水岩耦合变形破坏过程及机理研究进展

坝址水力劈裂、煤矿和隧道突水以及水力压裂工程都是岩体损伤演化积累诱发破坏 (灾变) 的过程,然而能否正确认识和评价这些过程取决于人们对水岩耦合变形破坏过程和机理的研究程度. 阐述了岩石渗流 --变形 --破坏特性及机理研究的进程, 侧重于物理实验成果. 综述了水岩耦合变形破坏过程分析模型和数值计算, 特别是有限单元法处理裂纹的思路, 并介绍了作者课题组近年来所取得的一些代表性成果. 给出了当前理论 (数值) 研究中所面临的几个具体问题和挑战, 并对今后研究工作进行了力所能及的展望.      

近海水域海洋流体动力学方程的数值模拟

近海水域海洋流体动力学方程数值模拟的研究,最早可追溯到1919年Defant的工作,50年代末开始得到蓬勃发展。60年代和70年代主要发展二维全流模式。现在对于二维全流模式数值模拟的研究应该说是相当完善的,不仅有系统的理论,提出了许多有效的方法,而且广泛地应用于诸如潮汐环流、风暴潮等的工程和预报的实际计算。三维模式是70年代开始发展的,近10年来发展很快。三维模式比较起二维模式来,其数值模拟自然要困难许多。这引起了研究者广泛的兴趣。现在三维模式的数值模拟,虽然提出的方法很多,也已有了不少成果,但研究工作仍是方兴未艾。      

数值模拟方法在体液流动研究中的应用与展望

计算流体力学的数值模拟技术产生于20世纪60年代,现已成功地应用到众多科学研究与工程设计领域. 从20世纪80年代开始,虽已有不少研究工作开始利用CFD方法与计算机技术对人体的血流、气管中的气流、胆汁流等流动进行数值模拟与分析,但并没有与器官功能分析和病理分析及临床应用紧密联系. 近十几年来,这方面的工作已经取得了长足的进步和发展,模拟出了譬如脑血管、颈动脉、心血管等复杂血管流动,甚至整个肺泡的活动,得到了非常有病理意义和临床价值的图像.本文介绍和评述计算人体流体动力学的历史,发展和已经取得的成果.      

厚板振型的正交性

<正> 1.引言厚壁结构的研究是从深梁开始,在本世纪二十年代 Timoshenko 首先考虑了剪切变形影响,建立了深梁基本方程,引起了力学界的重视.随后许多人对深梁基本理论进行深入研究与分析,计算,并从三维弹性理论推导说明了 Timoshenko 梁的正确性,它与精确     

两关节压力驱动柔性仿生机器鱼的设计与仿真

为研究设计一种柔软度高、环境适应性强的新型仿生机器鱼, 模仿鲨鱼外形及鲔科鱼类的游动姿态, 设计了一种采用液压柔性驱动结构的仿生机器鱼. 针对单关节液压驱动柔性机器鱼存在其C型摆动姿态不符合鲔科鱼类摆动规律的问题, 采用两关节液压柔性驱动模拟鱼类S型摆动, 并根据液压柔性驱动器原理设计仿生鱼的内部结构. 依据理论波动方程确定机器鱼的摆动幅值, 借助数值模拟计算施加在柔性驱动器内部的压强载荷大小, 并分析计算液压柔性驱动器的驱动效率. 应用有限元分析软件模拟仿生鱼在流体中的自主游动过程, 并将两关节机器鱼与单关节机器鱼的自主巡游过程进行对比仿真, 获得两种机器鱼在流体中自主巡游时的运动姿态、游动速度及流场情况. 结果表明, 在相同的频率与尾鳍摆幅下, 两关节柔性机器鱼的巡游平均速度为0.29 BL/s (BL为鱼体体长), 高于单关节机器鱼巡游平均速度0.15 BL/s, 且由速度矢量图可得出两关节仿生鱼的S型摆动姿态更接近真实鱼类摆动规律, 并在运动过程中会产生一系列离散的反向卡门涡街, 推进效率高.      

两关节压力驱动柔性仿生机器鱼的设计与仿真

为研究设计一种柔软度高、环境适应性强的新型仿生机器鱼,模仿鲨鱼外形及鲔科鱼类的游动姿态,设计了一种采用液压柔性驱动结构的仿生机器鱼.针对单关节液压驱动柔性机器鱼存在其C型摆动姿态不符合鲔科鱼类摆动规律的问题,采用两关节液压柔性驱动模拟鱼类S型摆动,并根据液压柔性驱动器原理设计仿生鱼的内部结构.依据理论波动方程确定机器鱼的摆动幅值,借助数值模拟计算施加在柔性驱动器内部的压强载荷大小,并分析计算液压柔性驱动器的驱动效率.应用有限元分析软件模拟仿生鱼在流体中的自主游动过程,并将两关节机器鱼与单关节机器鱼的自主巡游过程进行对比仿真,获得两种机器鱼在流体中自主巡游时的运动姿态、游动速度及流场情况.结果表明,在相同的频率与尾鳍摆幅下,两关节柔性机器鱼的巡游平均速度为0.29 BL/s(BL为鱼体体长),高于单关节机器鱼巡游平均速度0.15 BL/s,且由速度矢量图可得出两关节仿生鱼的S型摆动姿态更接近真实鱼类摆动规律,并在运动过程中会产生一系列离散的反向卡门涡街,推进效率高.     

基于当流活塞理论的气动弹性计算方法研究

发展了一种高效、高精度的超音速、高超音速非定常气动力计算方法--基于定常CFD技术的当地流活塞理论.运用当地流活塞理论计算非定常气动力,耦合结构运动方程,实现超音速、高超音速气动弹性的时域模拟.运用这种方法计算了一系列非定常气动力算例和颤振算例,并和原始活塞理论、非定常Euler方程结果作了比较.由于局部地使用活塞理论假设,这种方法大大地克服了原始活塞理论对飞行马赫数、翼型厚度和飞行迎角的限制.与非定常Euler方程方法相比,当地流活塞理论的效率很高.     

苏联当前的力学任务

力学是“大科学”的组成部分,它在直接保证加速科学-技术进步的科学中占有中心位置之一。在利用物理研究、数学分析和计算技术等方法的基础上来处理工程问题的科学基础方面,力学起着主导作用。机器和仪表制造,建筑和水利工程.矿石、煤炭、石油及天然气的开采和加工,铁路和汽车运输、造船、航空和航天技术的发展,所有这些成就都依赖于对力学规律的深刻了解,也依赖于建立在实验数据和理论研究基础上的计算。为了提高质量、可靠性、经济性和生产率,为了减少机器、设备和其它机械产品的噪声和振动,为了降低材料消耗和能耗,必须利用振动理论、材料强度理论和耐磨性理论、摩擦学、气体润滑和表面-活性物质的润滑理论等方面的成就,而这些力学学科都面临着新的问题必须加以解决。      

深海潜器观察窗的应力分析方法

大深度耐压开口结构的设计问题是深海探测装备研制过程中的关键技术问题之一.开口结构观察窗的受力变形是设计开口结构的基础.论文对观察窗应力从理论和数值两方面作了研究,并探索了观察窗的应力计算方法和结构优化设计问题.     

地下结构地震响应的计算模型

地震时地下结构在围岩的约束作用下发生变形,其动态特性与地面结构有很大不同.自二十世纪七八十年代以来,地下结构抗震设计与研究取得了很大进展.总的看来,工程设计中普遍采用的计算方法与设计导则大都建立在比较简单假定的基础上,实际的岩土介质条件都是十分复杂的.地下结构抗震研究的近期成果则表现在对地下结构动力分析中的波动散射问题提出了波函数展开法以及边界积分方程方法等多种计算方法.但计算相对复杂,在工程设计中的推广应用有一定困难.此文致力于地下结构计算模型的改进,使之具有良好的计算精度与效率,又便于工程应用.为此,提出了一种地下结构抗震响应分析的新的计算模型.模型具有较广泛的适应性,可以进行河谷、孔洞、地下铁道、隧洞等地下结构的散射与绕射分析.对于复杂层状的地质条件,提出了格林函数求解简便而有效的方法.数值算例论证了方法的精度和效率.     

多物理场耦合作用分析的近场动力学理论与方法

广义来说, 近场动力学(peri-dynamics,PD)是假设每个物质点在承受一定范围内的非接触相互作用下,研究整个物理系统演化过程的理论,为涉及非连续和非局部相互作用的问题提供了一个统一的数学框架,具有广泛的适用性.在简要介绍诸多工程对于多物理场模型和数值计算软件的迫切需求后,针对现有商用软件在处理结构非连续演化问题时遇到的瓶颈,引入近场动力学理论和方法. 概述近场动力学固体力学模型,系统阐述近场动力学扩散模型和近场动力学多物理场耦合建模的研究现状和进展,主要涉及电子元器件、电子封装和岩土工程领域的多物理场耦合建模,包括热--力、湿--热--力、热--氧、热--力--氧、力--电、热--电、力--热--电、多孔介质的水--力流固相互作用等非耦合、半耦合与完全耦合模型,强调发展耦合方程数值解法的重要性.最后对扩散问题和多物理场耦合问题的近场动力学理论模型、数值算法和工程应用做进一步展望.      

机器—基础柔性隔振系统的功率流试验研究

在对楼层安装机器柔性耦合动力系统功率流理论研究的基础上，本文进一步从实验观点研究了机器—基础柔性隔振系统的功率流传递谱。建立了柔性隔振系统实验模型和功率流测试分析系统，从能量观点对机器—隔振器—弹性基础耦合系统的振动传递机理进行了实验研究。通过对称和非对称系统的功率流对比实验，揭示了功率流传递谱的非对称效应，验证了理论分析的正确性。     

最优控制与计算结构力学的模拟关系

最优控制理论和计算结构力学原是两个互不相关、独立发展的领域.最近发现:它们之间存在着一种对应的模拟关系.这一相似性原理的发现使得这两个领域的成果可以互相促进,特别是用计算结构力学解决最优控制问题已显示出独特的优越性,由此产生了一门模拟理论.本文简要地介绍一下该理论.     

计算空气动力学的回顾与展望

从本世纪初到50年代由于航空航天事业的迅猛发展,在Prandtl,von Karman等著名学者的带动下空气动力学的理论和实验基础日臻完善。空气动力学理论计算的结果从来是为型号研制服务的。但是由于当时计算手段的限制,只好运用简单的气动模型针对简单的气动外形进行计算,例如线化理论和解析解的工作。这在很多场合不能满足工程设计的需要,因而不得不大量依靠实验运用相似规律进行外推,在一定的意义来说,本来是不得已的。60年代以后计算机尤其是巨型计算机和算法的发展,彻底改变了空气动力学理论计算的面貌,形成了计算空气动力学这门独立的科学。到本世纪末,计算机内存约可达10~(11)个字,浮点每秒运算速度      

自转清洗包塑钢丝螺旋的流体动力学优化设计研究

通过传热管内自转清洗钢丝螺旋的动力学理论研究, 得到自转动力矩的理论计算式:动力矩大小与钢丝直径d、螺旋角的sin2α、螺旋外径D²、流速u²、液体密度ρ成正比. 理论计算式与单管流体动力学实验研究结果完全一致. 因此, 该计算式可以作为自转清洗钢丝螺旋结构优化设计和工程应用优化设计的理论基础. 虽然包塑钢丝较粗, 但是流体阻力实验研究结果表明仍然在一般工程的许可范围内.     

凝聚相爆轰的几个问题

各种爆炸物的爆轰过程,早在十九世纪末、二十世纪初,已开始研究。首先是气相爆轰,在实验的基础上,陆续提出了相应的理论。凝聚相爆轰的研究,在第二次世界大战期间和以后,有了很大的发展。1960年前凝聚相爆轰的有关问题已有综述。从60年代以来,在凝聚相爆轰的研究方面有较大的进展。许多问题原先在实验上和理论上并未很好研究的,在这段时期取得不少成果,发表了大量的论文、报告,并且先后出版了一些讨论凝聚相爆轰的专著,以及专门学术会议的报告集。凝聚相爆轰这一学科范围包括稳态和非稳态爆轰过程,爆轰参数的理论计算和实验测     

Review of peridynamics for multi-physics coupling modeling

广义来说, 近场动力学(peri-dynamics,PD)是假设每个物质点在承受一定范围内的非接触相互作用下,研究整个物理系统演化过程的理论,为涉及非连续和非局部相互作用的问题提供了一个统一的数学框架,具有广泛的适用性.在简要介绍诸多工程对于多物理场模型和数值计算软件的迫切需求后,针对现有商用软件在处理结构非连续演化问题时遇到的瓶颈,引入近场动力学理论和方法. 概述近场动力学固体力学模型,系统阐述近场动力学扩散模型和近场动力学多物理场耦合建模的研究现状和进展,主要涉及电子元器件、电子封装和岩土工程领域的多物理场耦合建模,包括热--力、湿--热--力、热--氧、热--力--氧、力--电、热--电、力--热--电、多孔介质的水--力流固相互作用等非耦合、半耦合与完全耦合模型,强调发展耦合方程数值解法的重要性.最后对扩散问题和多物理场耦合问题的近场动力学理论模型、数值算法和工程应用做进一步展望.     

煤矿泥岩流变模型辨识及支护方法的确定

结合高家梁煤矿斜井泥岩的流变变形特征, 对泥岩进行分析建模, 设计有效的泥岩斜井支护措施. 通过对泥岩进行蠕变加卸载试验, 采用统一流变力学模型理论建立了能表现泥岩流变特性的弹性--黏性--黏弹性--黏弹塑性模型, 并确定了流变模型参数. 结合泥岩试验测得的泥岩力学特性和现场观测资料, 设计采用锚喷网联合支护方法, 并采用大型有限元软件ADINA进行数值模拟分析, 该支护方法能有效控制泥岩变形, 采用的锚喷网支护方法合理可靠.     

变弹模成层岩基受预锚荷载作用的三维光弹性实验研究

本文介绍了变弹模成层岩基受预锚荷载作用的三维光弹性实验过程。求出了岩基在锚固应力作用下锚根附近的应力场,并和电测成果、理论计算成果进行了比较,结果非常相近.为进一步探讨这些问题提供了可靠的依据.     

物理学家江仁寿在中国近代流体力学领域的贡献

物理学家江仁寿从19世纪30年代开始致力于液体黏滞性的研究.他通过对双线旋转球法进行改进,利用惯性棒双线悬挂球实验装置,测定了水、液态钠、钾及钠钾合金的黏度,分析了影响黏度测量准确性的因素,实验结果得到了当时国际物理学者的公认并长期沿用;他对金属液体在熔点时表面张力的测定结果,为半导体材料的兴起提供了理论基础,为中国近代流体力学发展做出了贡献.