了论述;其次,针对不同测压孔配置对算法精度的影响进行了系统的评估;最后,对于传统的经典三点式算法与改进三点式算法的优劣进行了比较。结论为:(1)改进的三点式算法对于测压孔的配置敏感性变差,即对测压孔约束很宽松,可用测压孔数增加,从而使得算法的适用性更强;(2)改进的三点式算法的精度与三点式算法相当,但是需要对测压孔进行系统选取及对比验证。
    教育研究
    美国静力学教材分析
    陈立群
    力学与实践. 2019, 41(2):  196-201.  doi:10.6052/1000-0879-18-379
    摘要 ( 336 )   PDF (295KB) ( 120 )  
    为对美国静力学教材有较为全面的理解,以便于在教学和教材建设中参考借鉴,本文研究这些教材的历史发展与现状。概述美国静力学教材的起源与演变。选择有代表性的7本仍在使用的教材,考察这些教材的主要内容及其教学处理,分析这些教材的教学理念和特点。
    力学与实践. 2019, 41(2):  202-205.  doi:10.6052/1000-0879-18-487
    摘要 ( 184 )   PDF (159KB) ( 92 )  
    目前国内大多高校的工科专业本科生的基础力学课程由力学系教师承担,后续专业课则由各工科专业学院教师承担。基础力学教师的教学工作量繁重,课程学时紧张,基础力学课程不得不采用教师全堂讲述式的大班制,讲授也并不区分学生专业。基础力学教学任务繁重、基础力学和专业课程教师分属不同学院、力学教师本身对工程专业不见得了解深入等客观因素都制约着基础力学课程与后续专业课程的有机衔接和融合,学生对力学概念理解不够准确、记忆不够深是基础力学学习较为普遍的问题。作者基于近十年的为工程力学专业和土木工程专业本科生教授材料力学/工程力学的教学实践,结合在担任学校教学督导四年的时间里在听土木、机械等工科专业的各门专业课时与学生和教师交流得到的教学一线信息,对基础力学课程教学如何服务好人才培养的目标进行了思考,并对以学生专业为导向的基础力学课程教学进行了实践和初步探索。
    力学与实践. 2019, 41(2):  206-209.  doi:10.6052/1000-0879-18-322
    摘要 ( 254 )   PDF (6040KB) ( 61 )  
    基于数字图像相关技术,提出材料破坏过程可视化的实验教学方法,并以混凝土材料为例,介绍该方法在劈拉与单轴压缩实验中的应用及其效果。通过监测混凝土劈拉与压缩破坏过程,分析了该材料破坏模式,揭示了混凝土材料劈拉与压缩破坏机理。应用数字图像相关方法获得试件表面应变场分布,验证了材料破坏机理,并提出适用的破坏强度理论。
    力学与实践. 2019, 41(2):  210-215.  doi:10.6052/1000-0879-18-386
    摘要 ( 289 )   PDF (226KB) ( 80 )  
    探讨了一种在新兴教育技术下传统课堂、在线课堂、雨课堂和翻转课堂"四堂融合"的混合式理论力学教学方法,并进行基于此模式的考核模式改革,显著提高了学生的学习成绩,提高了课堂教学成效,取得了良好的教学效果。这种教学和考核模式改革给当代理论力学课堂教学改革提供了一种思路。
    一种新的工程流体力学课程教学方法探讨1)
    王亮, 薛锐, 蔡宁, 上官剑锋, 刘明会, 周欣
    力学与实践. 2019, 41(2):  216-221.  doi:10.6052/1000-0879-18-351
    摘要 ( 249 )   PDF (809KB) ( 102 )  
    针对工程流体力学课程的教学特点,提出了"理论推演-实验研究-数值模拟-互动式案例"的教学模式。该模式将相关的知识点联系起来,以点带面,由浅入深,采用多种方式讲解。以边界层分离现象为例,使用理论推演分析其机理,采用实验方法展示分离现象,引入数值模拟方法,提升教学效果,扩展知识面,使用网络互动方法,提高学习兴趣,加深理解。该模式将传统技术与新兴的技术相结合,可以为该课程的教学提供有益的帮助。
    力学与实践. 2019, 41(2):  222-226.  doi:10.6052/1000-0879-18-368
    摘要 ( 257 )   PDF (462KB) ( 129 )  
    材料力学的传统课堂教学着力于公式的理论推导,内容相对枯燥;而实验课难以与课堂教学同步进行,且无法直观给出除变形以外的其他信息。为提高课堂教学效果,将ANSYS引入材料力学的课堂教学中,通过动画和云图的方式生动形象地给出材料力学各类变形问题中变形和应力情况,结合理论公式同步讲解,不仅可以加深学生对各类力学概念、知识点以及公式的认识和理解,而且可以激发学生的学习兴趣和创新性思维,有助于工程应用型人才的培养。
    刚度分配图乘法的基本原理及应用1)
    郑玉国, 王瑜, 宋英梁
    力学与实践. 2019, 41(2):  227-232.  doi:10.6052/1000-0879-18-378
    摘要 ( 488 )   PDF (242KB) ( 104 )  
    在结构力学中,当采用常规图乘法计算变截面梁结构的位移时,通常会面临弯矩图分块面积多、图乘次数多、计算量大、计算效率低等困难。针对这些问题,从结构刚度的角度出发,提出变截面梁结构位移计算的刚度分配图乘法,推导了该方法的基本公式并建立其使用的基本操作原则。该方法概念清晰,容易理解,充分发挥了图乘法的优势。 算例的应用与比较表明,采用该方法进行位移图乘计算简便合理,计算量非常小,计算效率高,值得推广。
    垂直冲击问题
    王开福
    力学与实践. 2019, 41(2):  233-233,221. 
    摘要 ( 153 )   PDF (121KB) ( 117 )  
    力学纵横
    力学与实践. 2019, 41(2):  234-235. 
    摘要 ( 101 )   PDF (184KB) ( 64 )  
    力学与实践. 2019, 41(2):  235-236. 
    摘要 ( 122 )   PDF (149KB) ( 56 )  
    力学与实践. 2019, 41(2):  237-238.  doi:10.6052/1000-0879-19-068
    摘要 ( 199 )   PDF (137KB) ( 108 )  
    从力学角度分析科幻电影《流浪地球》所展示未来技术的实现可能性。
    力学与实践. 2019, 41(2):  239-243.  doi:10.6052/1000-0879-18-263
    摘要 ( 261 )   PDF (3603KB) ( 62 )  
    "音爆云"实质是飞机飞过高湿度空气时因局部流场加速使温度降低至露点以下而形成的水汽凝结云团,将其称为凝结云更为恰当。将凝结云按飞行速度和不同特征分成3类:低亚声速不规则凝结云、高亚声速锥形凝结云和超声速凝结云。本文分别讨论了3类凝结云的形成机制、不同特点及其与激波、突破"声障"和"声爆"的关系。第1类与"声爆"无关;第2类伴随局部弱激波、未突破"声障",与"声爆"基本无关;第3类则与超声速激波及其"声爆"有关。
    树枝上的小鸟——趣说刚体平衡1)
    张伟伟, 薛书杭, 王志华
    力学与实践. 2019, 41(2):  244-246,243.  doi:10.6052/1000-0879-18-011
    摘要 ( 473 )   PDF (1034KB) ( 263 )  
    为了提高理论力学课堂的趣味性,本文以树枝上小鸟作为刚体平衡的例子,应用力的平行四边形法则、力的可传性、三力平衡汇交定理等基本原理分析了树枝上小鸟的双腿受力,以及啄木鸟尾巴在保持身体平衡中的作用,并讨论了小鸟不同姿态对其受力的影响,期望达到提高学习兴趣、寓教于乐、改善教学效果的目的。
    力学与实践. 2019, 41(2):  247-248. 
    摘要 ( 418 )   PDF (174KB) ( 133 )  
    谈谈渗流
    刘俊丽
    力学与实践. 2019, 41(2):  249-252.  doi:10.6052/1000-0879-19-051
    摘要 ( 106 )   PDF (413KB) ( 84 )  
    渗流是流体在多孔介质中的流动,渗流现象广泛地存在于自然界、工程材料、动物、植物中。多孔介质种类繁多,包括岩石(含各类矿藏)、土壤、生物材料和人工多孔介质材料等。渗流理论已经成为人类开发地下水、地热、石油、天然气、煤炭与煤层气等诸多地下资源的重要理论基础。本文从渗流的基本概念、渗流的分类、渗流的影响因素、渗流的特征以及渗流的研究意义等方面进行了阐述。