竹蜻蜒与回旋镖

叙述竹蜻蜓和回旋镖的来历、二者的联系和力学原理.附录中给出回旋镖运动规律的理论计算.     

纸飞机

用一张纸叠成的纸飞机常常会引起许多成年人愉快童年的回忆,著名力学家张维院士生前在回忆与钱学森先生幼时同窗时讲到$^{[1]}$:``记得当时小学生中盛行一种游戏是扔纸镖,看谁扔得远. 纸镖是用一张方纸,依对角线折成一个长而尖、象箭似的飞镖. 每次比赛,学森的镖总是飞得比别人远而取胜. 原因就是他非常仔细并精致地折叠纸镖,使它对称而且折缝平整,因而飞镖掷出去,飞得平稳且远. '事实上,一张小小纸片叠成的飞机在给我们童年带来快乐的同时,也蕴含有包括空气动力学在内的许多科学问题.     

质量任意分布下的柔性转子过临界点时的瞬态响应

本文首先将Riccati传递矩阵法和正、逆回旋运动分解理论应用于有阻尼的分布质量转子的复特征问题计算，求出系统各阶正、逆回旋临界速度（也称临界点）及相应振型然后作者对广义阻尼模态理论作了引伸和发展，结合Bogoliubov-Mitropolskii渐近法，建立起一阶微分方程组，计算不平衡柔性转子分别在正、逆回旋下通过各阶临界点的非线性、非定常瞬态响应，还深入分析了转子相继通过两十分邻近的临界点时发生的耦合现象。     

基于CFD-DEM的高炉风口回旋区形状和传热特性数值模拟研究

采用计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)耦合方法,对高炉风口回旋区进行了数值模拟研究。首先通过与实验结果对比,验证了CFD-DEM模型的正确性;然后考察了不同气速对风口回旋区形状和传热特性及颗粒接触的影响。数值模拟结果表明:风口回旋区的大小和形状均受气速影响较大,在较大进气速度下,颗粒受到的曳力大于颗粒间的摩擦阻力并破坏颗粒间的桥力,形成较大尺寸的回旋区;且颗粒之间接触力较小,形成较大的空隙结构,更有利于热气体向周围扩散以强化传热。目前考察的三种气速结果表明:当气速为11m/s时,热量向下方传递速度最快;当气速为13m/s时,热量向上方传递速度最快;而当气速为15m/s时,热量向右方传递速度最快;此外,气速越大流态化越明显,颗粒间接触越少,接触力也越小。     

共振线附近粒子运动的非线性行为

本文利用非线性力学中的渐近方法,分析了N度对称回旋加速器ν_x=1共振线附近的粒子运动行为,并利用劳斯一胡维茨判据讨论了系统的稳定性.对N=4的情形,导出了临界扰动场的一次谐波振幅和二次谐波梯度振幅.     

回旋流型流化床垃圾焚烧炉及其冷态空流场的数值分析

从固体废弃物减量化、无害化与资源化处置的要求出发，本文探讨了回旋流型流化床技术及其在城市垃圾处理中的应用问题。分析了回旋流型流化床垃圾焚烧炉的流态及炉内冷态空流场的特性。数值计算结果表明各风室间流化速度的配置是确保炉内气体流动组织恰当的重要因素。     

回旋流型流化床垃圾焚烧炉及其冷态空流场的数值分析

从固体废弃物减量化、无害化与资源化处置的要求出发,本文探讨了回旋流型流化床技术及其在城市垃圾处理中的应用问题。分析了回旋流型流化床垃圾焚烧炉的流态及炉内冷态空流场的特性。数值计算结果表明各风室间流化速度的配置是确保炉内气体流动组织恰当的重要因素。     

电子束心的横向运动及Corkscrew运动

由于轴向引导磁场的存在，直线感应加速器中当束轴与磁轴有夹角时，电子束片的质心要发生磁回旋运动。当电子束存在能散度时，束心的磁回旋运动要演变成束心的Ｃｏｒｋｓｃｒｅｗ运动。利用解析分析法求出束心的运动轨道。给出电子束有效半径表达式并讨论抑制Ｃｏｒｋｓｃｒｅｗ运动的方法。     

回肇流型流化床垃圾焚烧炉及其冷态空流场的数值分析

从固体废谟物减量化、无害化与资源化处置的要求出发，本探讨了回旋流型流化床技术及其在城市垃圾处理的应用问题。分析了回旋流型流人垃圾焚烧炉的流态及炉内冷态及炉内冷态空流场的特性。数值计算结果表明各风室间流铧速度的配置是确保炉内气体流动组织恰当的重要因素。     

粒子穿越V_x=4/3共振线的动力学特征

文献[1]分析了四度对称径向扇回旋加速器ν_x=1附近的粒子运动行为,本文进一步分析粒子穿越ν_x=4/3共振线的动力学特征。线性分析表明,当质子加速到150 MeV以上时,它将穿过ν_x=4/3这条共振线。对于四度对称回旋加速器,ν_x=4/3正是这个     

平面薄壁回旋曲线梁变形分析

薄壁缓和曲线梁在桥梁工程中存在广泛应用,其力学特性复杂,变形分析困难.基于Vlasov薄壁梁理论,假定曲梁截面形心和剪心重合,并忽略剪切变形的影响,建立了回旋线型等截面薄壁缓和曲线梁的变形微分方程,并与已有模型进行对比分析.该模型平面内变形与平面外变形是不耦联的,可以独立求解.采用微分求积法求解该模型,给出一两端固定的回旋曲线梁在自重作用下的变形算例,进行平面外的变形和内力反应分析,并给出了相应的结论.     

磁约束聚变堆中的润滑研究

核聚变反应可以提供近乎无限的能源,且是1种安全清洁的方式.磁约束核聚变通过强磁场约束高温高密度氘氚等离子体放电发生聚变反应产生能源,其装备结构复杂且服役环境恶劣.服役于磁约束聚变装置中的活动部件使用的润滑材料不仅面临着摩擦磨损还要承受聚变装置高低温、真空以及辐射环境.本文中系统地总结了磁约束聚变装置发展过程中真空室、超导磁场、离子回旋加热系统和遥操作系统等各个部件面临的润滑挑战以及解决方案,并对未来商用磁约束聚变堆所需润滑材料与技术进行了展望.     

波射入等离子体的方式对波加热的影响

本文讨论了电子回旋波加热托卡马克等离子体问题,指出在考虑波加热时,除了要计算寻常波和非常波在等离子体内部的吸收效率外,还应计算入射电磁波从真空投射到磁化等离子休表面时,在边界处分裂成寻常波和非常波的能量分配。 数值计算结果表明,在入射角θ_i较小的情况下,当入射波的电场E~i平行入射平面时,入射波的能量主要转移为寻常波的能量,此时,寻常波的加热是有效的.当E~i垂直入射平面时,入射波的能量主要转移为非常波的能量,此时非常波的加热才是有效的。     

掺氮类金刚石薄膜的纳米力学及纳米摩擦特性研究

利用微波电子回旋共振化学气相沉积技术制备了不同氮掺杂量的类金刚石(DLC)薄膜,采用俄歇电子能谱仪、Raman光谱仪和Hysitron型纳米力学测试系统对掺氮类金刚石薄膜的化学成分和结构、纳米力学及其纳米摩擦特性进行研究.结果表明:反应气体中氮气流量比例越大,类金刚石薄膜中的氮含量越高;随着薄膜中氮含量增加,掺氮类金刚石薄膜中sp3比例下降,sp2比例明显增加,而薄膜的纳米力学性能如纳米硬度和弹性模量明显下降;纳米划擦试验中的划痕深度与薄膜中氮含量有关,当载荷相同时,氮含量越高,所对应的划痕深度越深;名义摩擦系数(LF/NF)随着载荷增加而增大;当载荷相同时,摩擦系数与沉积膜中的氮含量无关.     

卷首语

举世瞩目的2008北京奥林匹克运动会就要开幕了,在中华民族期盼了百年的振奋人心的时刻,在我国力学工作者的大力支持下,《力学与实践》隆重推出了奥运专刊。 奥林匹克运动追求"更高、更快、更强"的宗旨,也是人类对力学认识不断深入和实践的过程。牛顿曾经说过"自然的一切现象,完全可以根据力学的原理用相似的推理一一演示出来。"力学作为人类认识自然界外力作用规律的智慧结晶,与奥林匹克运动有着固有的密不可分的关系。我们将通过介绍力学在奥林匹克体育运动中的应用,一方面让读者从力学的角度更加了解奥林匹克运动的奥秘和魅力,为2008北京奥运会加油,另一方面也借助奥运的广泛号召力传播力学的科普知识,让"科技奥运"理念更加深入人心。 本期奥运专刊将从力学的角度向读者展示和回答与奥林匹克运动会有关的以下问题： 奥林匹亚的火炬能够狂风吹不熄,暴雨浇不灭,高山缺氧无损其亮度,其内部结构与燃烧系统蕴含哪些力学奥秘？ 独特结构的鸟巢--国家体育场、晶莹剔透的水立方--国家游泳中心、富于动感的中国折扇--国家体育馆……。你知道这些复杂结构的奥林匹克场馆的内部应力是怎样分析计算的？它们的强度、刚度和稳定性又如何得到保证？ 用力学概念、原理与方法对人体运动规律进行研究的学科--运动生物力学。你知道这门科学的历史、现状、发展前景以及对保护运动员、提高运动成绩所产生的神奇的作用吗？ 在运动装备和器械方面,挑战流体最低阻力极限的"鲨鱼皮"泳装、由力学性能优化带来的标枪结构演变、从木质、竹制杆到金属杆再到当代最先进的复合材料跳高撑杆……运动器械革命性的改进带来运动成绩革命性的突破,带来竞技体育激烈性与观赏性的大幅度提高。奥运盛会不仅是身体素质、运动技巧与能力的竞技舞台,更是国家科技与经济等整体实力比拼的宏大"战场"。 在观赏运动项目时,我们常常惊叹,足球运动员为什么能踢出"香蕉球"绕过人墙？跳水运动员为什么能在空中不受外力时改变自身转轴？排球下落轨迹为什么会飘忽不定？粗糙的高尔夫球为什么比光滑的飞得更远？ 我们还将展示中国功夫、踢毽子、竹蜻蜓、回旋镖、抖空竹等这些具有中国特色的运动项目的力学奥妙,揭示数千年东方古代灿烂文明和现代高科技融合的神奇和魅力。 在同一个世界,同一个梦想的召唤下,2008北京奥林匹克运动会来了,让我们和全世界的朋友们一起迎接这一伟大的时刻,共享这一历史盛会的快乐。     

卷首语

举世瞩目的2008北京奥林匹克运动会就要开幕了，在中华民族期盼了百年的振奋人心的时刻，在我国力学工作者的大力支持下，《力学与实践》隆重推出了奥运专刊。 奥林匹克运动追求"更高、更快、更强"的宗旨，也是人类对力学认识不断深入和实践的过程。牛顿曾经说过"自然的一切现象，完全可以根据力学的原理用相似的推理一一演示出来。"力学作为人类认识自然界外力作用规律的智慧结晶，与奥林匹克运动有着固有的密不可分的关系。我们将通过介绍力学在奥林匹克体育运动中的应用，一方面让读者从力学的角度更加了解奥林匹克运动的奥秘和魅力，为2008北京奥运会加油，另一方面也借助奥运的广泛号召力传播力学的科普知识，让"科技奥运"理念更加深入人心。 本期奥运专刊将从力学的角度向读者展示和回答与奥林匹克运动会有关的以下问题： 奥林匹亚的火炬能够狂风吹不熄，暴雨浇不灭，高山缺氧无损其亮度，其内部结构与燃烧系统蕴含哪些力学奥秘？ 独特结构的鸟巢--国家体育场、晶莹剔透的水立方--国家游泳中心、富于动感的中国折扇--国家体育馆……。你知道这些复杂结构的奥林匹克场馆的内部应力是怎样分析计算的？它们的强度、刚度和稳定性又如何得到保证？ 用力学概念、原理与方法对人体运动规律进行研究的学科--运动生物力学。你知道这门科学的历史、现状、发展前景以及对保护运动员、提高运动成绩所产生的神奇的作用吗？ 在运动装备和器械方面，挑战流体最低阻力极限的"鲨鱼皮"泳装、由力学性能优化带来的标枪结构演变、从木质、竹制杆到金属杆再到当代最先进的复合材料跳高撑杆……运动器械革命性的改进带来运动成绩革命性的突破，带来竞技体育激烈性与观赏性的大幅度提高。奥运盛会不仅是身体素质、运动技巧与能力的竞技舞台，更是国家科技与经济等整体实力比拼的宏大"战场"。 在观赏运动项目时，我们常常惊叹，足球运动员为什么能踢出"香蕉球"绕过人墙？跳水运动员为什么能在空中不受外力时改变自身转轴？排球下落轨迹为什么会飘忽不定？粗糙的高尔夫球为什么比光滑的飞得更远？ 我们还将展示中国功夫、踢毽子、竹蜻蜓、回旋镖、抖空竹等这些具有中国特色的运动项目的力学奥妙，揭示数千年东方古代灿烂文明和现代高科技融合的神奇和魅力。 在同一个世界，同一个梦想的召唤下，2008北京奥林匹克运动会来了，让我们和全世界的朋友们一起迎接这一伟大的时刻，共享这一历史盛会的快乐。     

振动力学双语教学实践与思考

总结了有关的振动力学双语教学工作. 首先探讨了双语教学的重要性和目标. 随后介绍教学班、教材选用、教学内容和为提高双语教学质量所采取的措施. 最后分析了学生的意见反馈.     

稳定分层流动中湍流特性的研究综述

本文总结了近60 年来分层流动中湍流特性研究的成果. 主要从两个方面进行了综述:(1) 分层流动中湍流场的演变和混合. 在这方面主要分析稳定分层对湍流混合和湍流结构的影响, 以及混合层内湍流结构的特性和混合层的演化规律. (2) 分层流动中湍流的扩散和输运. 动量和标量的逆梯度输运特性是分层湍流研究的一个重要方向;分析分层对湍流扩散的影响. 并指出了一些值得今后进一步研究的方向.     

不平衡量对非线性多转子系统动力特性的影响

用近代非线性动力学理论分析了弹性支承有间隙和摩擦的非线性刚性多转子系统的复杂运动.建立了支座有间隙和有摩擦的弹性支承的力学模型.导出了这类多转子系统的运动微分方程组.用数值方法得到系统在某些参数区域内的轴心轨迹图,Poincare映射图和分岔图等.以转子不平衡量为控制参数讨论了进出混沌区的不同路径和系统各种形式的拟周期,倍周期和混沌运动.分析结果为定性地改善转子系统的稳定运行状态提供了理论依据.     

单一水平轴风电机组尾迹的模拟方法与流动机理研究综述

为实现碳达峰、碳中和“3060”目标, 风能将在我国能源体系发挥重要作用. 风力机尾迹是影响风电性能和度电成本的关键因素, 需在风力机布置和控制设计中充分考虑. 本文首先介绍风力机尾迹的数值模拟方法, 包括解析模型、低阶模型、大涡模拟和来流湍流生成方法. 解析模型和低阶模型可快速计算风力机尾迹, 但依赖于模型参数, 且不能或不能准确预测尾迹湍流特性. 结合风力机参数化模型的大涡模拟可准确预测尾迹蜿蜒等湍流特征, 是流动机理研究的有力工具, 可为发展快速预测模型提供数据和理论支撑. 接着, 本文介绍了叶尖涡、中心涡和尾迹蜿蜒并讨论其产生机理. 对于湍流来流, 叶尖涡主要存在于近尾迹. 蜿蜒是远尾迹的主要特征, 影响下游风力机的来流特征. 尾迹蜿蜒的产生有两种机制: 来流大尺度涡和剪切层失稳. 数值和观测结果显示两种机制共同存在. 机舱和中心涡对尾迹蜿蜒有重要影响. 采用叶片和机舱的致动面模型可准确预测尾迹蜿蜒. 研究显示不同风力机尾迹间的湍流特征存在相似性, 为发展尾迹湍流的快速预测模型提供了理论依据. 当前研究多关注平坦地形上的风力机尾迹, 复杂地形和海洋环境下的大气湍流和风力机尾迹的机理复杂, 现有工程模型无法准确预测, 有待深入研究.