耳蜗结构对低频信号频散特性的影响

耳蜗是人体最为精密的力学元器件,能处理频率从几十到几万赫兹的声信号.实验研究表明,声波进入耳蜗后,沿着基底膜传播,基底膜能够将不同频率的声信号分散到不同的位置,并为位于基底膜上的毛细胞所感知,就像一个天然的Fourier(傅里叶)滤波器.在von Békésy行波理论框架体系下,基于Manoussaki等的三维螺旋基底膜流固耦合耳蜗模型,考虑耳蜗导管高度和基底膜刚度均为纵向梯度变化,推导出基底膜声波传播的频散方程,分别分析了基底膜刚度和耳蜗导管高度对频散特性的影响.发现耳蜗内淋巴液的存在大大提高了耳蜗对低频信号的处理能力,且捕获频率随基底膜刚度和耳蜗导管高度的减小而降低,两者梯度变化在声信号调制中起协同作用.最后,以人、沙鼠和豚鼠的具体耳蜗参数为例,得到3种生物耳蜗频率-点位图,并验证了低频段模型预测的正确性,比较分析了耳蜗频散功能与生物适应性之间的关系.     

考虑流固耦合效应的某飞行器力学性能分析

考虑流固耦合效应,研究了飞行器在服役状态下的力学特性。本文采用了一种基于CFD/CSD(Computational Fluid Dynamics/Computational Structure Dynamics)耦合的高精度通用静气弹求解器,该求解器可以同时分析飞行器结构的表面气动性能和结构的力学性能,对某一翼身组合体模型进行了静气弹分析,得出弹性飞行器和刚性飞行器的气动压力变化以及结构的应力分布。建模时流体和结构模型都使用翼身组合模型,且都考虑机身的影响。结果表明:发生静气弹变形后,飞行器的升力系数、阻力系数、力矩系数都相应下降;机翼翼根附近会产生较大的应力分布;当飞行器尤其是机翼表面受到弯矩、扭矩以及气动压力的共同作用时,翼根附近会出现复杂的应力分布状态。这说明在静气弹性分析中,机身的建模也是很有必要的。     

添加物对氧化硅凝胶隔热性能影响的实验研究

纯氧化硅气凝胶孔隙率高,易碎且对红外光谱具有较强的选择透过性,高温隔热性能差。加入纤维和遮光剂可以改善材料力学性能和隔热性能,然而纤维的加入会增加气凝胶的固相导热、降低辐射传热,但总的作用是降低气凝胶的隔热性能;加入遮光剂抑制辐射传热的同时会增加固相导热,综合影响效果不仅随着遮光剂的种类、含量和大小的影响,还会随着使用温度变化。本文采用基于瞬态平面法的Hot Disk热常数分析仪在较大的温度范围内测试氧化硅气凝胶添加不同含量的Si02增强纤维和中空球、添加不同粒径和含量的SiC遮光剂对氧化硅纳米多孔材料等效导热系数的影响规律,并对比了添加SiC、ZrO_2和TiO_2遮光剂的遮光效果。     

热应力作用下结构声-振耦合响应数值分析

考察飞行器结构热应力对结构及其内声腔声-振耦合特性的影响,建立考虑热应力因素的声-振耦合动力学有限元方程,对一个典型飞行器结构考虑热应力时的声-振耦合动力学响应进行分析。计算结果表明,热应力的存在对耦合模型的固有频率影响较小,受热应力影响较大的区域主要集中在机头及机身等部位,其固有振动特性有较明显的变化。通过对比结构加速度与内声腔声压级的响应结果发现,热应力的影响主要表现为系统响应幅值及峰值位置的改变。     

地震载荷下岩质边坡动安全系数评价

针对仅以地震波作用中最后时刻或加速度值最大时刻的安全系数作为评价标准的问题,通过强度折减法,借助数值计算获得了地震载荷作用下安全系数的时程曲线。对于使用有限元强度折减法的失效准则,采用三种常用判据相结合的方法来确定安全系数,通过不同模型计算结果的比较,研究了动安全系数与动载荷时程和结构面数量之间的关系。计算结果表明：含结构面的岩质边坡最小安全系数出现时刻较地震波减速度最大值时刻超前,且结构面的存在对于边坡稳定性有着重要影响。最后分析了地震载荷作用下坡高、坡度、结构面倾角对动安全系数的影响,应用极限平衡理论部分验证了数值计算结果,所得安全系数时程曲线可为岩质边坡在地震载荷下的稳定性判断提供参考。     

集中静荷载初始效应对固支梁固有频率的影响

研究了集中静荷载初始效应对于固支梁固有频率的影响,利用能量守恒方程和变分原理,得到了存在初始挠度时梁的振动控制方程。在此基础上,分析得到了存在初始挠度时梁固有频率的解析解,以及存在初始集中静荷载时固支梁的固有频率和固有振型的变化规律,分析比较了高跨比、梁上集中静荷载大小等因素对于固有频率的影响,并开展了相应的室内试验。结果表明:对于同一固支梁,固有频率随梁上静荷载的增大呈线性增大趋势;对于两端固支的3mm梁,初始挠度对固有频率的影响可达到17.3%;随着梁高跨比的减小,初始挠度对固有频率的影响逐渐增大。因此,实际的桥梁结构设计中,应充分考虑初始挠度对固有频率的影响。     

基于多GPU的格子Boltzmann法对槽道湍流的直接数值模拟

采用多GPU并行的格子Boltzmann方法（lattice Boltzmann method, LBM）对充分发展的槽道湍流进行了直接数值模拟．GPU(graphic processing unit)的数据并行单指令多线程（single-instruction multiple-thread, SIMT)特征与LBM完美的并行性相匹配,使得LBM求解器在GPU上运行获得了极高的性能,亦使得大规模DNS(direct numerical simulation)在桌面级计算机上进行成为可能．采用8个GPU,网格数目达到6.7×107,全场网格尺寸Δ+=1.41．模拟3×106个时间步长,用时仅24 h．另外,直接模拟结果无论是在平均流速或湍流统计量上均与Moser等的结果吻合得很好,这也证实了二阶精度的格子Boltzmann法直接模拟湍流的能力与有效性     

考虑化学氧化效应时热障涂层氧化物的生长规律

基于考虑氧化效应的Fick定律以及Voigt均匀性假设的氧化区两相材料的本构关系,开发了ABAQUS用户单元子程序.并基于重构的可反映热障涂层界面真实形貌的二维有限元模型,计算分析了氧化效应对TGO生长规律的影响,以及TC-TGO和BC-TGO界面的应力场分布.结果表明,未考虑氧化效应仅能获得TGO均匀生长的模拟结果,而考虑氧化效应得到了TGO的非均匀生长结果; 且考虑氧化效应相对于不考虑氧化效应时的界面应力处于较高水平. 此外,探索了氧化效应大小对TGO生长的影响规律, 发现氧化效应大则能促进TGO的不规则生长,氧化效应小则相反.     

强度与振动教育部重点实验室近期研究工作进展

1 实验室概况 本实验室于1985年由原国家计委投资建设,主要支撑学科为力学,其中:固体力学为首批博士点、首批国家重点学科.实验室主任和学术委员会主任分别由王铁军教授和杜善义院士担任.实验室总体定位是面向国家重大需求和国际学科前沿,开展应用基础研究.重点研究重大装备、国家安全、交叉边缘及其它领域中的关键力学问题,强调理论、方法与技术创新.主要研究方向为:(1)固体变形与强度理论;(2)复杂系统动力学与振动控制;(3)超轻多功能结构及多场耦合;(4)结构安全与监检测.     

力-压电混合弹性超材料梁的带隙调节特性

为实现宽带低频减振,本文将力振子和串联负电容的压电分流振子分别置于基体上下两侧,设计了混合弹性超材料梁。基于传递矩阵法建立了理论模型,用于计算混合弹性超材料梁的频散关系和动态有效参数,通过有限元法进行了验证。分别采用理论方法和数值方法研究了电路元件参数对混合弹性超材料梁的带隙和振动衰减特性的调节机理,通过与单振子超材料的带隙对比,分析了两种振子间的相互影响。结果表明：电路元件参数主要影响压电分流振子产生的带隙的位置、宽度及带隙内的振动衰减程度;两种振子的带隙重叠区域不一定为通带;两种振子会因为负动态有效刚度范围靠近而相互影响。本研究将为此类超材料的设计提供参考依据。