Pansystems Analysis: Mathematics, Methodology, Relativity and Dialectical Thinking

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｓａｎｅｎｒｏｌｌｅｄｎｅｗｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅｉｎＣｈｉｎｅｓｅｌｉｂｒａｒｙｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｐａｎｓｙｓｔｅｍｓｔｈｅｏｒｙｉｓａｔｒａｎｓｆｉｅｌｄｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｎｅｔｗｏｒｋ＿ｌｉｋｅｒｅｓｅａｒｃｈｗｉｔｈｔｈｅｅｍｐｈａｓｉｓｏｎｐａｎｓｙｓｔｅｍｓ ,ｗｈｉｃｈｅｘｐｌｏｒｅｓｃｅｒｔａｉｎｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓｏｆｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｔｈｉｎｋｉｎｇ ,ｓｙｓｔｅｍｓｔｈｉｎｋｉｎｇ ,ｄｉａｌｅｃｔｉｃａｌｔｈｉｎｋｉｎｇａｎｄｐｏｅ…     

Problems of dynamic fracture mechanics without contact of the crack faces

Conclusion In this, the first part of the survey we have discussed only certain aspects of dynamic fracture mechanics. The surveyed material has been selected with a preference for the most highly developed parts of the theory, specifically those elements which have direct bearing on the second part of the survey. We have also included information on the dynamic fracture mechanics of initially stressed materials, in the development of which one of the authors has been a major contributor.Since many problems of dynamic fracture mechanics have been overlooked in the survey, we have added supplementary references to the literature. Various aspects of the strength and fracture of materials under dynamic loading are set forth in [11, 12, 40, 57, 60, 73, 80, 83]. Criteria of the initiation, motion, branching, and arrest of cracks are discussed in [7, 9, 60, 102, 111, 113, 124]. Among the most interesting elements of dynamic fracture mechanics are the problems of crack propagation. Certain analytical results pertinent to this topic have been obtained in [43–45, 47, 67–72, 78, 87, 92, 96, 97].S. P. Timoshenko Institute of Mechanics, National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev. Highway Engineering University, Kharkov. Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 30, No. 10, pp. 3–28, October, 1994.     

定向断裂双孔爆破裂纹扩展的动态行为

利用爆炸加载动态焦散线测试系统,研究了双炮孔切槽方式下、同时起爆、两炮孔间贯穿裂纹和炮 孔外侧裂纹扩展的动态行为。实验结果表明:贯穿裂纹尖端并未直接相遇,而是一上一下,相遇后继续扩展, 并向异方已有的裂纹方向移近。裂纹扩展速度和加速度均呈现波浪起伏式的涨落变化。同一条裂纹扩展的 速度和加速度的峰值交替出现,加速度先达到峰值,速度再达到峰值。动态应力强度因子KⅠ 由最大值迅速 减小,然后经过反复振荡后,又逐渐增大,并达到第2个峰值,之后开始减小。裂纹扩展的过程中,KⅡ 基本都 小于KⅠ 。贯穿裂纹尖端的动态应力强度因子大于外侧裂纹的。动态能量释放率由最大值迅速减小,振荡变 化后第2次达到峰值,又逐渐减小。     

Visual representation of the kinematics of the continuum

The purpose of this paper is to present some experimentally determined properties of the continuum. The development starts with the illustration of deformed shapes, or metamorphoses, and the introduction of the concept of displacement. From there on, the development follows the classic mechanics-of-continuum presentation, spatial and time derivatives of displacement, strains, stresses and rigid rotations. To unify the presentation, all considerations are applied to the case of a circular ring subjected to diametral compression. Particular advantage is taken of grids, moiré, brittle-coatings and photoelasticity methods to obtain the physical representations of the properties. The following loci are considered: isokinetics, isothetics, isogonics, isoclinics of displacement, displacement trajectories, loci of partial derivative, isogyros, isotenics, isochromatics, isoclinics of strain and stress, isostatics, isopachics, isobars, isostrophics and isoentatics. The understanding of the properties of these fields helps in the visualization of the mechanics of the continuum, in general, and may prove to be particularly useful in the fields of plasticity and finite strain.     

沉底装药水中爆炸现象的实验研究

为获得沉底装药水中爆炸冲击波传播和气泡运动的一般规律,设计开展了沉底装药水中爆炸原理 性实验,通过观测记录装药沉底爆炸作用过程,并与装药自由场水中爆炸进行对比分析,得到主要结论:沉底 装药水中爆炸存在冲击波水底反射、气泡运动形成水底射流等复杂的载荷效应;沉底爆炸气泡呈半球形依附 在水底并同时急剧膨胀,其在收缩运动中连带水底介质颗粒迅速上浮,同时,气泡形状在水底射流作用下发生 显著变化;沉底爆炸冲击波压力呈指数衰减规律,无明显二次压力波,但由于水底介质作用而形成较强的水底 反射冲击波,一般使得迭加后的冲击波峰值压力高于入射波阵面压力。     

激光聚焦击穿液体的爆炸气泡特性

高功率激光聚焦击穿液体介质,类似于聚焦区域发生了微爆炸.研究了激光聚焦击穿爆炸与水下微爆炸之间的相似性.采用高功率脉冲激光器、光学聚焦系统、高速摄像、测量水听器建立了激光击穿爆炸源的产生及爆炸气泡、爆炸声波特性测量系统.对不同参数激光聚焦击穿水、酒精、硅油等粘性液体,观测到了激光击穿爆炸冲击波、气泡脉动、气泡压缩冲击波...     

LEONARDO DA VINCI AND FLUID MECHANICS 1)

旷世全才列奥纳多·达·芬奇(Leonardo da Vinci),被世人誉为画家、雕刻家、天文学家、发明家、音乐家、数学家、解剖学家、生理学家、地质学家、植物学家、作家、军事、建筑工程和制图师,是意大利文艺复兴时期人文主义的代表人物。本文对其流体力学相关思想及湍流、飞行、波浪和风暴等几个方面的研究贡献进行梳理,认为他是流体力学科学研究的先驱和奠基人,也是一位“流体力学家”。     

液体的爆炸抛撒特征

针对液体爆炸抛撒过程设计了实验装置,利用高速摄像仪进行记录。通过研究不同中心装药量和 填充液体的抛撒过程,发现在壳体破裂后,液体沿裂缝处向外飞散。药量较小时,液体分散成树枝状形态,然 后破碎成液滴;药量较大时,则形成液体环状区。对于不同粘度的液体,环状区分别由小液滴及已雾化、汽化 的液体,或大液滴、液体丝及液膜等组成,抛撒过程中其宽度越来越大,大液滴、液体丝及液膜等也逐渐破碎成 细小的液滴。     

Fatigue strength of metallic and composite materials under repeated tension-compression

The fatigue strength of metallic and composite materials under combined static and cyclic loading is analyzed. The analysis is based on limit-state models, which allow us to describe limiting-stress diagrams of all known shapes, including convex, rectilinear, S-shaped, and concave. The fatigue strength of the following materials is evaluated: carbon and alloy steels, aluminum alloys, creep-resistant nickel alloys, unidirectional composites, plastic laminates, glassfiber-reinforced plastics, and polymers. The calculated results and experimental data are in satisfactory agreement __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 42, No. 1, pp. 48–58, January 2006.     

Nonlinear Dynamical Systems in Speech Perception and Production

Research examining the nonlinear, dynamical-systems aspects of speech production and perception is reviewed. Examples are provided from studies of phonation, speech respiration, vocal tract acoustics, speech gestures, and auditory-phonetic perception. Results support a conclusion that nonlinear, dynamical system behaviors and principles are represented in speech production and perception at several levels of system behavior. The results are interpreted as suggesting that the communicative distinctions in speech are represented in task-relevant, order parameters which are preserved over a wide range of sets of task-irrelevant, control parameters. The control parameters, in turn, define the domains of behavior for each of the relevant acoustic, biological, or psychological systems. More specifically, it is proposed that speech order parameters may be understood in terms of collective variables defined, in production, over the degrees of, and opening/closing rates of, the vocal tract and, in perception, over the rates, amounts, and relative phases of the broad-band temporal modulations in speech signals.     

INVESTIGATION AND APPLICATIONS OF PANSYSTEMS RECOGNITION THEORY AND PANSYSTEMS-OPERATIONS RESEARCH OF LARGE-SCALE SYSTEMS(Ⅱ)

Forming a connecting link between what goes before and comes after,this papersummarizes the general framework of pansystems methodology and related mathematicalmodelling of fundamental concepts including generalized systems,structure,function,entirety principle of system,pansystems relations,pantransformations,panderivatives,pansymmetries,generalized quantization,etc.     

折纸结构和折纸超材料动力学研究进展

折纸结构和折纸超材料由于其无穷的设计空间,突出的变形状、变大小、变拓扑特性,以及由折叠诱发的超常规力学特性,在最近几年迅速成为数学、物理和工程学科的研究前沿和热点.折纸结构和折纸超材料在航天、医疗、材料、机器人等众多工程领域具有广泛的应用前景,其典型的代表包括大型空间可展开结构、自折叠可重构机器人、微型可折叠器械等.随...     

邻近隧道掘进爆破对既有隧道的影响

结合在建的贵昆线六盘水至沾益段增建Ⅱ线扒挪块隧道开挖工程,采用动力有限元程序建立了3 维模型,对贵昆线狮子口隧道混凝土衬砌的质点振动速度以及应力分布情况进行了计算。计算结果表明,在 整个考察范围内,垂直方向振速峰值比其他2个方向上的振速峰值大,但在拱顶以及底板单元的主要拉伸应 力为水平方向,说明垂直振速并不能完全代表围岩的受力状况。在实际工程中,不仅要控制爆破振动速度,而 且对围岩的受力状况也要进行分析。计算最大振速为4.94cm/s,小于工程要求的5.00cm/s;拱顶最大拉伸 应力为0.54MPa,既有隧道混凝土衬砌没有受到破坏。     

EVALUATION OF DEGENERATE SCALE FOR N-GON CONFIGURATION IN ANTIPLANE ELASTICITY

This paper provides a solution for the degenerate scale for N-gon configuration in antiplane elasticity using the conformal mapping function, and the lower and upper bounds for the degenerate scale for N = 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 20, 30, 40, 50, 100, 150 and 200, are evaluated.     

不同装药战斗部壳体对水中兵器的爆炸威力

通过对裸炸药和带壳战斗部在无限水域中水下爆炸的实验研究,对比分析了炸药的冲击波峰值压力、比冲击波能、比气泡能、总比能量及相对比总能量等爆炸特性参数。结果表明:不同装药爆炸后峰值压力从大到小分别是热塑梯黑铝、熔梯黑铝、复合PBX、TNT,其他对比参数从大到小分别是复合PBX、熔梯黑铝、热塑梯黑铝、TNT;带壳战斗部爆炸后比冲击波能、比气泡能、总比能量相对裸炸药均有不同程度的下降,其中总比能量分别比裸炸药减少25%、21%、15%和15%;战斗部壳体对水中兵器爆炸的比冲击波能、比气泡能及总比能量的影响较为显著。因此,研究水中兵器爆炸威力必须考虑战斗部壳体因素,不能简化。研究成果对于战斗部水下爆炸威力考核有一定的借鉴意义。     

轻质点阵超结构设计及多功能力学性能调控方法

随着先进制造技术、多学科交叉和人工智能科技的飞速发展,高端装备呈现出轻量化、集成化、复合化、功能化、智能化、柔性化和仿生化等发展趋势.传统结构研究存在结构设计和制造相互分离,复杂结构制造效率低、实际制造结构的性能指标和使用可靠性大幅低于设计理论预测、结构多功能一体化程度不足、经济成本过高等问题.此外,先进工业装备对材料、结构的使用性能、使用环境要求越来越高,亟需开展结构的设计、制造、功能、应用一体化研究,为解决我国先进制造“卡脖子”技术难题提供理论依据和技术支持.轻量化多功能点阵超结构具有轻质高强、抗冲击吸能、减振降噪等性能优势,在航空航天、交通运输、国防、生物医疗、能源、机械等工业领域具有巨大的应用潜力.有鉴于此,受多晶体微结构的多尺度力学设计启发,以“点阵超结构力学设计”为主题,开展点阵超结构的节点、杆件组元,胞元类型、双相结构、梯度结构、多层级结构等典型点阵超结构的几何构筑和力学设计,并阐明多晶体多尺度微观结构启发的点阵超结构力学设计基本原理、多功能力学性能调控方法,以及点阵超结构在不同类型载荷下的结构变形和失效物理机理.     

激波诱导瓦斯爆炸的动力学特性及影响因素

通过修改化学动力学计算软件CHEMKIN Ⅲ中的SHOCK 程序包,建立了激波管中激波诱导瓦 斯爆炸过程的计算模型,化学反应采用了详细反应机理(包括53种组分、325个反应)。对激波诱导瓦斯爆炸 过程中混合气温度、冲击波传播速度、反应物(甲烷、氧气)摩尔分数、活化中心(O、H)摩尔分数、部分致灾性 气体(CO、CO2、NO、NO2)摩尔分数的变化趋势进行了详细分析。同时,分析了瓦斯爆炸前混合气初始压力 及初始混合气组成对激波诱导瓦斯爆炸动力学特性的影响。结果表明:瓦斯爆炸后CO 的摩尔分数达到0. 07左右,CO2 的摩尔分数为0.02左右,NO 的摩尔分数为0.001左右,NO2 的摩尔分数则在10-6左右;随着 瓦斯爆炸前混合气初始压力的提高以及混合气中甲烷体积分数的降低,瓦斯引爆时间将缩短,爆炸后温度将 降低,但压力将升高,同时,爆炸后CO 的摩尔分数将降低,NO 的摩尔分数将提高。     

水下爆炸载荷作用下环肋加筋圆柱壳结构的弹塑性动力屈曲

为研究水下爆炸载荷作用下潜艇结构的动力屈曲现象,以潜艇耐压结构的简化模型环肋加筋圆 柱壳结构为研究对象,建立流固耦合有限元分析模型,应用瞬态有限元分析程序MSC.Dytran对该结构在水 下爆炸冲击载荷作用下的弹塑性动力屈曲行为进行研究,基于Budiansky-Roth准则和Southwell方法确定环 肋加筋圆柱壳结构的临界屈曲载荷,讨论结构动力屈曲的影响因素如载荷强度、网格密度、径厚比、长径比、加 筋截面间距、加筋尺寸等对环肋加筋圆柱壳结构动屈曲模态和临界屈曲载荷的影响。结果表明:采用建立的 流固耦合有限元分析模型,应用动力瞬态有限元软件MSC.Dytran可以对加筋圆柱壳结构的动力屈曲行为进 行模拟,模型网格尺寸大小、结构几何参数对结构的动力屈曲临界载荷都有一定的影响,其中加筋圆柱壳结构 的径厚比对结构的动力屈曲临界载荷影响最为显著。     

中国高速列车研发与展望

十几年来, 以高速列车为代表的高速铁路装备在长期技术积累和自主研发的基础上,经过引进消化吸收再创新、自主提升创新、全面创新和持续创新,成功研制了多代先进的高速列车产品. 通过不断的技术创新,突破了高速列车系列关键技术, 形成了自主研发能力,不断提升高速列车的安全性、可靠性、经济性、环保性及智能化.我国高速列车的运行速度、综合舒适度、安全性、可靠性、节能环保等各项综合性能指标优良,部分指标达到国际领先水平.论文系统回顾了我国和谐号动车组、复兴号动车组、城际动车组、前沿动车组产品的发展成就及主要技术突破,分析了高速列车研发过程中面临的复杂环境适应性、大系统复杂耦合作用、安全可靠设计、智能化应用等关键技术挑战,系统概述了高速列车故障预测与健康管理技术、车体轻量化技术、被动安全防护技术、碳纤维复合材料应用、气动外形设计技术、高速转向架技术、噪声控制技术、牵引制动技术等关键技术的研究进展及主要技术突破, 并展望了高速列车动力学技术、结构安全技术、被动安全防护技术、流固耦合技术、牵引制动技术、智能控制安全技术、故障预测与健康管理技术、综合节能技术等关键技术的未来发展方向.      

高熵合金强韧化理论建模与模拟研究进展

高熵合金因其优异的性能受到广泛关注,如高强度、高硬度、高韧性、高耐磨、高耐辐照、高耐腐蚀、高电阻、高耐热等,有望应用于核能、航天航空等重要领域和重大装备。从高熵合金制备、组织结构以及性能表征等方面开展的实验研究表明其独特的性质依赖于高熵合金高熵效应、晶格畸变和扩散迟滞。在微观尺度以及宏观尺度, 理论模型和数值模拟为研究高熵合金微观机理和力学特性提供了一种方法。建立从高熵合金的微观结构与变形机理到宏观独特力学性能的联系是一个多尺度的科学问题。最近,基于实验观察结果,采用多尺度的理论与模拟方法（第一性原理、分子动力学、离散位错动力学、晶体塑性有限元、微结构依赖的理论模型）,研究了高熵合金层错能、弹性模量、扩散系数以及相稳定性,揭示了高熵合金变形与强韧化机制。本文综述多尺度计算在高熵合金力学性能和变形行为方面的研究进展,并对高熵合金在原位变形实验、高通量技术以及机器学习方面的研究进行简要展望。