横观各向同性饱和多孔半空间与梁的动力相互作用

通过引入三个标量函数,结合Fourier变换,首先将横观各向同性饱和多孔半空间的基本方程组简化为一个6阶控制方程和一个2阶控制方程;求解这两个控制方程,给出了横观各向同性饱和多孔半空间相关物理量的解析表达式.利用带扩展项的正弦级数解答,在将梁下地基表面沉降也展成正弦级数后,结合板-地基的相容条件(连续条件),对横观各向同性饱和多孔半空间与有限长梁的动力相互作用问题进行了分析、计算.另外,利用Fourier变换,对横观各向同性饱和多孔半空间与无限长梁的动力相互作用问题进行了分析.     

复合型运动荷载作用下横观各向同性体三维裂纹的应力强度因子

讨论横观各向同性体中含一半平面裂纹,在裂纹面上作用有运动点荷载的三维复合型应力强度因子历史,通过积分变换技术,最终将问题归结为求解Wiener-Hopf型积分方程组,该文给出了求解这一类积分方程组的一般性方法,在此基础上,基于Abel定理和Cagniard-deHoop方法,求得Ⅱ、Ⅲ型复合应力强度因子的解析解,最后通过数值结果揭示了横观各向同性材料三维方尖端场的动态特性。     

薄板与圆柱薄壳大挠度计算的混合法

板壳几何非线性问题主要是从两个方面进行分析的:一是“微分方程法”,即求解非线性(对于薄板是指冯·卡门)微分方程组;二是“能量法”,即由总能量泛函的极值或驻值条件给出问题的解,也就是依据最小势能原理或最小余能原理来求解。本文提出一组介于“能量法”与“微分方程法”之间的混合方程:这就是,采用板、圆柱壳的中曲面势能泛函的极值方程以及挠曲平衡微分方程,共同作为分析其几何非线性问题的控制方程组。这组混合方程既有能量的概念又有平衡的概念——控制方程组中既有积分方程又有微分方程,这与传统的计算途径有所不同而具有一定的优越性。文中从变分原理证明了所提出的混合方程组的极值解即为该问题的真实解,并给出“中面自变函数u、v的泛函π的极值原理”。     

横观各向同性饱和多孔半平面与梁的动力相互作用

以Biot理论为基础,通过引入一个函数Φ,将横观各向同性饱和多孔半平面的基本方程组简化为一个6阶控制方程.利用Fourier变换,分析了横观各向同性饱和多孔半平面体的动力响应.利用Fourier变换或正弦级数,研究了该介质上梁的简谐振动问题,将原先极为复杂的问题转化为数值积分问题.文末还对横观各向同性饱和多孔半平面与梁的相互作用问题进行了数值计算.     

正交异性扁壳的等价关系式和不变量

提出各向同性扁壳比拟法,分析满足条件D_3=D_(12)=(D_1D_2)~(1/2)的正交异性扁壳大挠度弯曲和超屈曲问题,导出了正交异性扁壳与各向同性扁壳之间,两种不同正交异性扁壳之间坐标变量、扁壳厚度和曲率半径、荷载、挠度、转角、弯矩、扭矩、中面应力的等价关系式,还证明了等价正交异性扁壳的几个等价不变量。     

压电介质中受拉伸与弯曲联合作用的圆币形裂纹问题

以弹性位移分量和电势函数为基本未知量时，横观各向同性压电介质非轴对称三维问题的控制微分方程是四个二阶线性偏微分方程相联立的方程组。本文导出了用四个调和函数表示位移及电势的该方程组的势函数通解。作为通解的应用举例，文中求解了压电陶瓷材料中受拉伸与弯曲联合作用的圆币形裂纹问题，得到了裂纹尖端附近应力场及电位移场的解析表达式。结果表明裂尖场以及应力强度因子和电位移强度因子均表现出复杂的机－电耦合行为。     

各向同性和横观各向同性材料的统一点力解

本文根据横观各向同性弹性力学的通解获得了无限体的点力解，由它可以直接退化到各向同性情形的Ｋｅｌｖｉｎ解，利用这个点力解编制的边界元法程序，适用于横观各向同性材料也适用于各向同性材料，因此是真正的统一点力解。还用边界元法计算了两个数值例题。     

动态载荷下功能锑度复合材料的圆币形裂纹问题

研究了动态载荷下功能梯度材料中的圆币形断纹问题,假设材料为横观各向同性,并且含有多个垂直于厚度方向的裂纹,材料参数沿轴向（与裂纹面垂直的方向）为变化的,沿该方向将材料划分为许多单层,各单层材料参数为常数,利用Ｈａｎｋｅｌ变换法,在Ｌａｐｌａｃｅ哉内推导出了控制问题的对偶积分方程组,利用Ｌａｐｌａｃｅ数值反演,得出一裂纺尖端的动态应力经度因子和能量释放率,研究了含两个裂纹的功能锑度接头结构,分析了材     

动态载荷下功能梯度复合材料的圆币形裂纹问题

研究了动态载荷下功能梯度材料中的圆币形裂纹问题．假设材料为横观各向同性,并且含有多个垂直于厚度方向的裂纹,材料参数沿轴向（与裂纹面垂直的方向）为变化的,沿该方向将材料划分为许多单层,各单层材料参数为常数,利用Hankel变换祛,在Laplace域内推导出了控制问题的对偶积分方程组．利用Laplace数值反演,得出了裂纹尖端的动态应力强度因子和能量释放率．研究了含两个裂纹的功能梯度接头结构,分析了材料非均匀性参数对应力强度因子和能量释放率的影响．     

各向同性弹性损伤的双标量描述

损伤状态的描述是损伤力学中仍未完善解决的基本问题．我们旨在对此问题就最简单的一种情形——各向同性弹性损伤，进行较为全面的研究．首先，指出了古典各向同性损伤理论中，基于应变等效假设，用单个标量损伤变量描述损伤状态的局限性．然后，建立了一个用两个标量损伤变量描述的各向同性弹性损伤模型．此模型解除了古典理论的局限，能完全描述各向同性弹性损伤，并且得到本文数值实验的验证．最后，将本文模型与现有细观力学结果连接，给出了宏细观损伤变量之间的关系，使得细观量可以通过宏观量来反映，建立了一个用细观损伤材料常数描述细观缺陷特征的损伤本构模型     

Numerical study of bubble rise and interaction in a viscous liquid

In this article, the flow instabilities during the rise of a single bubble in a narrow vertical tube are studied using a transient two-dimensional/axisymmetric model. To predict the shape of the bubble deformation, the Navier-Stokes equations in addition to an advection equation for liquid volume fraction are solved. A modified volume-of-fluid technique based on Youngs' algorithm is used to track the bubble deformation. To validate the model, the results of simulations for terminal rise velocity and bubble shape are compared with those of the experiments. The effect of different parameters such as initial bubble radius, channel height, liquid viscosity and surface tension on the shape and rise velocity of the bubble is investigated.     

Pressure-oscillation defoaming for viscoelastic fluid

The enhancement of bubble rising velocity was experimentally investigated by mechanically applying an oscillating pressure to a single small air bubble (e.g., 1 mm³) in a viscoelastic fluid. For shear-thinning fluids, the cyclic change in bubble diameter induced by the oscillating pressure generates a continuous strong local flow near the bubble surface. Consequently, the apparent liquid viscosity is reduced and the bubble rising velocity increases by 400 times or more compared to the case without oscillating pressure. However, for a Newtonian fluid, almost no effect was observed with oscillating pressure. Time-series data of the longitudinal and horizontal bubble diameters were obtained experimentally using a stroboscope and a video system, and these data were used to estimate the local shear rate and the local shear viscosity. The increase in bubble rising velocity estimated from the shear viscosity behavior agreed well with the experimental data. Additionally, a periodic change in the bubble shape from a sphere at the maximum bubble size to a cusped shape at the minimum bubble size was observed under strong oscillatory pressure.     

缓变主流中三维气泡的非线性振动

空化现象和水下噪声机制与液体中气泡的动力学行为密切相关．在无粘势流的假定下，采用多参数摄动分析，研究了缓变主流中三维气泡的非线性体积模态振动．推导了关于缓变泡形展开的各阶扰动方程，获得了一阶振动的演化方程和一些特殊情况下的解析解；并采用高阶有限元离散的边界积分方程方法，对平面固壁和自由面附近三维气泡的固有频率进行了数值计算     

水中爆炸气泡脉动现象的实验研究

在实验水箱中采用高速摄影技术获得了炸药水中爆炸气泡脉动过程图像。实验结果表明:短长径比（1.05）PETN炸药水中爆炸产生的气泡形状近似球形,气泡脉动周期和半径随炸药质量的增加而增大。在膨胀阶段,气泡中心位置保持不变,随着体积的不断缩小,气泡上浮越来越明显。受重力影响,气泡下表面收缩速度高于上表面,在收缩至最小时下表面向上冲顶,气泡溃灭形成水射流。     

High-fidelity numerical simulation of the flow field around a NACA-0012 aerofoil from the laminar separation bubble to a full stall

In the present work, large eddy simulations of the flow field around a NACA-0012 aerofoil near stall conditions are performed at a Reynolds number of 5 × 10⁴, Mach number of 0.4, and at various angles of attack. The results show the following: at relatively low angles of attack, the bubble is present and intact; at moderate angles of attack, the laminar separation bubble bursts and generates a global low-frequency flow oscillation; and at relatively high angles of attack, the laminar separation bubble becomes an open bubble that leads the aerofoil into a full stall. Time histories of the aerodynamic coefficients showed that the low-frequency oscillation phenomenon and its associated physics are indeed captured in the simulations. The aerodynamic coefficients compared to previous and recent experimental data with acceptable accuracy. Spectral analysis identified a dominant low-frequency mode featuring the periodic separation and reattachment of the flow field. At angles of attack α ≤ 9.3°, the low-frequency mode featured bubble shedding rather than bubble bursting and reformation. The underlying mechanism behind the quasi-periodic self-sustained low-frequency flow oscillation is discussed in detail.     

The motion of a small bubble in waves

The motion of a single spherical small bubble due to buoyancy in the ideal fluid with waves is investigated theoretically and experimentally in this article. Assuming that the bubble has no effect on the wave field, equations of a bubble motion are obtained and solved. It is found that the nonlinear effect increases with the increase of the bubble radius and the rising time. The rising time and the motion orbit are given by calculations and experiments. When the radius of a bubble is smaller than 0.5mm and the distance from the free surface is greater than the wave height, the results of the present theory are in close agreement with measurements. The project supported by the National Natural Science Foundation of China     

装药量及水深对水下爆炸气泡动态特性的影响

以气泡体积加速度模型为基础研究水下爆炸气泡运动的初始条件,采用MSC.DYTRAN 非线性 有限元软件,结合开发的定义流场初始条件与边界条件的子程序,研究水下爆炸气泡运动特性,包括气泡的脉 动、坍塌以及射流等运动特性,并将气泡脉动体积计算结果与实验及边界积分方法计算结果进行对比,验证了 有限元模型的正确性与有效性。以此为基础,得到初始水深、装药量与气泡的脉动体积、最大半径、周期以及 射流速度之间的关系,计算结果与经验公式具有较好的一致性。得到一些有规律性的曲线,可为相关水下爆 炸气泡动态特性研究提供参考。     

环形喷管喷口气泡演化的实验研究

水下气泡的发展演化及气泡动力学行为是气液两相动力学的基础理论与水下射流应用的重要基础. 环形喷管/喷口形成的气泡及气体射流具有其不同于圆孔实心射流的特殊表现与规律机制,随着同心筒破水发射等特殊应用的出现,环形喷口气体射流/泡流的基础现象观测和机制分析成为迫切的需求. 基于环形喷管的设计和水下射流条件的分析,设计建立了一套环形喷管水箱实验系统,对水下环形喷管喷口气泡发展演化过程进行了初步的实验研究. 为观测研究气体通过环形喷管气泡生长发展过程,在较低压力、较低流速下,采用高速摄影仪记录气泡生长及发展演化过程. 结合对气泡发展演化过程的图像处理与分析,研究分析了环形喷口气泡形成区制、气泡生长过程形态发展特点、以及气泡形成时间及气泡体积变化特点. 研究表明:在本实验气体流量范围内(50.8~237.3 dm3/min),环形喷口气泡发展演化过程呈现较为明显的三周期区制,前泡尾流影响是环形气泡呈三周期区制的主要原因;不同周期内的气泡形成时间具有较稳定规律,并受到流量影响;气泡生长过程中有较为明显的下沉、回升特征;气泡表面张力、液体惯性与流动的共同作用,造成了典型的气泡顶部坍塌现象.      

壁面约束对裙带气泡动力学的影响

基于流体体积法(volume of fluid,VOF),数值模拟了装满黏性液体的圆柱形汽缸中的裙带气泡的浮升运动,研究了侧壁面约束对裙带气泡浮升动力学的影响.用雷诺数(Re)、韦伯数(We)、长宽比(χ)、裙带厚度(T/d)和裙带长度(L/d)等参数来表征不同约束比条件下(1.1≤Cr≤10)裙带气泡的运动和变形特性,分别在全局参考系和局部参考系下分析了壁面对气泡内外流场的影响.模拟结果显示,当Cr≥8时,裙带气泡的行为特性与在无界流域条件下的情况相当,可视作壁面无关的.当Cr8时,壁面对裙带气泡的浮升速度和形状演化有显著影响.随着壁面的靠近,裙带气泡受到的阻力增大,造成浮升速度下降.约束比降低使裙带厚度增厚而长度变短直至裙带消失,裙带气泡受挤压而被拉长并逐渐变为椭圆球帽形最后到子弹形.相反,约束比增大时,裙带气泡尾流效应增强,气泡边缘处流场产生明显的循环流动(涡环),促使裙带的形成.研究表明壁面会加剧裙带气泡产生破碎,印证了前人的推断.模拟结果与已有的经验公式吻合良好,分析了前人公式的适用性.