声波超材料设计的力学原理与进展

声波超材料是一种特殊的人工复合材料,它基于连续介质力学理论描述,通过对微观结构的精心设计,在宏观上获得反常规的动态材料属性,如负动态质量,负动态模量,负折射率等.超材料的出现为实现波动控制提供了可能,相关研究在工程领域具有潜在的应用价值.本文着重阐述了弹性固体超材料、声波超材料、超表面、主动超材料的设计原理与相关研究进展, 所述原理对于波控结构的设计与制备实现具有指导意义.     

力学超材料研究进展与减振降噪应用

力学超材料是一类由人工微结构单元构筑的复合结构或复合材料, 具有天然材料所不具备的静力学/动力学性能. 由于这些超常特性通常取决于微结构单元而非材料组分, 这就为力学性能调控和结构功能材料设计提供了新思路. 本文在简述力学超材料概念的提出、发展及其超常力学性能的基础上, 以装备减振降噪工程需求为牵引, 重点探讨力学超材料在水声调控, 空气声吸隔声降噪, 结构减振抗冲设计等方面的应用探索及发展趋势, 为相关领域的科研及工程人员提供一定参考.      

若干先进电磁材料结构的断裂与稳定性等力学特性的理论研究 (优秀博士学位论文介绍)

超导材料、介电弹性材料和压电功能梯度材料等先进电磁材料及其结构的制备与应用研究已为当前物理、材料、力学、工程等众多领域的学者所关注,其力学特性的研究是这类材料应用中遇到的基础性课题之一。本博士学位论文针对这些先进电磁材料不同的力-电-磁多场耦合特性开展了电磁材料及结构的断裂与稳定性等力学特性的理论建模和定量分析研究,主要研究内容分为如下的三方面。     

增材制造三维微点阵材料力学性能表征与细观优化设计研究进展

三维微点阵材料是一种由复杂拓扑胞元周期性排列构成的超轻质结构材料，兼具极低的密度、优越的力学特性和良好的能量吸收等性能，是满足轻量化、抗冲击和多功能集成需求的重要新型战略材料.增材制造技术的快速发展，为三维微点阵材料的制备和优化设计带来了便利的条件，二者的结合为航空航天、轨道交通以及武器装备等领域实现防护结构轻量化和多功能一体化提供了新思路.为阐明增材制造三维微点阵材料的动态力学特性与变形失效机理，进一步开展材料多尺度优化设计，拓展增材制造微点阵材料在冲击防护等领域的应用，对增材制造三维微点阵材料力学行为与设计的研究成果进行了系统的综述和展望.依据增材制造三维微点阵材料的多尺度结构特征，分别评述了不同类型微点阵材料的宏观动力学响应与失效机制、细观性能表征与结构优化设计、微观组织特征与变形机理等方面的研究，展望了未来增材制造三维微点阵材料在冲击防护领域面临的问题和挑战.     

冲击载荷作用下材料与结构的响应与防护

冲击载荷作用下材料与结构的响应与防护是固体力学和爆炸力学研究的热点课题,在国防工程和民用防护工程中有着重要的应用背景.本文主要评述了我国武器装备与防护工程常用材料与结构在冲击载荷作用下响应与防护的国内外研究现状与发展趋势,内容涉及材料的动态力学特性、本构关系和结构的变形与破坏等方面,着重探讨了混凝土、钨合金、陶瓷等材料的动态本构特性以及混凝土坑道、舰船等结构的防护作用机理.     

智柔超材料及其力学性能的研究进展

力学超材料(或超结构)因其独特的微观结构设计而展现超常的物理和力学特性.将力学超材料设计思想与智能柔性(简称智柔)材料相结合,可以制备出具有自感知和自驱动功能的智柔力学超材料(简称智柔超材料).本文对近年来智柔超材料的研究现状和进展进行了评述,分析了此类材料的基本设计思想、变形机理及力学特性,重点关注了基于形状记忆聚合物和水凝胶智柔超材料的设计原理和性能分析方法;阐释了先进制造技术为智柔超材料发展带来的机遇,并讨论了此类材料在设计和开发方面面临的关键问题以及未来发展趋势.     

功能铁磁材料的变形与断裂的研究进展

综述了近几十年, 特别是近十几年来铁磁材料的力磁耦合变形与断裂行为的研究概况. 传统铁磁弹性问题的研究已经有较长时间的积累, 文献中已有大量的研究结果发表. 近些年 来, 随着智能材料及结构应用与研究的兴起, 功能铁磁材料如稀土超磁致伸缩材料、铁磁相 变材料以及铁磁复合材料等的力学行为越来越受到重视, 人们在功能铁磁材料的变形与断裂 以及铁磁复合材料的有效性质等方面开展了大量的研究工作. 本文在简单介绍了经典铁磁弹 性和传统铁磁结构的力磁性能的研究背景基础上, 结合作者近年来在铁磁材料变形与断裂方 面所开展的工作, 着重评述了功能软铁磁材料在变形与断裂的实验研究,如实验设备和技术, 以及铁磁复合材料细观力学、软铁磁材料、铁磁功能材料的变形与断裂理论等方面的研究进 展, 并指出了需要进一步研究的方向.     

微纳米点阵力学超材料的设计和性能

在过去几年中,增材制造技术的不断涌现促进了点阵力学超材料研究的迅猛发展。本文主要介绍三维微纳米点阵力学超材料的性能和设计,强调点阵单胞基本单元的演化发展:从桁架到平板再到曲面,如何降低结构内部的应力集中,一步步实现理论预测的各向同性的Hashin–Shtrikman极限刚度。并对这一类力学超材料在生物医药、能源环境等领域的应用进行概述。     

有机玻璃力学性能的研究现状

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.     

颗粒材料计算力学专题序

颗粒材料广泛地存在于自然环境、工业生产和日常生活等诸多领域, 其受加载速率、约束条件等因素的影响具有复杂的力学行为. 颗粒材料常与流体介质、工程结构物耦合作用并共同组成复杂的颗粒系统, 并呈现出非连续性、非均质性的复杂力学特性. 目前, 离散元方法已成为解决不同工程领域颗粒材料问题的有力工具, 然而其在真实颗粒形态的构造、接触算法、颗粒与流体及工程结构的耦合模型、多介质和多尺度问题, 以及高性能大规模计算等方面仍面临着诸多亟待解决的问题.《力学学报》组织了“颗粒材料计算力学”专题的7篇综述或研究论文, 分别从研究进展、理论模型及工程应用方面反映了颗粒材料计算力学研究领域上的最新研究进展, 为颗粒材料计算力学交叉领域的研究提供参考.      

青藏铁路多年冻土区沼泽化斜坡路基稳定性分析

青藏铁路多年冻土斜坡段路基稳定性对铁路长期运营具有潜在的威胁,分析评价当前和未来斜坡路基稳定性可指导路基工程的正确设计和施工,从而保证铁路的安全运营。多年冻土地温变化使斜坡路基稳定性分析不同于普通土路基,其冻融交界面位置是制约斜坡路基稳定性的关键所在。通过对安多试验段3a来的地温监测,分析路基地温变化规律,并预测了未来50a内试验段地温的变化趋势,建立了当前和未来条件下的斜坡路基稳定性模型,计算分析了斜坡路基的稳定性。通过上述研究,取得以下认识和结论:(1)铁路路堤的填筑,引起多年冻土温度场重分布;由于坡向不对称和几何不对称,使得地温场存在不对称;(2)依据冻融界面位置和活动层的地温特征将冻土路基划分为4个不同时期,即冬季严寒期(1~2月)、春夏融化活动期(3~8月)、最大融深期(9~10月)及回冻活动期(11~12月);通过计算对比分析,每年最大融深期的稳定性系数最小;(3)数值分析的预测结果表明,20a以后,安多段试验段路基的多年冻土完全退化,在所预测的第10年最大融深期稳定性系数最小。     

COMPARATIVE STUDY OF THE PRINCIPLES AND APPLICATIONS OF POD AND MSM

为揭示本征正交分解(proper orthogonal decomposition, POD) 与模态叠加法(mode superposi-tion method, MSM) 在基本原理和工程应用中的异同,对POD 和MSM 的数理基础进行了对比性分析;通过风洞试验及动力响应时程分析获得了一座冷却塔的表面脉动风载荷及其脉动响应,以此两个时空随机场为例对POD 和MSM 两种方法的应用进行了对比性阐述. POD 和MSM 均通过引入空间模态和相应的时间坐标,经线性叠加来实现对时空随机场的分解与重建,但两者的应用对象并不一致:前者多用于已知随机载荷场的分析而后者多用于未知结构响应的计算. 两者空间模态和时间坐标的提取方法和数理意义以及各模态对原随机场的贡献等亦不相同. 尽管POD 和MSM 两种方法所得空间模态均有正交性,但时间坐标的正交性仅存在于POD 方法,故POD 各阶模态的本征值之和可以完全反应对原随机场的贡献,而MSM 的模态贡献则存在一定的耦合性.     

注浆沉降法建筑物纠偏加固机理与关键技术研究

结合用注浆沉降法并辅以高压旋喷注浆对某小区典型不均匀沉降建筑物进行纠偏和地基加固的工程实例,着重分析了注浆沉降法纠偏加固的技术原理,并讨论该工法的控制要点;对注浆浆液配合比、注浆孔平面位置、加固深度、注浆量、注浆压力、高压旋喷注浆等设计参数的影响进行了研究探讨,提出加强纠偏加固施工动态控制的重要性。研究和工程实践表明,用注浆沉浆法并选用合适的注浆参数进行建筑物纠偏和地基加固,能使建筑物不均匀沉降得到调整的同时,复合地基承载力得到提高,具有较好的建筑物纠偏和地基加固效果。     

非均匀含水层中污染物的输送及生物降解的流动研究

介绍了受污染的地下水中化学物质与微生物相互作用的生化与动力过程。作为例子,提出了一个定量描述非均匀地下水流中有机物与细菌迁移变化的数学模型,并简要介绍了出现在控制方程中几个应关注的问题,如变量大梯度与特征时间尺度问题,以利于数值求解。      

圣维南原理的应用及屈服面形状大小的确定

在第1 部分,讨论弹性力学的圣维南原理在线弹性断裂力学中的应用,举例说明它的误用会引起很大的误差. 在第2 部分,讨论塑性力学中的Tresca 屈服面和Mises 屈服面的形状和大小,并推广到对Mohr-Coulomb 屈服面和Drucker-Prager 屈服面的描述,给出主应力空间中Mises 屈服面和Tresca 屈服面的形状和大小的三维图象,并以此更正和补充现有的弹塑性力学教材.     

沉桩挤土位移应力变分解和积分泛函收敛性分析

静压桩是一种挤土桩,沉桩挤土作用将引发很多工程问题. 实际的贯桩过程发生在半无限成层土体中,且单桩具有空间轴对称性,桩的形状和长度也各不相同,因此需要研究半无限土体中一般桩孔扩张的特性和解. 通过对沉桩挤土的研究现状和实际存在问题的分析,建立沉桩挤土三维模型、设定符合变分约束条件的位移函数. 根据研究区域的积分泛函得到问题的位移和应力解. 由于能量泛函涉及三维广义积分问题,所以重点对积分和解的收敛性进行了分析,并应用经典土压力理论、小孔扩张理论和Ansys计算结果对计算和分析结果进行验证.      

IUTAM和ICTAM的起源和历程

世界力学家大会（英文缩写ICTAM）是国际学术组织IUTAM 主办的国际例会,每四年举办一次,已经举办了22届,被誉为世界力学家的“奥林匹克盛会”。获得大会的承办权,是承办国力学水平和国际学术地位的重要标志;通过大会的承办过程,大会举办国将显著提升在力学领域的国际学术影响力。 2012年8月,由中国力学学会承办的“第23届世界力学家大会”将在北京国家会议中心隆重召开,这是发源于欧洲的世界力学盛会第一次在发展中国家举办。把ICTAM称为世界力学家大会是在2011年1月第23届ICTAM大会组委会第3次全体会议上正式确定的,这一中文名称得到了IUTAM的赞赏和认同。     

正交各向异性复合井壁应力变形分析与应用

推出了正交各向异性多层复合井壁的应力、位移计算公式,分析了双层混凝 土中间夹泡沫塑料板的复合井壁的应力、变形规律. 发现当井壁环向弹性模 量小于径向弹性模量时,内壁最大剪应力和径向位移会随着环向模量的减小 而显著增大,若仍按各向同性设计,将可能出现病态井壁. 通过工程应用和现场测 试综合分析验证了上述结论,并提出了多层复合井壁破裂的新依据.     

隔震结构的研究概况和主要问题

简要概括了国内外隔震技术的应用发展状况.系统总结、评述了隔震结构若干方向的研究进展,包括隔震结构的非线性地震反应分析和非线性动力学性态分析、可靠度分析、优化设计、系统识别、试验研究等内容.指出了隔震技术发展中需要解决的几个主要问题,例如新型隔震元件、隔震体系的开发,隔震结构的经济可行性分析,与隔震技术发展相适应的设计、施工规范等.最后在结束语中探讨了隔震设计与基于功能的设计、分灾设计等结构抗震设计思想的关系.      

边坡监测信息可视化查询分析系统及其应用

大型边坡监测系统数据庞大,项目及测点繁多。传统的数据库管理系统很难直观地查询分析监测数据。作者用在Window 系统下面向对象的程序设计语言VisualBasic和面向对象的数据库管理开发系统Access 开发了具有可视化查询分析特征的监测信息分析管理系统。本文以五强溪水电站左岸船闸边坡为例,介绍了系统的设计和程序功能。