力学进展

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小波数值方法及其在计算力学中的应用

杨兵, 王记增, 刘小靖, 周又和, 冯永固

2024, 54(3): 427-476. doi: 10.6052/1000-0992-24-009

摘要(657)

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PDF(260)

摘要:
随着力学研究不断向多学科交叉、跨尺度关联及极端环境影响推进, 强非线性、强间断、多场强耦合、多尺度与复杂几何构型已成为解决各类力学问题定量分析所面临的共性特征. 长期的定量研究表明, 实现具有这类特征力学问题有效求解的核心之一, 是构建在多尺度情形、非线性因素作用下具有准确识别、定位、捕获以及分离各个尺度特征尤其是小尺度局部特征能力的数值工具, 这些能力包括大尺度低阶近似解与小尺度高阶微小截断误差的有效分离解耦. 而小波理论固有的多分辨分析和时频局部化特性, 以及丰富的基函数可选择性, 恰好能满足这一数学特征需求, 因此, 可为发展各类复杂力学问题的高效定量求解方法提供有效的理论支撑和丰富多样的技术途径. 基于这一事实, 本文对小波理论进行了全面探讨, 着重介绍了双正交多分辨分析的理论框架和常用小波基的构造方法. 在此基础上, 深入研究了有限区域上小波逼近格式的构建方法, 并系统阐述了各类基于小波理论的数值方法的基本原理、发展历程及其优缺点. 特别关注了近期出现的具有突出性能的几类新型小波方法, 并详细评述了它们在典型力学问题求解中的应用效果. 同时, 本文也指出了当前小波方法在复杂强非线性力学问题求解中所面临的挑战, 旨在为小波数值方法的未来发展及其在复杂力学与工程问题中的应用拓展提供有益的参考, 并为最终实现这些问题的高效、高精度普适定量求解提供新的视角和方法.

连接结构界面摩擦力学建模研究进展

沈民民, 杨晓东

2024, 54(3): 477-521. doi: 10.6052/1000-0992-24-008

摘要(762)

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摘要:
连接结构作为工业装备的核心部件之一, 是装备制造领域着重攻关优化的关键基础部件. 当前, 因连接界面的非线性、复杂性、不确定性等引起的跨尺度和多物理场复杂力学行为机理不明, 导致精准预测连接结构动力学特性和监测其动态服役性能存在困难, 成为制约精密结构动力学分析、高保真仿真、设计、优化和控制等问题突破的瓶颈. 然而连接结构应用广泛, 工程和技术人员对连接结构的机理及其多功能化有进一步的需求. 本文主要综述连接结构界面摩擦力学的解析建模、有限元建模以及实验系统, 并提出新型连接结构设计的发展趋势. 首先, 根据连接使役环境需求、工程存在问题及缺乏有效强度刚度预测理论, 综述了螺栓连接结构载荷类型及精准构建连接等效模型应用. 其次, 重点概述了连接结构界面摩擦的几类主流理论模型, 包括描述微/纳尺度分析连接界面多尺度物理行为和规律的本构模型、采用系统辨识理论和方法得到宏观界面力学响应的唯象模型、结合本构微观接触机理和系统辨识宏观角度的唯象学本构摩擦模型. 然后, 综述了以有限元方法为基础的连接结构仿真以及实验方法, 具体包括直接有限元建模、间接等效有限元建模、实验基准系统以及各向激励连接结构实验平台. 最后, 基于装备领域连接结构多功能需求, 提出“传静抑动”连接件以及轻量化仿生连接件的新型连接件设计思想.

液滴输运功能表面的仿生设计与制备研究进展

刘明, 陈少华

2024, 54(3): 522-562. doi: 10.6052/1000-0992-24-015

摘要(750)

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PDF(159)

摘要:
液滴输运功能表面在绿色能源、医疗科技、新材料等领域具有重要应用, 例如雾中淡水收集、药物靶向治疗等. 自然界具有多种可实现液滴定向运输与定点转移的生物表面, 为液滴输运功能表面的设计与制备提供了绝美的范例, 已涌现出大量新颖的、巧妙的仿生设计研究成果. 本文首先概括总结了自然界具有自发输运液滴的典型生物体功能表面, 阐述了表征固体表面浸润性相关的基础理论; 其次, 综述了不同自驱动机制下液滴输运功能表面的仿生研究进展, 对比分析了不同功能表面的液滴自驱动机理及影响因素; 进一步分类阐述和分析了磁场、电场、温度场等外场调控实现液滴定向运输或定点转移功能表面的研究现状; 最后归纳总结了此类仿生功能表面在实际工程中的应用, 并对该方向的研究前景和发展趋势提出展望.

小行星撞击地球危害评估研究进展

党雷宁, 白智勇, 石义雷, 黄洁

2024, 54(3): 563-605. doi: 10.6052/1000-0992-23-047

摘要(633)

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摘要:
小行星撞击地球是人类生存和发展的潜在威胁之一. 行星防御是国际上近20年来兴起的热点研究领域, 也是我国重大安全需求. 小行星撞击地球危害评估是行星防御重要研究内容. 本文认为, 小行星撞击地球危害具有概率低、危害大、随机性的特点, 存在超压、热辐射、地震、海啸、全球效应五种危害类型, 危害评估有防御决策阶段、防御实施阶段、地面民防阶段三个应用场景. 本文总结了五种危害类型的研究现状, 从模型、方法与软件三个方面重点阐述了数值仿真与工程计算这两种危害评估手段的研究进展, 介绍了危害评估的输入输出与典型案例, 简要阐述了小行星撞击地球力学问题研究进展, 指出当前研究存在的不足, 并对未来工作进行展望.

页岩多尺度数字岩心及其应用

姬莉莉, 林缅, 江文滨, 曹高辉

2024, 54(3): 606-628. doi: 10.6052/1000-0992-24-006

摘要(293)

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摘要:
构建能完备表征岩石多尺度孔隙 (缝) 及基质结构的数字岩心是非常规油气研究领域的科技前沿问题, 也是页岩油气勘探开发的重要基础. 文章综合分析了国内外在表征页岩有机孔隙簇、多尺度孔 (缝) 结构和代表性单元体 (REV) 三个方面的研究进展, 在分析四川盆地海相页岩结构特征的基础之上, 提出了可完备表征其孔隙 (缝) 和基质结构的新方法. 最后, 将页岩数字岩心应用到多尺度孔 (缝) 结构对声学特性的影响和原位地层含气量评估方面, 为页岩储层评价和甜点预测提供了新的技术方法.

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