THE HISTORICAL CONTRIBUTION OF BERNOULLI'S EQUATION TO THE ESTABLISHMENT OF FLUID MECHANICS THEORY

著名的理想流体定常流动的能量方程即伯努利方程,自建立以来在流体力学领域中贡献卓著。本文依据伯努利方程的建立内涵,阐述了其在流体静力学、定常孔口出流、皮托管测速、文丘里管流量和翼型绕流等具体流动中的成功应用。同时,进一步说明了由伯努利方程建立提出的局部跟随流体质点的建模思想,被欧拉概括为描述流体运动的流场法,是建立欧拉方程组和N-S方程组的基本依据,也为后来湍流理论、边界层理论、气动噪声等理论的建立奠定了基础。     

温度场作用下输流悬臂碳纳米管的颤振失稳分析

以非局部弹性理论为基础,采用欧拉-伯努利梁模型,考虑碳纳米管的小尺度效应,应用哈密顿原理获得了温度场作用下的输流悬臂单层碳纳米管（SWCNT）的振动控制方程以及边界条件,依靠微分变换法（DTM法）对此高阶偏微分方程进行求解,通过数值计算研究了温度场中悬臂单层输流碳纳米管的振动与颤振失稳问题。结果表明：管内流体流速、温度场中温度变化情况与小尺度参数都会对系统振动频率以及颤振失稳临界流速产生影响。其中,小尺度效应将会降低悬臂输流系统的稳定性,使系统更为柔软;而高温场与低温场对系统动态失稳的影响不同,低温场中随温度变化值的增加,系统的稳定性提高;高温场这一作用效果恰好与之相反。     

基于能量法的载流单层碳纳米管振动特性研究

以非局部弹性理论为基础,考虑了碳纳米管的小尺度效应;采用欧拉-伯努利梁模型,基于能量法给出了载流单层碳纳米管的振动频率近似解;并通过具体算例,应用振动频率近似解公式求解了悬臂单层纳米管的频率值,进而研究了管内流体流速、碳纳米管小尺度参数对悬臂梁一阶振动频率及振型的影响,并将得到的结论与已有文献的结果进行比较,证明了振动频率近似解的正确性。     

温度场作用下悬臂输流碳纳米管的颤振失稳分析

以非局部弹性理论为基础,采用欧拉-伯努利梁模型,考虑碳纳米管的小尺度效应,应用哈密顿原理获得了温度场作用下的悬臂输流单层碳纳米管(SWCNT)的振动控制方程以及边界条件,依靠微分变换法(DTM法)对此高阶偏微分方程进行求解,通过数值计算研究了温度场中悬臂单层输流碳纳米管的振动与颤振失稳问题.结果表明:管内流体流速、温度场中温度变化情况与小尺度参数都会对系统振动频率以及颤振失稳临界流速产生影响.其中,小尺度效应将会降低悬臂输流系统的稳定性,使系统更为柔软;而高温场与低温场对系统动态失稳的影响不同,低温场中随温度变化值的增加,系统的稳定性提高;高温场这一作用效果恰好与之相反.     

水下爆炸气泡运动的理论研究

在适当深度的无黏、无旋的流体中对水下爆炸气泡运动特性进行理论研究。综合运用势流理论、能量方程以及拉格朗日方程建立气泡在不可压缩流体中的运动方程。并以此为基础,考虑重力、浮力以及阻力等多种因素对气泡运动特性的影响,通过引入新的边界积分方程,结合分析力学中完整非保守系统的Hamilton原理建立气泡在可压缩流体中的运动微分方程,并对微分方程进行求解。将方程的数值解与MSC.DYTRAN非线性有限元软件的计算结果以及经验公式进行对比,方程数值解与二者都具有较好的一致性。结果表明,基于非保守系统可压缩流体建立的气泡运动方程正确、可行,相关的理论研究和计算具有一定参考价值。     

多场作用下输流单层碳纳米管的动力学特性

以非局部弹性理论为基础,采用欧拉-伯努利梁模型,考虑管型区域内滑移边界条件以及碳纳米管的小尺度效应,应用哈密顿原理获得了温度场与轴向磁场共同作用下的输流单层固支碳纳米管（SWCNT）的振动控制方程以及边界条件,依靠微分变换法（DTM法）对此高阶偏微分方程进行求解,通过数值计算研究了多场中单层固支输流碳纳米管的振动与失稳问题。结果表明：温度场、轴向磁场强度、Knudsen数及小尺度参数都会对系统振动频率以及失稳临界流速产生影响。     

高雷诺数流动的基本控制方程体系和扩散跑物化Navier-Stokes方程组的意义和用途

在计算机发达的时代, 高雷诺($Re$)数绕流计算中有无必要使用简化NS方程组, 本文讨论这个问题. 主要内容如下: (1)高$Re$数绕流包含3种基本流动: 所有方向对流占优流动、所有方向对流扩散竞争流动和部分方向对流占优部分方向对流扩散竞争流动(简称干扰剪切流动), 3个基本流动的特征彼此不同且在流场中所占领域大小彼此相差悬殊, NS方程区域很小,它们的最简单控制方程组Euler、Navier-Stokes (NS)和扩散抛物化(DP) NS方程组的数学性质彼此不同, 因此利用Euler-DPNS-NS方程组体系分析计算高$Re$数绕流流动就是一个合乎逻辑的选择, 该法与利用单一NS方程组的常用方法可以彼此检验和补充. (2)流体之间以及流体与外界的动量、能量和质量交换, 流态从层流到湍流的演化主要发生在干扰剪切流动中, 干扰剪切流及其最简单控制方程------DPNS方程组具有基础意义; DPNS方程组笔者在1967年已提出. (3)诸简化NS方程组: DPNS、抛物化(P)NS、薄层(TL)NS、黏性层(VL)NS方程组的发展、相互关系, 它们的历史贡献和今后的用途; 它们的数学性质均为扩散抛物型, 但它们包含的黏性项彼此有所不同; 从流体力学角度来看, 它们中只有DPNS方程组能够准确描述干扰剪切流动. 提出把诸简化NS方程组统一为DPNS方程组的建议. (4)干扰剪切流------DPNS方程组与无干扰剪切流------边界层方程组之间的关系以及进一步研究干扰剪切流的意义.      

小尺度对振动简支单层碳纳米管边界条件的影响

以非局部弹性理论为基础,考虑了碳纳米管的小尺度效应,采用欧拉-伯努利梁模型给出了单层碳纳米管的动力学控制方程.研究了小尺度效应对振动简支单层碳纳米管边界条件的影响,并通过具体算例与经典连续介质理论的简支边界条件进行比较.结果表明:简支条件下考虑小尺度效应的非局部弹性理论和经典连续介质理论的边界条件具有同一性.     

Winkler弹性地基上梁的精化理论

将Cheng精化理论推广到winkler弹性地基上梁的研究当中,对winkler弹性地基上的梁进行了精确的分析,给出其精化理论。首先将板内的位移利用中面上位移及其沿梁厚方向的梯度表示出来,并获得梁内应力张量。再利用winkler弹性地基条件和Lur'e算子方法,获得弹性地基上梁的控制方程。若略去控制方程中的高阶项,与弹性地基上欧拉-伯努利梁的挠度控制方程一致。     

可渗透圆柱壳流固耦合问题的流场与内力分析

在弹性薄壳的非线性理论和流体力学基本方程的基础上,研究了可渗透圆柱壳的流固耦合问题.假定壳体具有均布孔隙且孔的面积很小,不考虑其阻力,忽略对弯曲刚度和壳体腔内流体微小运动影响,应用相容欧拉--拉格朗日法建立了带孔的圆柱壳在流体中相互作用的基本方程.通过具体算例求解,给出了流场速度与压力的变化、圆柱壳的变形及内力分布,并对相关参数进行了讨论.     

非对称射流形成的几何理论(二)

将平板非对称正碰撞形成射流满足的定常方程组封闭条件推广到非正碰情况，提出了平面二维条件下非对称射流形成的一般理论，给出了射流形成的临界条件和出流射流的理论公式。对斜碰撞情形下非对称射流的出流方向、厚度随碰撞角和来流初始位形的变化规律进行了理论预测和数值模拟，理论解与二维欧拉程序的仿真结果符合较好。     

关于弹性梁的数学模型

叙述和比较一维弹性体的两种不同建模方法, 即弹性梁的传统建模方法和基于 Kirchhoff-Cosserat模型的建模方法. 应用精确Cosserat模型分析梁的三维运动. 考虑中 心线的拉伸压缩变形、截面的剪切变形、截面转动的惯性和端部载荷影响等因素, 建立精确 的弹性梁动力学方程. 讨论梁的静态和动态平衡稳定性. Kirchhoff杆、铁摩辛柯 梁和欧拉--伯努利梁等为Cosserat模型在各种简化条件下的特例.     

含能材料密实床燃烧转爆轰的数值模拟

本文建立了含能材料密实床燃烧转爆轰的全粘性欧拉二维非定常两相反应流数学模型。将SIMPLE型的数值计算方法引入燃烧转爆轰的二维数值计算。对跨音速流动的处理和可压缩流体压力校正方程的建立提出了改进方法,并以无起爆药雷管作为算例。结果表明,本方法较好克服了二维两相流数值解的振荡现象。     

拱桥悬臂施工过程中面内特征值的传递矩阵法

采用传递矩阵法对拱桥悬臂施工过程中的面内特征值问题进行求解,建立了该类桥型施工过程中面内竖弯刚度的评估方法.首先,将索和拱分别视为无垂度的张紧弦和欧拉伯努利梁,基于传递矩阵法基本理论推导了系统的总传递矩阵,考虑拱和索的边界条件以及索拱节点的位移连续性条件得到系统的特征值方程,进而计算出系统的频率和模态.同时,采用有限元...     

铁磁薄板在磁场中变形和应力的理论分析与实验研究

在二维板壳磁弹性理论基本方程基础上,以二维铁磁薄板磁弹性问题为例,建立了含有10个基本未知量的偏微分方程组,再利用Newmark有限等差式,得到了可以应用DOM方法求解的标准型方程组.求解得到了载流铁磁薄板的位移及应力与各电磁量之间的关系,计算了载流铁板在磁场中的变形和应力.同时进行了载流铁磁性薄板在电磁场中变形和应力的实验研究,介绍了电磁场中铁磁性薄板的实验装置和实验方法,给出了实验数据,并将实验结果与理论计算结果进行了分析对比.     

多介质流体非守恒律欧拉方程组的数值计算方法

对多介质流体在界面处满足的Euler方程进行了探讨 ,方程组中增加了描述材料参数间断性质的对流形式非守恒律方程组。以波传播算法为基础 ,通过Roe方程近似求解Riemann问题 ,同时采用相同的数值差分格式求解流体动力学Euler方程组和界面方程组。该方法可以有效消除多介质流体在界面处压力、速度可能出现的非物理振荡。给出了部分典型一维和二维数值计算结果。     

变厚度载流旋转壳体的热磁弹性分析

针对磁场环境中受机械载荷作用变厚度载流旋转壳体热磁弹性问题，基于薄壳的几何方程、物理方程、运动方程、电动力学方程，建立其热磁弹性基本方程．应用线性化方法，得到了关于热磁弹性问题的线性迭代方程，转化为包括8个基本未知量的标准型方程组．关于载流旋转壳体，给出Lorentz力表达式，导出了温度场及温度场积分特征值．分析了变厚度锥形旋转壳体应力、温度及变形随外加电磁参量的变化规律，并通过数值模拟对理论分析进行了验证．研究结果可为载流旋转壳体热磁弹性问题研究提供理论参考．     

有限厚度、大压入的球压试验材料力学响应

针对磁场环境中受机械载荷作用变厚度载流旋转壳体热磁弹性问题，基于薄壳的几何方程、物理方程、运动方程、电动力学方程，建立其热磁弹性基本方程．应用线性化方法，得到了关于热磁弹性问题的线性迭代方程，转化为包括8个基本未知量的标准型方程组．关于载流旋转壳体，给出Lorentz力表达式，导出了温度场及温度场积分特征值．分析了变厚度锥形旋转壳体应力、温度及变形随外加电磁参量的变化规律，并通过数值模拟对理论分析进行了验证．研究结果可为载流旋转壳体热磁弹性问题研究提供理论参考．     

多介质流体非守恒律欧拉方程组的数值计算方法

对多介质流体在界面处满足的Euler方程进行了探讨,方程组中增加了描述材料参数间断性质的对流形式非守恒律方程组 .以波传播算法为基础,通过Roe方程近似求解Riemann问题,同时采用相同的数值差分格式求解流体动力学Euler方程组和界面方程组.该方法可以有效消除多介质流体在界面处压力、速度可能出现的非物理振荡.给出了部分典型一维和二维数值计算结果.     

不可压饱和粘弹性多孔介质的变分原理及其无网格模拟

基于饱和多孔介质理论,在固相和液相微观不可压,固相骨架小变形且满足线性粘弹性积分型本构关系的假定下,建立了流体饱和粘弹性多孔介质动力响应的若干Gurtin型变分原理,包括Hu-Washizu变分原理.利用所建立的变分原理,导出了流体饱和粘弹性多孔介质动力响应无网格数值模拟的离散控制方程,此方程是一个关于时间的对称微分方程组,便于分析计算.作为数值例子,研究了流体饱和粘弹性多孔柱体的一维动力响应,数值结果揭示了流体饱和粘弹性多孔柱体中波的传播特性以及固相粘性的影响.