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多场耦合系统动力学仿真方法研究进展
王国平, 陶玲, 戎保, 芮筱亭
 doi: 10.6052/1000-0992-22-043
摘要(478) HTML(184) PDF(130)
现代工程系统往往是以复杂结构/机械系统为主体, 融合热、流、电磁等若干子系统的多场耦合系统. 此类系统动力学建模复杂、计算难度大, 给系统动态特性高效精确评估与设计优化带来前所未有的挑战, 有关其高效精确动力学仿真方法的研究愈发受到关注. 本文详细回顾了复杂工程系统多场耦合动力学仿真方法研究成果和进展, 包括: 多场耦合动力学建模与数值求解基本策略、网格变形处理方法、耦合数据交换技术、数值计算效率等问题, 在此基础上详细讨论了单一和混合不确定性条件下多场耦合系统不确定性分析及可靠性评估方法, 以期为相关研究提供有益的借鉴和参考.
人工智能控制湍流进展: 系统、算法、成就、数据分析方法
吴智, 范德威, 周裕
 doi: 10.6052/1000-0992-22-045
摘要(1744) HTML(1088) PDF(684)
湍流控制涉及流体力学和控制理论, 对航空航天、运载工具、风力发电等众多领域具有重要的科学意义和应用价值. 由于湍流复杂性, 传统控制方法在湍流控制领域面临很多瓶颈, 人工智能技术的发展为突破这些瓶颈提供了工具. 本文简要综述了文献报道的有模型和无模型的人工智能控制湍流的进展, 总结了研究中采用的典型的人工智能控制系统、算法、在不同湍流控制应用中取得的突出成果, 以及作者所在团队在国际上首次尝试对人工智能控制系统产生的海量数据进行分析, 从而挖掘出重要的信息乃至发现控制相似律, 并对面临的挑战和未来的展望进行了分析.
研究综述
热湍流研究的新十年: 从聚焦传统到延伸拓展
谢毅超, 张路, 丁广裕, 陈鑫, 郗恒东, 夏克青
2023, 53(1): 1-47.   doi: 10.6052/1000-0992-22-024
摘要(785) HTML(163) PDF(200)
摘要:
热湍流 (浮力驱动湍流) 作为一种典型的湍流现象, 广泛存在于自然界和工程应用中. Rayleigh-Bénard (RB) 湍流是从众多自然现象中抽象出来研究热湍流的经典模型, RB湍流的典型特征是系统中存在大尺度环流和羽流等不同尺度的湍流结构, 这些结构通过作用于边界层, 影响RB湍流的输运效率. 因此, 明确不同尺度湍流结构的生成、演化和作用机理, 对理解RB湍流的输运特性至关重要, 也是通过控制湍流结构调控输运效率的科学基础. 本文重点从湍流结构的时空演化规律、输运特性、湍流调控和热湍流在其他领域的拓展四个方面评述近十年来RB湍流研究所取得的新进展, 并对今后的研究方向做出展望.
力敏感受体介导细胞功能调控的力学生物学研究
张欢, 赵国清, 冯锦腾, 林敏
2023, 53(1): 48-153.   doi: 10.6052/1000-0992-22-029
摘要(1594) HTML(556) PDF(665)
摘要:
细胞膜是细胞与外部环境进行物质与能量交换的界面, 是调节细胞正常生命活动的重要结构基础. 细胞膜上力敏感受体可通过力学作用方式参与并影响细胞的力信号转导等功能. 整合素和钙黏素是细胞膜上典型的力敏感受体, 可介导细胞与细胞周围基质或邻近细胞发生力学作用, 并将力学刺激信号转导为生化信号, 进而激活细胞内一系列应答反应, 最终影响细胞生长、分化、增殖、凋亡和迁移等功能. 力敏感受体介导细胞功能调控研究已成为探索细胞主动响应外界复杂力学微环境的力学生物学机制的关键, 为进一步深入认识生理和病理状态下细胞功能变化规律, 为揭示疾病的发生、发展机制提供重要的力学生物学理论与实验依据. 本文总结了力敏感受体介导细胞功能调控的国内外研究进展; 介绍了黏附界面处典型力敏感受体的结构和功能; 总结了这些力敏感受体参与的细胞力信号感知与响应的数理模型; 概述了细胞通过力敏感受体进行力学信号转导的过程; 介绍了黏附介导细胞功能调控的力学生物学过程和机制; 简述了体外构建模拟细胞力学微环境中细胞−细胞外基质和细胞−细胞力学相互作用的技术; 指出了力敏感受体介导细胞功能调控的力学生物学研究发展趋势和未来方向.
折纸运动学综述
陈焱, 顾元庆
2023, 53(1): 154-197.   doi: 10.6052/1000-0992-22-040
摘要(750) HTML(171) PDF(320)
摘要:
随着21世纪折纸工程学的发展, 折纸不再仅仅是一项民间艺术, 一方面数学家前期的大量工作随之浮出水面, 另一方面工程应用对折纸结构折叠过程的描述与分析都提出了新的挑战. 同时, 折纸的对象也不再局限于简单的纸张, 工程中存在大量的厚度不可忽略的平板结构, 他们的折叠展开问题一直困扰着相关的工程应用. 近几年超材料的发展给模块化折纸带来了一次从玩具到高科技的飞跃, 然而如何协调地安排这些折纸模块使得整体结构展现出超常且可变化调控的性能是折纸领域的新热点. 由此可见, 折纸运动学在诸多应用与探索方面都起到了决定性的基础作用. 本文重点介绍了已有的机构学理论与方法及其在各种折纸结构分析设计中的应用, 旨在为折纸工程学的发展提供坚实的理论技术基础.
运动生物力学发展现状及挑战
刘程林, 郝卫亚, 霍波
2023, 53(1): 198-238.   doi: 10.6052/1000-0992-22-030
摘要(597) HTML(219) PDF(145)
摘要:
狭义的运动生物力学特指人体运动中的生物力学, 主要解决竞技体育领域中如何提高运动成绩和减少运动损伤的问题. 随着相关学科的融合和发展, 当前运动生物力学的研究已扩展到与人类运动相关的生物学、医学、力学等学科领域. 近年来, 智能测试、大数据分析、人工智能等技术快速发展, 对运动生物力学实验、仿真方法产生了重要的影响, 在不断拓展和深化着该学科的研究内容和方向的同时, 也对运动生物力学发展提出了新的挑战. 本文综述了近年来运动生物力学领域的研究现状, 并指出了相关研究方向的关键问题及发展趋势: 在理论建模和模拟仿真计算方面, 肌肉本构理论及肌肉力计算准确性是重点和难点; 实验测试的新技术在竞技体育运动项目中的应用研究中扮演重要角色, 其中基于深度学习的人体关键点检测算法在解决竞技体育的非接触测量方面有突破性进展; 对于骨、韧带、软骨、肌肉等组织的宏观损伤机制认识不断清晰, 但对于其早期损伤预测以及跨尺度损伤发生机制的研究仍有待深入; 智能可穿戴装备、人工智能等新技术开始应用于运动生物力学研究及实践, 成为目前运动生物力学领域最具活力的研究方向之一. 本文的综述表明当前运动生物力学研究越来越向智能化、个体化、定量化发展, 并正在与相关学科不断交叉融合, 持续推进着体育、健康、医疗等领域的科技创新发展.
研究通讯
面向火星探测的环氧形状记忆聚合物复合材料的性能研究
张豆, 刘立武, 徐鹏飞, 赵印中, 李奇峰, 兰鑫, 张风华, 王林林, 万雪, 邹昕, 曾成均, 辛晓洲, 戴雯煦, 李莹, 何延春, 刘彦菊, 冷劲松
2023, 53(1): 239-255.   doi: 10.6052/1000-0992-22-041
摘要(357) HTML(114) PDF(48)
摘要:
国家火星探测任务是建设航天强国进程中的重大标志性工程, 是中国航天走向更远深空的里程碑工程. 智能材料这种集材料、结构和功能于一体的先进材料将会对火星探测任务有所助力. 形状记忆聚合物及其复合材料作为一种典型的智能材料, 可在有效减轻载荷的同时实现自主变形, 已经在地球同步轨道航天器的应用中崭露头角. 因此有必要研究这种新型环氧基形状记忆聚合物复合材料应用于火星探测工程的可能性. 首先, 针对“天问一号”火星探测器的任务需求, 设计了一个具有自释放功能的着陆平台国旗装置. 其中的锁紧释放装置由碳纤维增强的形状记忆聚合物复合材料制成, 分别从静态拉伸力学性能、动态热机械性能和形状记忆性能三个角度评估了空间辐照和长期存储对形状记忆聚合物复合材料的影响. 其中, 空间辐照包括γ射线和紫外射线, 辐照剂量分别为5 × 105 rad和23.6 kCal. 长期存储分为低温−196℃、室温25℃和高温85℃存储30天, 和低温−196℃存储457天两组实验. 最后, 从“祝融号”火星车所携带相机拍摄的照片可以看到五星红旗被成功释放, 旗面平整、图案清晰. 这说明所研究的环氧基形状记忆聚合物复合材料可成功应用于火星探测任务, 未来有望以多种结构形式助力我国的火星采样返回乃至其它深空探测任务.
资讯
中国力学学会2023年学术活动计划表
2023, 53(1): 256-269.  
摘要(197) HTML(40) PDF(59)
摘要:
致谢2022年度审稿专家
2023, 53(1): 270-273.  
摘要(72) HTML(37) PDF(29)
摘要:
“最新录用”文章为经过审稿人和编委会评审并已接受录用准备发表的文章. 请您注意：这些文章并未经过排版, 也未经编辑及作者校对. 编辑、排版和校对可能会造成文章的内容变动
轻质多孔夹芯结构的弹道侵彻行为研究进展
崔天宁, 秦庆华
当前状态:  doi: 10.6052/1000-0992-23-002
摘要(63) HTML(5) PDF(19)
摘要:
多孔夹芯结构是一类由薄而刚硬的面板和多孔材料芯材构成的复合结构, 具有高比刚度、高比强度、缓冲吸能效果优异、可设计性强等特性, 在航空航天、交通运输、结构防护等诸多领域引起了广泛关注, 且已有诸多成功的工程应用案例, 是一类极具潜力的先进轻质高强多功能一体化结构. 为阐明轻质多孔夹芯结构的抗侵彻特性与耗能机理, 进一步拓展轻质多孔夹芯结构的工程应用范围, 对轻质多孔夹芯结构弹道侵彻行为的研究成果进行了系统的综述和展望, 依据轻质多孔夹芯结构的结构特征及类型, 分别评述了不同类型多孔夹芯结构的抗弹道侵彻破坏机制、能量耗散机理及轻量化设计等方面的研究, 展望了未来多孔夹芯结构在抗弹道侵彻研究领域面临的问题和挑战.
多稳态动力系统中随机共振的研究进展
靳艳飞, 许鹏飞, 李永歌, 马晋忠, 许勇
当前状态:  doi: 10.6052/1000-0992-22-047
摘要(129) HTML(54) PDF(72)
摘要:
非线性随机动力学是力学、数学、工程等多个领域关注的热点, 在航空航天、机械工程、生物生态等领域有广泛的应用. 多稳态动力系统作为其最重要的研究对象, 在随机扰动下具有丰富的动力学行为, 如随机分岔、随机共振等, 尤其是随机共振, 已经被应用于机械故障诊断、微弱信号检测和振动能量俘获等工程实际问题中. 本文主要综述了多稳态动力系统中的随机共振理论、方法及工程应用. 首先, 通过几类典型的非线性随机动力学系统, 介绍了随机共振的经典理论和度量指标; 其次, 重点阐述了多稳态动力学系统, 尤其是三稳态和周期势系统, 在各类噪声激励下的随机共振现象, 分析了其诱发机理、演化规律和研究方法; 最后, 介绍了多稳态动力系统中随机共振的几类应用实例, 并进一步给出了随机共振当前面临的难题和未来的发展趋势等开放性问题.
非线性隔振及时滞消振方法研究进展
孙秀婷, 钱佳伟, 齐志凤, 徐鉴
当前状态:  doi: 10.6052/1000-0992-22-048
摘要(384) HTML(94) PDF(185)
摘要:
振动问题与人类日常生活和科技发展紧密相关. 振动不但会干扰人类的生活、影响人类健康, 也会造成建筑物、机械设备和精密仪器的无法正常使用甚至损坏. 于是, 在航空航天、汽车工程、船舶工程、大型结构及精密仪器加工等领域, 人们利用弹性元件或控制装置形成有效的振动隔离或消除装备, 有效的隔振能够提高人员和装备的安全性、稳定性、可控性和舒适性. 现代结构的大型化和复杂化发展, 对隔振和消振器的宽频抑振效果提出了新挑战. 然而, 基于线性理论的设计优化方法在分析和应用中出现了无法调和的矛盾, 即, 如果要拓宽隔振频带, 就必须降低隔振结构的刚度, 这导致结构承载能力下降. 本文对典型的非线性隔振器高静低动设计方法、动力学建模、动力学分析进行了详细的综述, 阐明不同机理下呈现的恢复力本构和准零刚度设计准则, 在面向航空航天、精密加工、汽车船舶等领域的不同需求时, 能够从动力学特征上进行选型; 另外, 关注到基于仿生和超结构的隔振和消振设计方法, 在非线性恢复力本构的力学机理解释和调控上产生了新的问题和挑战, 引发出变刚度、大变形动力学分析及其控制新方法、新策略和实验新技术的研究; 最后, 随着结构零部件向着轻质化和柔性化的方向发展, 运动部件末端的隔振效果受限于部件的柔性, 即使通过耦合多层准零刚度结构也难以实现被隔结构在空间上的快速定位, 关注到时滞控制的调幅调频机理, 本文对时滞抑振原理及设计方法进行讨论, 提供时滞抑制柔性低频振动成功案例, 为极端工况下的有效、简单、快速的主动隔振消振提供了可能性. 未来, 基于大数据时代的数据密集型研究范式, 非线性隔振和消振技术将面向复杂工况实现更精确、更智能的控制效果, 在精密仪器、航空航天等国家重大需求领域实现泛化应用.

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