力学进展

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数智力学−驾驭数智时代的力学

杨卫

2024, 54(4): 629-638. doi: 10.6052/1000-0992-24-042

摘要(2532)

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PDF(829)

摘要:
数智力学意指可驾驭数智时代的力学. 本文将数智力学定义为: 探讨物理空间、信息空间、认知空间的自身与相互之间的作用机理, 并表达为因果性或关联性的规律. 文中列出了数智力学所面临的8个科学问题, 并给出在X-4范式四面体中探讨数智力学的7条方法论路径. 文中展述了当前可推动数智力学研究的5个研究方向, 分别为: 数智力学框架、智柔体力学、数智融合计算、交叉尺度力学、具身智能力学.

电磁加载膨胀环试验技术的发展及应用

刘宗兴, 张春阳, 曹苗, 陈斐颖, 刘军, 李玉龙

2024, 54(4): 639-668. doi: 10.6052/1000-0992-24-010

摘要(287)

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PDF(63)

摘要:
电磁加载膨胀环试验技术是实现高应变率拉伸加载的重要手段, 可实现应变率10⁴ s⁻¹量级的一维拉伸加载. 洛伦兹力作为一种体力均匀施加于膨胀环试样, 避免了面力加载的波传播效应, 且环形试样结构的特点避免了传统狗骨形试样末端夹持效应的影响, 因此, 电磁加载膨胀环试验技术被广泛应用于材料在高应变率下的拉伸力学行为研究. 本文首先介绍了膨胀环试验技术的基本原理, 回顾了膨胀环试验加载技术的发展历史以及应用于膨胀环试验的测试技术发展情况. 然后对电磁加载膨胀环试验技术的应用进行了综述, 梳理了该试验技术在材料动态力学性能、动态断 (碎) 裂行为、动态延性行为、高温绝热特性等方面的前沿研究进展. 最后讨论了电磁加载膨胀环试验技术在固体力学领域的发展前景与方向. 为从事材料动态力学行为试验技术领域的科研工作者提供较为系统的信息参考, 同时为那些对电磁加载膨胀环试验技术感兴趣的青年科研人员提供本领域系统全面的知识.

飞行器非线性振动试验与模型修正研究进展

王兴

2024, 54(4): 669-699. doi: 10.6052/1000-0992-24-011

摘要(427)

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PDF(190)

摘要:
面向质量更轻、承载能力更强, 柔性变形更大的先进飞行器, 首先对其地面振动试验及使役过程中观察到的非线性振动现象进行梳理, 归纳出两类典型的非线性结构模型−局部非线性结构和分布式非线性结构, 对其基本概念进行了阐述. 随后, 从频响函数试验、纯模态试验、自由衰减试验等技术路径总结了非线性振动试验方法的研究进展. 最后, 根据两类非线性结构动力学方程的特点分别归纳了与之相适应的有限元模型修正流程及关键辨识方法, 展望了发展趋势并给出研究建议. 有望为未来飞行器非线性振动试验与精准建模提供有益参考.

螺旋度: 湍流研究中的关键角色

于长平, 胡润宁, 甘润园

2024, 54(4): 700-738. doi: 10.6052/1000-0992-24-018

摘要(474)

HTML (121)

PDF(147)

摘要:
螺旋度与湍流的拓扑结构以及动力学演化过程密切相关. 本文首先详细阐述了螺旋度与流动结构之间具体的关联关系. 随后, 本文重点探讨了螺旋度在湍流输运中的作用, 以及与其他物理效应之间的耦合关系. 由于螺旋度对流动结构的表征作用以及对湍流动力学演化的重要影响, 本文随后简要介绍了螺旋度在湍流建模中的应用. 最后, 本文对当前的研究进展进行了总结, 指出了螺旋度与湍流相关研究的未来主要发展方向.

范德华作用依赖的微纳系统力学行为

秦文, 寇泽普, 刘小飞, 张助华

2024, 54(4): 739-770. doi: 10.6052/1000-0992-24-019

摘要(274)

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PDF(60)

摘要:
起源于量子和热力学涨落的范德华作用在自然界和人造系统中无处不在. 准确描述范德华作用对认识微纳材料及系统的力学行为及其精准设计尤为关键. 本文综述了依赖范德华作用的微纳尺度力学行为方面的最新研究进展. 首先, 简要介绍了适用于原子与分子体系的范德华理论, 如对势近似法、非局域范德华泛函、绝热连接涨落耗散定理和多体色散方法等, 以及适用于连续介质体系的解析、半解析和数值Lifshitz理论等描述方法; 其次, 梳理了范德华作用对二维材料、微纳机电系统等体系典型力学行为的影响; 接着讨论了范德华斥力、非单调范德华势阱、范德华扭转力矩、范德华翻转力矩、范德华屏蔽等新颖效应; 最后总结了范德华理论当前的局限和所面临的挑战, 并展望了未来的发展趋势.

固体界面不稳定性的研究现状、应用及挑战

陈涵, 甘元超, 彭建祥, 俞宇颖, 胡建波

2024, 54(4): 771-822. doi: 10.6052/1000-0992-24-014

摘要(181)

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PDF(70)

摘要:
固体界面的不稳定性增长是武器内爆物理、惯性约束聚变点火和材料动力学行为研究等工程和科学领域中的关键物理过程, 它可能导致固体表面出现轻重介质相互侵入、物质微喷射乃至湍流混合等复杂的物理现象, 对其发展规律的研究具有重要的意义. 本文在第二、三章分别介绍了对固体界面Richtmyer−Meshkov (RM) 和Rayleigh−Taylor (RT) 不稳定性发展规律的研究现状, 总结了现有的不稳定性增长理论模型并探讨了其局限性. 与纯流体界面不稳定性增长所不同的是, 由于固体材料存在强度, 其界面不稳定性发展过程中扰动增长的部分能量会被强度这一耗散因素转化为晶格的热能, 从而降低扰动增长速率乃至抑制扰动增长, 因此如何衡量动态加载过程中固体的强度效应成为认识其不稳定增长规律的关键. 另一方面, 由于固体界面不稳定性的发展结果蕴含着材料的本构、状态方程等信息, 人们提出可以应用不稳定性的增长规律来获取材料的动态屈服强度、校验材料的高压本构模型和抑制不稳定性的增长, 本文在第四章中对这部分内容进行了介绍, 并指出建立能精确描述不稳定性增长现象与材料性质间“关联性机制”的理论模型是成功进行应用的关键. 在这些基础上, 本文于第五章展望了该领域存在的机遇和挑战.

可编程多物理机制的力学超材料

SinhaP, MukhopadhyayT

2024, 54(4): 823-871. doi: 10.6052/1000-0992-24-012

摘要(768)

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PDF(227)

摘要:
力学超材料是一种有别于传统力学行为的工程材料, 它源于人工可编程的微结构以及材料的固有属性. 在过去的十年中, 随着计算性能和复杂微观结构制造能力的巨大进步, 力学超材料已经吸引了研究人员的广泛关注, 因为它能够实现自然界中不可能出现的多重物理属性. 该领域迅速崛起的趋势之一是将材料行为和单元结构与其他不同的多种物理因素(如电场或磁场)以及温度、光或化学反应等刺激相结合, 从而扩大按需主动调制力学响应的范围. 在本文中, 我们旨在概述有关超材料的力学和多物理性质调制的相关文献, 重点介绍双能级设计的新兴趋势, 着重讨论力学超材料在关键工程领域应用中的巨大潜力. 本文对该领域的发展趋势、挑战和未来路线进行了系统深入分析, 涵盖实时可重构性和功能编程、4D打印、纳米超材料、人工智能和机器学习、多物理折纸/剪纸、活性物质、软物质和保形超材料、复杂微结构制造、服役寿命效应和可扩展性等概念.

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