连续小推力航天器的深空探测轨道优化方法综述

连续小推力作用下航天器的深空探测轨道的优化设计是一个存在大量局部最优解的全局优化问题. 轨道设计流程总体上分为全局优化和局部优化. 全局优化为粗略设计, 通常在对航天器受连续推力作用下的轨道作近似处理的前提下大致确定探测序列和时间节点. 局部优化方法可分为直接法、间接法和混合法. 直接法是将连续的问题离散成一个参数优化问题. 间接法是求解由变分法和极大值原理推导的满足一阶最优必要条件的两点或多点边值问题. 混合法利用间接法推导的方程, 再离散后优化求解. 本文综述当前轨道优化设计领域最新和最常用的方法, 分析各种方法的优缺点.     

关于土力学理论模型与科研方法的思考

为了提高研究生的理论水平和科研创新能力,在研究生教育中加强了理论模型和科研方法方面的素质教育,结合笔者多年从事岩土力学与工程的教学与科研的经验,对理论模型的定义、作用、结构,建模的原则、方法、过程、关键及修正方法,理论模型的评价标准等做了系统的阐述,并针对岩土力学创新研究提出了10点意见.     

走钢丝的力学

分析走钢丝的动力学原理. 解释演员为保持在钢丝上直立行走的稳定性, 对平衡棒所起的控制作用.     

永远的榜样与难忘的记忆——————纪念陆士嘉先生

一．创建中国的空气动力学专业 我在1954年考入北京航空学院飞机系的飞机设计专业,入学教育既简单又庄重,给我留下深刻的印象。教务长屠守锷先生介绍了全系的教学配置,教师情况和高班同学的情况以及上届同学的学习难点等等,屠先生提到当时飞机系只有一位女教授,她曾留学德国并取得优异成绩,她由清华大学航空系并入北航飞机系,是北航建校的元老之一。这是我第一次听到有关陆士嘉先生的介绍,因为我是女学生,所以对系里唯一的女教授格外关注,那天陆先生并不在场,我第一次看见陆先生是她在系楼的走廊里神态和蔼地与其他老师讲话。后来我听到更多有关她的介绍,知道她是在国难之中留学德国,先攻物理学,后来立志转学航空专业,要为建设中国的航空事业献力。她想从师著名的流体力学大师普朗特教授,但普朗特教授之前既未招收过亚裔学生,也从未招收过女性学生,并已宣布不再招收新学生。陆先生请求普朗特教授出题考她,陆先生通过了普朗特教授严格的考试,被普朗特教授收为关门弟子,仅这一点就让我十分敬佩陆先生的学识和勇气。陆先生跟我们说过师出名门只是她人生的一个阶段,她从不细讲期间克服了多少困难,重要的是为了中国的航空工业,她立志学习流体力学专业。陆先生的毕业论文《圆柱射流遇垂直气流时的上卷》中发表的理论结果与别人完成的实验结果吻合很好,得到了普朗特教授的赞赏,她于1942年获得一等哲学博士学位。陆先生提到在德国时作为中国学生她没有机会进实验室工作,她最深刻的体会是我们必须走自己的道路 – 理论和实验相结合,没有实验会让理论缺乏说服力,并且难以付之应用。在航院建院之初就设立了空气动力学教研室,之后空气动力学研究室的建立为开展科研与建设风洞提供了行政保证。     

日本强震对地球质量几何的影响

据报导, 今年3月11日发生的日本大地震使太平洋底的地质构造板块之间形成400,m宽的裂痕. 地壳的塌陷造成地球惯性矩的变化, 使地轴移动了10$sim$15,cm. 地球转速也因此加快,每昼夜缩短了1.6$mu$s$^{[1]}$. 报导的数据是否可靠不得而知, 试以其中地球自转周期的变化数据为准, 对地球质量几何的变化作大致估算.     

顺序输送混油过程的二维数值分析

采用二维对流扩散模型对成品油顺序输送中的混油问题进行了数值模拟研究, 运用目前求解对流扩散方程比较有效的两步法, 对层流态和湍流态顺序输送的混油段流动分别进行了数值计算, 分析了层流态和湍流态下的顺序输送规律, 表明湍流态输送比层流态输送的混油量要小, 并得到了混油截面平均浓度随时间的变化特点, 以及湍流扩散系数对混油浓度的影响规律.     

关于铅球最佳出手角的数值分析

考虑铅球运动员的推力随出手角的变化, 利用Matlab软件计算出手角的最佳值. 在此基础上讨论了运动员的身高、推力、角度衰减系数以及铅球质量对最佳出手角的影响.     

陆士嘉先生的精神激励我们前进

2011年3月18日是陆士嘉先生诞辰100周年纪念日。陆先生是我国第一位女流体力学家,航空科学和力学科学的教育家。作为她的学生,又在毕业后跟随她工作了几十年,我对她如下的光辉品质和崇高精神有着切身的体会。     

《科学游戏的智慧与启示》序言

目前,从国家、学校到每一个家庭,都非常重视对下一代的教育. 的确,教育好下一代,是关乎我们国家未来和民族兴旺的大事. 教育,不能只是把已有的知识,整理好,按照一定的顺序灌输给孩子们. 如果按照这种模式,学生们有时会把学习知识当作沉重的负担,久而久之还会产生逆反心理,导致厌学、逃学的副作用. 可见,教育最重要的事情是要引起学生们对所学内容的兴趣,让他们主动地去获取知识. 孔子说：``知之者不如好之者,好之者不如乐之者. '爱因斯坦说：``在学校里和生活中,工作最重要的动机是工作中的乐趣,工作所得到的成果的乐趣,以及对该成果的社会价值的认识. 在年轻人的这些心理力量的觉醒和强化之中,我看到了学校被赋予的最重要的任务. 只有这样的心理基础才能导致一种快乐的愿望,去追求人类最高财富,即知识和艺术家般的技艺. '     

LB方法应用实例——水电站水锤计算

建立了模拟水电站水锤的一维ＬＢ模型．通过实例计算与特征线法进行了比较，结果表明ＬＢ方法效果很好，将之引入水电站流场模拟是可行的，值得进一步探讨．     

一种有限元模型修正中的参数选择方法

有限元模型修正面临的首要问题是待修正参数的选择.目前主要是基于灵敏度分析的结果进行参数选择.本文从结构固有频率分析的能量法出发,论证了某阶固有频率主要受到同阶振型中发生弹性变形部位刚度的影响,据此提出一种待修正参数的选择方法,以振型中弹性变形为依据,选择弹性变形较大部位的参数作为待修正参数.用一个梁模型仿真验证了该方法的正确性,并将其应用于系杆拱桥的有限元模型修正中,修正后有限元计算结果与试验结果的最大误差缩小至3.3%.     

基于波动法的框式结构功率流主动控制方法与实验研究

为了研究扰动影响下框式结构中的功率流传播与主动控制,首先采用波动方法建立了框式结构的动力学模型并获得了其在扰动下的精确动力学响应,进一步得到结构中传播的功率流,并以此为目标函数,优化得到了最优控制力的大小与相位,然后对结构施加最优控制力,实现了框式结构的功率流主动控制.对框式结构功率流主动控制方法进行了数值计算分析与实验验证.结果表明:采用波动方法计算框式结构的动力学响应精确可靠;通过数值计算与实验研究可知功率流主动控制可以明显降低框式结构全频域内的抖动,验证了基于波动方法功率流主动控制的正确性与有效性.     

宝泉抽水蓄能电站岩体抗剪参数的选取

本文讨论了岩体抗剪参数C、f值的选取方法, 推导了C、f值的数字特征公式。通过对宝泉抽水蓄能电站工程岩体抗剪参数的选取, 结果表明：由于岩体抗剪参数具有随机性和模糊性, 采用随机-模糊法选取的C、f值要符合实际；文中给出的数字特征公式可对C、f值的波动性及相关性进行检验。     

边坡稳定分析的虚功率法

基于有限元计算所得应力场的改进极限平衡法, 对渗流与有效应力耦合作用强烈的边坡或地基的稳定性分析具有优势. 本文提出了边坡稳定分析的虚功率法, 即基于极限分析的上限定理, 利用机动许可的组合刚体滑动机构和有限元应力场, 用滑动机构的速度间断面上的抗滑力功率与滑动力功率的比值计算安全系数. 通过分步优化方法, 获得边坡给定滑动机制的稳定安全系数. 对2个典型折线滑动机构的边坡案例进行了分析, 比较了采用静力平衡应力场和静力许可应力场对安全系数的影响. 指出基于土体线弹性本构模型所得的有效应力场计算的稳定安全系数, 也是边坡稳定安全性的一个不错的度量. 算例中本文计算所得的边坡稳定安全系数, 与文献中推荐的答案很接近, 其滑动机制与有限元强度折减法分析所得的滑动机制基本一致, 安全系数也接近, 表明本文提出的方法是合理的边坡稳定分析新方法, 为边坡和地基的稳定性分析提供了新的选择.      

接触碰撞动力学的多变量选取方法

在柔性多体的接触碰撞动力学问题中,多变量方法基于附加约束的接触模型,将柔性体的变形用不同变量来描述：接触局部区域的变形用有限元节点坐标描述,非接触局部区域的变形用模态坐标描述,兼顾了计算精度和效率. 将该方法推广到三维空间碰撞问题,对两柔性杆纵向碰撞过程进行动力学仿真,数值结果与实验结果吻合良好,验证了该方法的有效性. 针对柔性体各自区域的变量如何选取的问题,研究了节点取法、模态阶数以及材料参数对计算结果精度的影响,寻找到合理的多变量选取方法,保证精度的同时使自由度得到最大程度的缩减.     

组合结构罚有限元分析与罚因子的影响

该文讨论了不同刚度组合结构有限元罚单元罚因子的选取，提出了罚因子选取的一般原则，在实例中，提出了罚单元的估计式及罚因子的取值范围，这对一般情况的数值计算也具有一定的参考价值。     

核电结构土-结相互作用分析分区混合计算方法

土-结构相互作用分析是核电结构进行抗震设计和安全评估的重要环节.在核电结构的土-结相互作用分析中,阻尼和非线性是影响结构反应的重要因素.若采用频域分析,可以方便考虑阻尼,但需通过等效线性化来考虑非线性,不适合于强震作用下的土体非线性.若采用时域分析的逐步积分方法,适合于考虑非线性,但材料阻尼一般采用瑞利阻尼模型,除了紧靠指定阻尼比的少数几个振型外,其他振型的反应将受到瑞利阻尼模型所确定的大阻尼所抑制,造成地震反应与真实情形有较大差异.若采用时域分析的模态叠加法,可合理计入阻尼效应,但模态叠加法不能考虑非线性.因此,如何合理考虑阻尼和非线性是核电结构土-结相互作用分析需要关注的问题.基于此,本文提出一种模态叠加和时步积分结合的土-结相互作用分区算法.其中,出于安全性考虑,地震作用下核电主体结构一般不允许进入非线性,因此结构可采用模态叠加方法,以便合理考虑结构阻尼;土体和基础采用显式时步积分法,可考虑土体非线性;通过人工边界条件考虑无限域的影响(辐射阻尼).通过简单算例对该方法进行了验证,并用于CAP1400核电结构的土-结相互作用分析中,对比分析了采用模态阻尼和瑞利阻尼时核电结构和场地反...     

关于加权残值法的充要性问题及其权函数的选择

本文论证了偏微分方程初-边值混合问题的加权残值方程的充要性条件和有关定理。关于充要性条件的讨论也为正确选择解析函数作为权函数,建立充要的加权残值方程提供了理论指导。重点讨论了边界积分方程的充要性。指出了两种满足充要条件的权函数和相应的边界积分方程。     

多尺度方法在复合材料力学分析中的研究进展

简要介绍了多尺度方法的分类及各自的适用范围,重点阐述了主要的多尺度分析方法------均匀化理论,详细论述了多尺度分析方法在纤维增强复合材料弹性、黏弹性、塑性、失效退化、热力学等力学性能中的研究进展,最后对多尺度分析方法的前景进行了展望.      

MESHLESS METHOD OF DUAL RECIPROCITY HYBRID RADIAL BOUNDARY NODE METHOD FOR ELASTICITY

Combining the radial point interpolation method （RPIM）, the dual reciprocity method （DRM） and the hybrid boundary node method （HBNM）, a dual reciprocity hybrid radial boundary node method （DHRBNM） is proposed for linear elasticity. Compared to DHBNM, RPIM is exploited to replace the moving least square （MLS） in DHRBNM, and it gets rid of the deficiency of MLS approximation, in which shape functions lack the delta function property, the boundary condition can not be applied easily and directly and it＇s computational expense is high. Besides, different approximate functions are discussed in DRM to get the interpolation property, in which the accuracy and efficiency for different basis functions are compared. Then RPIM is also applied in DRM to replace the conical function interpolation, which can greatly improve the accuracy of the present method. To demonstrate the effectiveness of the present method, DHBNM is applied for comparison, and some numerical examples of 2-D elasticity problems show that the present method is much more effective than DHBNM.