EXPLORATION AND PRACTICE OF HIGHER ORDER CONSTRUCTION FOR TEACHING OF THEORETICAL MECHANICS1)

课程是人才培养的核心要素,课程质量直接决定人才培养质量。为深入推进课堂教学改革,本文以理论力学课程的教学改革和实践为研究平台,结合学生的高阶思维能力培养和课程目标的高阶性设计思路,讨论了理论力学课程高阶性建设的思路和实践。通过构建"1+4+$N$"的课堂教学体系,梳理课程知识点,将教与学相统一。并以点的合成运动为例,分析了课程高阶性建设的实施路径和策略,从而为提高人才培养质量进行的课程教育教学改革提供一些思路和借鉴。     

Our country over the past 20 years experimental curriculum material mechanics theory and practice of teaching reform

根据国内正式发表的文献,从教学理念改革与探索,教学内容改革与创新,教 学方法改革与实践,教学考核改革与配套,教学设施改善与计算机应用等5个方面, 综述了20年来我国材料力学实验课程教学改革理论与实践,并提出了作者的建议.     

以《力学设计与操作》课程为例，浅谈力学创新实践型教学

面对新一轮科技革命和产业变革,培养实践水平与创新能力兼具的工程人才,必须落实到课程改革．本文提出了一种力学创新实践型教学模式,以学生为中心,成果为导向,从知识、能力、价值观三个层次的培养目标出发,通过开设《力学设计与操作》课程实现对教学设计的具体实施．经过七年的持续优化改进迭代,将“学与做”稳固结合,注重理论授课与竞赛促学的反馈优化调整,发展了优质本科生科创团队,教学成果显著,深受学生欢迎．本文是对该课程的介绍、分析与总结,希望对我国“新工科”建设背景下创新型的卓越工程人才课程改革起借鉴作用．     

飞行器非线性气动伺服弹性力学

现代飞行器日益呈现结构轻质化、控制系统宽通带和高权限的发展趋势. 因此, 非定常气动力、柔性结构和主动控制系统三者间的耦合力学成为重要的研究领域. 自20世纪80年代起, 航空界开始关注受控飞行器的气动弹性稳定性以及主动控制问题, 但对气动/结构的非线性效应、控制回路时滞对受控飞行器动力学行为的影响规律研究尚不充分. 研究这些影响规律不仅涉及非线性、高维数、多变参数和时滞效应等难题, 而且必须面对空气动力、飞行器结构、驱动机构、控制系统之间的强耦合问题. 其中的前沿难题是: 发展非线性气动伺服弹性动力学建模理论, 揭示上述因素诱发受控气动弹性振动的动力学机理, 开展气动伺服弹性控制风洞实验. 本文针对非线性气动伺服弹性力学所涉及的非线性非定常气动力建模、非线性结构动力学、气动伺服弹性控制律设计、气动伺服弹性实验, 总结相关研究现状和最新进展, 特别是近年来作者学术团队的研究成果, 并对进一步研究给出若干建议.      

A nonlinear analysis framework for bluff-body aerodynamics: A Volterra representation of the solution of Navier-Stokes equations

A nonlinear analysis framework for bluff-body aerodynamics based on Volterra theory is introduced to capture the linear and nonlinear aerodynamic effects. The Volterra kernels based on the impulse function concept are identified by way of the simulation of Navier-Stokes equations using computational fluid dynamics (CFD). The computational schemes used here are validated through theoretical consideration, i.e., Blasius solution for the steady-state and Theodorsen solution for the system dynamic-state simulation. The source of nonlinearities in the aerodynamics of bluff bodies is systematically investigated. The simulation of bluff-body aerodynamics based on the Volterra reduced-order modeling scheme is obtained by the convolution of the identified kernels with the external inputs, e.g., turbulent inflow or body motion for aerodynamic or aeroelastic response, respectively. It is demonstrated that the Volterra theory-based nonlinear analysis framework for bluff-body aerodynamics combined with the identification of kernels using CFD promises to capture the salient features of bluff-body aerodynamics and offers an accurate reduced-order approximation of the Navier-Stokes equations with reduced level of computational effort.     

基础力学课程考试改革应充分反映课程的教学要求

通过对现行基础力学课程考试中存在的问题和近年来基础力学考试改革现状的分析, 根据基础力学课程内容多、课时多、修课人数多的特点, 提出了基础力学考试改革的新理念 和操作方法, 指出基础力学考试改革应充分反映课程 的教学要求, 而且应有利于对课程教与学的良性促进.     

转子系统非线性动力学DEM建模研究

将DEM方法引入转子系统非线性动力学的分析计算,对其建模过程和有关本构关系,作了比较详尽的介绍。该模型可用于碰摩、弯曲振动和扭转振动等转子系统的大部分动力学和运动学问题分析计算,不仅适用于单跨转子系统,也适用于多跨转子系统,尤其是在碰摩计算时,可考虑其摩擦特性随时间历程而变的特点,从而使分析计算更加接近实际情况。     

近空间高超声速飞行器气动特性研究的若干关键问题

在30$\sim$70km空域机动飞行的高超声速飞行器的优点是可以耦合利用所处空域的空气产生的升力和高速飞行的离心力进行远距离机动滑翔飞行,具有重要的实用价值.尽管过去数十年在高超声速流动研究方面取得显著进展,但在设计研究近空间远程滑翔的高超声速飞行器方面仍然存在许多挑战,特别是对特定飞行条件下的流动机理了解不清楚.本文介绍了作者研究团队在开展近空间高超声速飞行器有关的关键气动问题方面的研究进展,主要包括:建立了近空间高超声速飞行的流动模型,发展了系统的相关计算空气动力学方法,针对高空高速飞行条件下稀薄气体效应和真实气体效应的耦合作用影响研究了合适的滑移边界条件,考虑了不同组分存在条件下的温度、速度和压力的滑移效应影响;提出了飞行器气动外形的动态优化方法,获得了可工程实用化的高升阻比飞行器气动外形;建立了高速飞行器动稳定性理论,在实现高超声速飞行器动态稳定飞行方面取得重大进展;最后讨论了高超声速飞行器设计中进一步需要关注的若干关键技术和科学问题、可能解决的途径及其所涉及的学科发展方向.      

RESEARCH OF AERO-DAMPING FOR BLUNT WITH SPIKE

基于模态数据和准定常理论,建立了减阻盘-杆-后体这一弹性结构的气动阻尼分析方法;通过刚性模型的动导数风洞试验获得气动阻尼以验证方法可靠性后,计算分析了减阻杆结构在指定工况的气动阻尼特性. 结果表明： 所建方法可用于减阻杆系统的气动阻尼计算;计算工况的气动阻尼值均为正值,对减阻杆系统的振动起抑制作用;存在产生负气动阻尼的影响因素,各项因素对气动阻尼影响的量值有所不同,有待进一步研究.     

减阻杆气动阻尼研究

基于模态数据和准定常理论,建立了减阻盘-杆-后体这一弹性结构的气动阻尼分析方法;通过刚性模型的动导数风洞试验获得气动阻尼以验证方法可靠性后,计算分析了减阻杆结构在指定工况的气动阻尼特性. 结果表明: 所建方法可用于减阻杆系统的气动阻尼计算;计算工况的气动阻尼值均为正值,对减阻杆系统的振动起抑制作用;存在产生负气动阻尼的影响因素,各项因素对气动阻尼影响的量值有所不同,有待进一步研究.      

基于气动力辨识的ASE模型降阶研究

CFD/CSD耦合计算能够准确预测跨音速段飞行器弹性振动的非定常气动力, 但其带来的巨大 计算量及高阶维数不利于气动弹性系统的分析与综合. 针对于此,采用系统辨识及 均衡截断技术对高阶气动伺服弹性模型进行降阶处理,并利用所得到的低阶模型进行系统综 合：(1) 基于Volterra级数气动力辨识技术,得到非定常气动力的时域降阶模型(ROM), 耦合结构动力学模型及控制机构动力学模型获得气动伺服弹性(ASE)状态空间方 程;(2) 利用均衡截段法对时域ASE模型进行进一步降阶,得到能够较真实反映所关心频域内系统响应 的低阶ASE模型;(3) 针对建模误差和降阶误差存在造成的系统不确定性问题,结合降阶模型 采用混合灵敏度$H_{\infty}$控制方法设计颤振主动抑制鲁棒控制律,保证其作用 于真实系统的有效性;对控制器进行 均衡阶段降阶并保持其鲁棒性,得到低阶鲁棒的颤振抑制控制器. 最后利用典型的BACT模型 进行气动伺服弹性的降阶及主动颤振抑制控制,仿真结果表明,基于ROM建立的低阶气动弹 性模型能够较真实地反应系统的颤振特性;而基于截断后的降阶模型所设计的低阶鲁棒控制 器能够有效应用于存在不确定性摄动的实际系统,并将系统颤振速度提高36%.     

一类双自由度碰振系统运动分析

基于Poincare映射方法对一类两自由度碰撞系统进行了分析。经过详细的理论演算得到单碰周期n的次谐运动的存在性判据和稳定性条件,给出计算Jacobi矩阵特征值的公式。数值模拟表明,该方法具有令人满意的结果。此外,还讨论了当不满足所提出的单碰周期n次谐运动的存在性条件时,可能会出现的运动形式。     

龙滩水电站左岸边坡工程地质研究及蠕变体B区岩体质量评价

蠕变体B区边坡位于龙滩水库上游侧,是典型的层状反倾岩质边坡。由于风化卸荷以及其他综合营力的作用,边坡已发生了明显的折断错滑变形,因而其稳定性受到极大关注。本文的目的是在研究边坡构造特征的基础上,从岩体质量的角度认识蠕变体B区边坡的稳定性,为进一步边坡定量、定性分析提供科学依据。同时本文还对现有的岩体质量评价方法进行了讨论,并提出了动态岩体质量评价方法的概念。     

基于声发射技术对螺栓连接结构微动磨损影响因素的研究

根据微动理论,运用声发射技术分别从预紧扭矩、激励加速度及频率3方面对螺栓连接结构的微动磨损影响因素进行了研究.结果表明:可以运用声发射技术来表征螺栓连接结构的微动磨损程度;预紧扭矩是影响螺栓连接结构微动磨损的主要因素;激励加速度对磨损程度的影响取决于螺栓连接状态;激励频率的影响尚需借助于其他手段做进一步研究.     

TEACHING OF OPTIMAL CONTROL 1)

最优控制课程是控制科学与工程学科研究生学位必修课,同时也是力学(特别是动力学与控制方向)学位课,是一门具有理论深度和广泛工程应用的基础课。本文围绕如何提高课程教学质量、培养学生学习兴趣和创新能力的问题,对最优控制课程的教改核心、教学目标、教学内容、教学材料和教学方法等展开讨论。部分教改措施(如研讨式教学和BOPPPS教学结构)已应用于课程实践且取得良好效果。     

TEACHING AND ASSESSMENT PRACTICE OF THE COURSE OF THEORETICAL MECHANICS UNITING FOUR TYPES OF CLASSROOMS1)

探讨了一种在新兴教育技术下传统课堂、在线课堂、雨课堂和翻转课堂"四堂融合"的混合式理论力学教学方法,并进行基于此模式的考核模式改革,显著提高了学生的学习成绩,提高了课堂教学成效,取得了良好的教学效果。这种教学和考核模式改革给当代理论力学课堂教学改革提供了一种思路。     

Optimization of the shapes of obstacles in jet-separation flow

The model of an ideal incompressible fluid is used to study the solvability of optimal control problems for the shape of a nozzle which discharges free-boundary fluid flow with and without accounting for gravity (internal aerodynamics) and shape optimization problems for an obstacle with jet separation (external aerodynamics). The qualitative properties of such flows are studied. __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika i Tekhnicheskaya Fizika, Vol. 48, No. 3, pp. 30–39, May–June, 2007.     

断陷盆地层滑带的发育特征及矿山开发条件下的再变形分析

层滑带在华北断陷盆地中具有普遍性,是影响地下矿山工程围岩稳定的重要因素之一。本文以鲁西矿区为例,阐述了断陷盆地层滑带的发育特征及其形成机制,进行了开挖、运营条件下层滑带再变形分析,并指出了层滑带发育区巷道设计及维护中应注意的某些问题。