力学进展

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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

, doi: 10.6052/1000-0992-22-041

摘要(354)

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PDF(47)

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.

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

, doi: 10.6052/1000-0992-22-029

摘要(1580)

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PDF(664)

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.

运动生物力学发展现状及挑战

刘程林, 郝卫亚, 霍波

, doi: 10.6052/1000-0992-22-030

摘要(585)

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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.

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(474)

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摘要:
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(1721)

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PDF(684)

摘要:
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.

中国力学学会2023年学术活动计划表

摘要(190)

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摘要:

折纸运动学综述

陈焱, 顾元庆

, doi: 10.6052/1000-0992-22-040

摘要(745)

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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.

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

, doi: 10.6052/1000-0992-22-024

摘要(780)

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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.

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