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2020年 第42卷 第1期 刊出日期:2020-02-20
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    专题综述
    力学与实践. 2020, 42(1):  1-12.  doi:10.6052/1000-0879-19-385
    摘要 ( 177 )   PDF (807KB) ( 148 )  
    本文研究了几种简单的浮体和船体模型的稳定性,并对船体模型能承受的最大外力矩作了分析和计算,然后将这些分析和计算方法推广到任意形状的实际船体。这对船舶设计提供了一定的参考。本文对浮体稳定平衡的6种判据作了比较,指出各自的优点和局限性,以及相互关系。这对澄清有关的基本概念,改进该领域的教学和研究,会有所助益。
    应用研究
    力学与实践. 2020, 42(1):  13-16.  doi:10.6052/1000-0879-19-412
    摘要 ( 110 )   HTML ( 8 )   PDF (282KB) ( 70 )  
    本文运用机器学习方法设计一维线性原子链的人工边界条件。该方法基于前馈神经网络,通过对一小部分数值解进行训练后得到人工边界条件。应用该法不需要较多先验知识,编程简单,实现速度快,算例表明数值反射较小。
    力学与实践. 2020, 42(1):  17-21.  doi:10.6052/1000-0879-19-175
    摘要 ( 111 )   PDF (215KB) ( 58 )  
    飞行器角速度的测量在航空航天领域是极为重要的问题,然而现在主流的利用陀螺仪测量角速度的方法有造价较高这一问题。本文提出了一种通过测量刚体上非共线三点的加速度得到刚体角速度的方法,可以利用极为廉价的高精度加速度计较为准确地测量高速稳态飞行器的角速度。本文应用刚体运动学中的基点法,得到由刚体上非共线三点的加速度和其距离表示的刚体角速度,并对其进行了误差分析。最终采用数值模拟的方法,分析了此方法在具有较高角速度的飞行器和具有较低角速度的稳态卫星上得到的角速度的适用性。模拟结果表明,此种方法适用于稳态高角速度的飞行器。
    马氏瓶回流原理分析1)
    姚仰平, 陈伟, 陈含
    力学与实践. 2020, 42(1):  22-27.  doi:10.6052/1000-0879-19-271
    摘要 ( 156 )   PDF (251KB) ( 73 )  
    为了研究马氏瓶发生回流时水位变化的规律,利用理想气体定律和压强理论对马氏瓶的回流原理进行了推导,得到了引起马氏瓶回流水量的计算公式,并结合试验对公式进行了验证,发现水量的计算值与实际值基本一致,表明了计算公式的适用性。同时发现回流水不仅进入马氏瓶进气管,也会进入马氏瓶内,回流到瓶内的水将压缩水面上部的空气,使瓶内空腔体积减小,试验结果进一步揭示了马氏瓶回流过程的规律。
    力学与实践. 2020, 42(1):  28-34.  doi:10.6052/1000-0879-19-376
    摘要 ( 86 )   PDF (234KB) ( 52 )  
    当应力达到一定水平时,岩石经过衰减和稳定蠕变过程之后会发生加速蠕变破坏,但是传统西原体模型无法更有效地反映该加速蠕变阶段。为了解决这一问题,引入一个非线性流变元件,并将其串联在西原体模型上,组成一个新的六元件模型,该模型可充分反映岩石蠕变的三个阶段。基于改进的西原体模型本构方程,应用Laplace变换,得到了盾构圆形巷道围岩的径向位移变化规律;根据巷道围岩收敛变形现场实测数据,反演得到了岩石黏弹塑性蠕变参数;由巷道围岩径向位移计算结果和实测数据对比分析表明:两者吻合较好;当$t \leqslant 25$ d时,巷道围岩处于加速变形阶段,其径向位移变化速率随时间的增长而不断增加,当$t >25$ d时,巷道围岩进入稳定变形阶段,随时间的推移,其径向围岩位移变化速率逐渐趋于稳定。
    基于多尺度页岩巴西劈裂试验的岩石强度尺度效应根源研究1)
    李帅, 陈军斌, 王汉青, 聂向荣, 赵文景, 姚欢迎
    力学与实践. 2020, 42(1):  35-41.  doi:10.6052/1000-0879-19-300
    摘要 ( 59 )   PDF (2872KB) ( 38 )  
    为探究页岩抗拉强度尺度效应规律及岩石强度尺度效应根源,采集鄂尔多斯盆地延长组长7 段陆相页岩野外露头,制作成直径为50 mm,高度分别为15.32 mm,20.39 mm,25.46 mm 和30.28 mm四种尺度的岩样并进行巴西劈裂试验,在分析岩样抗拉强度尺度效应规律的基础上,对岩石强度尺度效应根源提出了新的认识。结果表明:页岩最大载荷和破裂面条数随岩样尺度增大而增大,抗拉强度随岩样尺度增大而减小,破裂时间与岩样尺度相关性较差;非均质性和端部摩擦效应是目前解释岩石强度尺度效应根源的主要观点,页岩巴西劈裂试验结果中抗拉强度存在良好的尺度效应现象,这表明岩石强度尺度效应并不是完全根源于试件与压头之间的端部摩擦作用;岩石强度尺度效应由岩石非均质性和端部摩擦效应共同作用而成,对于小尺度岩样,端部摩擦效应占据主导地位,对于大尺度岩样,非均质性占据主导地位,不同类型的岩石,其岩样尺度的" 小"与"大"不同。对岩石强度尺度效应规律和根源的研究有助于提高岩体强度预测的准确性,并为揭示岩石破坏机理提供一定借鉴。
    一种轿车车轮应力状态测量与分析方法1)
    刘程, 任念祖, 杨清淞, 陈超, 杜天强, 田程, 刘振国
    力学与实践. 2020, 42(1):  42-49.  doi:10.6052/1000-0879-19-303
    摘要 ( 106 )   PDF (4156KB) ( 61 )  
    基于台架应变测试试验方法,研究轿车车轮在疲劳试验中的应力状态。结果表明:车轮的径向疲劳试验时,轮胎会对车轮的载荷产生较大的影响,轮胎与转鼓的挤压变形以及正反转动都会对车轮的应力状态产生影响;车轮径向疲劳试验时,最大应变出现在轮辋与轮胎接触位置沿车轮圆周方向,而在靠近轮心位置的应变较小;车轮弯曲疲劳试验时,最大应变出现在轮辐靠近轮心的位置,最大应变出现在轮辐的长度方向;不同的载荷对车轮应变的变化规律并没有影响,但是会对最大和最小峰值产生影响。
    力学与实践. 2020, 42(1):  50-55.  doi:10.6052/1000-0879-19-208
    摘要 ( 137 )   PDF (227KB) ( 83 )  
    针对结构力学与工程结构设计中力学模型和载荷作用方式的简化,分别采用一次性加载法、模拟施工三加载法和分层法,研究了竖向载荷作用下框架结构力学模型的简化与计算,分析了三种方法的计算假定和计算结果,给出了合理适用范围。一次性加载法更适用于抗连续性倒塌分析和建筑结构改造设计计算,模拟施工三加载法更适用于新建工程的设计计算,分层法作为一种简化的手算方法可作为理解结构力学原理的基本方法。
    力学与实践. 2020, 42(1):  56-59.  doi:10.6052/1000-0879-19-156
    摘要 ( 82 )   PDF (6677KB) ( 45 )  
    连铸过程结晶器内卷渣过程是冶金流体力学课程教学中的重点和难点,在课堂讲授过程中学生难以掌握复杂的流体理论知识。结合四川省钒钛资源重点实验室现有的冶金过程结晶器模拟装置,通过在冶金流体力学课教学中引入结晶器内卷渣实验和数值模拟,让学生观察到结晶器内钢液流动,激发学生学习兴趣,改善教学效果。通过实验过程、理论知识及数值模拟分析,满足冶金流体力学课程的教学需求。
    基于LS-DYNA的空调连续跌落仿真研究
    张鹏娥, 赵林, 纪春荣, 李祖吉, 潘锋, 刘志刚
    力学与实践. 2020, 42(1):  60-65.  doi:10.6052/1000-0879-19-279
    摘要 ( 129 )   PDF (4746KB) ( 59 )  
    研究空调内机在跌落冲击工况下的力学行为。首先通过不同应变率的材料试验,建立LS-DYNA材料模型;然后通过DYNAIN方法建立整机连续跌落有限元模型,并将跌落仿真与试验进行对标。对标结果显示:连续跌落仿真与试验的加速度曲线相关度达到93{\%}以上,且破坏位置一致。结果表明该方法可以准确模拟空调内机在连续跌落工况中的力学行为,为家电产品研发设计提供重要的指导意义。
    教育研究
    力学与实践. 2020, 42(1):  66-74.  doi:10.6052/1000-0879-19-332
    摘要 ( 206 )   PDF (308KB) ( 79 )  
    德国女数学家Noether E 于1918年发表重要论文"不变变分问题"。这篇论文给出两个定理,第一定理涉及经典力学的对称性与守恒量,第二定理涉及广义相对论。Noether第一定理不仅已成为研究经典力学和经典场论中,而且已成为研究量子力学和量子场论中对称性与守恒量关系的基础。本文介绍了Noether的这篇论文和她思想的传播,以及经典力学中的Noether定理。
    力学与实践. 2020, 42(1):  75-79.  doi:10.6052/1000-0879-19-272
    摘要 ( 94 )   HTML ( 2 )   PDF (190KB) ( 47 )  
    为探讨非线性动力学的普及化和整合科学新进展加强通识教育课程,本文总结和分析了通识教育课"混沌与非线性思维"的设计与实践。非线性动力学现在已经成为人类知识的一部分。"混沌与非线性思维"是为上海大学所有学生(包括理工、经营和人文三大类)开设的通识教育课。该课程聚焦于混沌的科学概念和文化影响,非线性不仅作为数学模型也作为思维模式。该课程帮助学生从非线性思维角度观察、分析和理解自然和社会中的不可预测和不确定现象。教学实践表明,非线性动力学可以恰当的方式普及而成为通识教育课程的实质性内容,并为各专业的本科生接受。
    力学与实践. 2020, 42(1):  80-84.  doi:10.6052/1000-0879-20-063
    摘要 ( 344 )   PDF (201KB) ( 201 )  
    实验教学的主要授课形式在科技的发展下已经变得多样化,实验课程不仅是学生实践与研究的基础,也是从知识理解向科学研究的转化,在教学中占据着不可缺少的地位。全国"新型冠状病毒肺炎"(简称"新冠肺炎")疫情的爆发极具偶然性,给实验教学带来了前所未有的压力。在突发困难面前,通过直/录播线上教学、数字化资源的运用、授课形式的转变、评价体系的调整等一系列应急措施,在实验教学中取得了较好的效果。这不仅与理论课程形成了良好的配合,充分保障了实验教学的内容和质量,而且大大促进了学生的自主学习能力,还引发了对高校实验教学发展的思考,即,不应在疫情等特殊情况下才思考求变,实验教学应坚持不懈地着力于学生培养和持续改革。
    力学与实践. 2020, 42(1):  85-91.  doi:10.6052/1000-0879-19-176
    摘要 ( 117 )   PDF (1112KB) ( 71 )  
    悬链线问题是一类非常经典的力学问题,推导出悬链线方程的方法从静力平衡到变分原理,非常之多。本文基于离散的静力平衡模型,采用从有限到无限的求解方法,建立并求解了悬链线方程。在此基础上,本文进一步建立了含有扭簧作用的离散静力平衡模型,推导并求解梁位移方程。最后在不同参数下求解梁位移方程得到其渐变解,并分析了多种平衡状态的存在情况。
    力学与实践. 2020, 42(1):  92-96.  doi:10.6052/1000-0879-19-256
    摘要 ( 87 )   PDF (357KB) ( 45 )  
    为了使风筝能够更好地在青少年航空教育教学实践中得到推广,本文阐述了风筝构造、空气动力,以及受力与稳定性分析等风筝设计的相关概念与原理,介绍了美国NASA航空教育的风筝设计软件Kite Modeler,以及自己的教育教学实践情况。实践表明,风筝设计、制作、放飞是一项集简易航空器设计、手工制作、体能锻炼、休闲娱乐等为一体的实践活动,在大中小学航空教育中具有良好的现实意义。
    工程流体力学"微课-参与式"教学模式探索及实践1)
    罗春欢, 任玲, 郭美荣, 周文宁, 高婷
    力学与实践. 2020, 42(1):  97-102.  doi:10.6052/1000-0879-19-286
    摘要 ( 191 )   PDF (1712KB) ( 73 )  
    为了进一步加强"新工科"背景下综合型人才的培养,本文以工程流体力学为例,对" 微课-参与式"教学模式进行了探索实践研究。探索了新模式下课堂教学内容、教学形式设计及教学实践,创新了教学考核方式。采用比较法和问卷调研对教学效果进行了评价,结果表明"微课-参与式"教学激发了学生学习兴趣,提高了课堂参与度,使学生掌握扎实的专业知识,更培养了大家的实践、创新等能力,符合"新工科"复合型人才培养的要求。
    力学与实践. 2020, 42(1):  103-107.  doi:10.6052/1000-0879-19-291
    摘要 ( 83 )   PDF (1783KB) ( 41 )  
    针对船舶与海洋工程流体力学课程的教学特点,提出一种"兴趣-科研-探索"的启发式教学模式。该教学模式以"兴趣驱动"为牵引,以"科研应用"为抓手,以"探索未知"为导向,最大限度地调动学生的主动学习能力和发散思维潜力。以空泡现象为例,将该模式与船舶与海洋工程流体力学知识点相结合,激发学生对于知识点的好奇和兴趣,加深学生对于知识点的掌握和应用,启发学生对于知识点的理解和想象,旨在为该课程教学探索一种新模式。
    教授讲题
    刚架稳定分析
    王开福
    力学与实践. 2020, 42(1):  108-109. 
    摘要 ( 74 )   PDF (148KB) ( 84 )  
    力学纵横
    力学与实践. 2020, 42(1):  110-115.  doi:10.6052/1000-0879-19-331
    摘要 ( 132 )   HTML ( 6 )   PDF (2532KB) ( 79 )  
    本文从四十多年前遇到并解决的三个与固体力学和结构力学相关的机械强度与振动的问题谈起。当时在分析与解决这些问题的方法时,思考并领悟到如何从结构的构形与几何约束、结构承受的外载的性质和结构材料的秉性与行为着眼,实质上就是从以牛顿力学体系的外载($F$)、质点质量($m$)和物体运动的加速度($a$)(即物体的位移、速度、加速度等运动表现的力学运动的几何量)的运动行为作为三个最基本的视点并描述它们之间的联系,在拓广后给出可变形固体力学分析的基本框架。进而刻画出在20 世纪70年代、90年代和21世纪初的固体力学的基本框架及其框架内每个不同构元的联系与演进,并以图1,2,3表示。随着现代科技的发展,这一框架下的分析方法近些年已经扩展到更广泛的科技疆域,并在与其他学科的交缘的过程中揭示新的交缘变量的演化方程。人们还期望进入更小和更大尺度时空,研究更广泛的物质包括信息的生成与传递、有生命物质的运动和各种"极端"的力学环境条件下的力学现象,这些新的疆域将是明天的力学工作者耕耘的新天地。
    身边力学的趣话
    力学与实践. 2020, 42(1):  116-118.  doi:10.6052/1000-0879-19-027
    摘要 ( 86 )   HTML ( 4 )   PDF (643KB) ( 148 )  
    本文讨论无人自行车稳定行驶的实现可能性,对前叉受控的自行车数学模型做稳定性分析。分析表明,要保证自行车直立行驶的渐近稳定性,控制系统必须考虑前叉转轴的阻尼因素,且控制规律必须计入车体侧向倾斜的角速度信息。
    力学与实践. 2020, 42(1):  119-123.  doi:10.6052/1000-0879-19-324
    摘要 ( 97 )   PDF (684KB) ( 124 )  
    生物力学应用力学原理和方法对生物体中的力学问题进行定量研究。本文把"本构关系"和"应力-生长关系"总结为生物力学的两个核心问题。通过"血浓于水"、"动脉硬化"、 "骨头受力"这3个例子说明本构关系的含义;通过"骨生长"、"硬气功"、"高血压与心血管病"这3个例子说明应力-生长关系的含义。本文内容可以启发读者从身边的事物中体会生物力学的科学道理。
    全国周培源大学生力学竞赛
    力学与实践. 2020, 42(1):  124-127.  doi:10.6052/1000-0879-19-352
    摘要 ( 92 )   PDF (609KB) ( 55 )  
    本文介绍了江苏科技大学代表队在第十二届全国周培源大学生力学竞赛“理论设计与操作”团体赛“自停滚轮”项目中的设计方案和制作过程,给关心和热爱该比赛的力学爱好者提供参考。
    小问题
    力学与实践. 2020, 42(1):  128-129. 
    摘要 ( 73 )   PDF (329KB) ( 82 )  
    力学与实践. 2020, 42(1):  130-138. 
    摘要 ( 128 )   PDF (167KB) ( 45 )  
    力学与实践. 2020, 42(1):  139-141. 
    摘要 ( 53 )   PDF (119KB) ( 32 )