力学进展

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国外特大型低速风洞建设与试验研究综述

刘晓波, 郭楚微, 李文佳, 陈陆军, 张俊龙, 段玉婷

, doi: 10.6052/1000-0992-25-025

摘要(101)

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摘要:
从介绍美国和俄罗斯建设特大型低速风洞的背景出发, 重点阐述了国外特大型低速风洞开展的试验研究情况, 包括运用的试验流程、完成的试验型号、使用的试验技术等, 尤其是针对特大型低速风洞而设计的特殊试验技术, 研判了特大型低速风洞试验技术未来的发展趋势. 研究结果表明, 特大型低速风洞的建设主要是为了满足型号试验任务和技术发展的需要, 试验流程突出大模型的安装和试验故障的处理, 试验型号以固定翼飞机、旋翼飞机等各类飞机为主, 也兼顾多种航天飞行器的低速试验研究, 还积极承揽能源、交通及建筑类的试验任务, 并在基础空气动力学问题研究方面发挥了重要的作用. 在试验技术方面, 特大型低速风洞既采用了常规的测力、测压和测速等试验技术, 也发展了全尺寸模型、倾转试验台、特大攻角、模型自由飞行、非接触光学测量、恶劣环境模拟等特殊的试验技术, 试验技术总体呈现向提交高精度数据、组合利用多种测试手段、深度赋能大数据、多学科一体化、虚拟现实与增强现实等方向发展. 最后, 提出了特大型低速风洞分步发展试验技术、打造专业试验平台、突出试验细节尺度优势等几点启示.

固体力学中复杂性的智能解析

徐志平

, doi: 10.6052/1000-0992-25-018

摘要(127)

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摘要:
理解与预测物质微观结构及其演化行为, 并揭示其与宏观性能之间的关联规律, 是固体力学关注的核心科学问题之一. 从 Galileo 的木梁弯曲实验、Cauchy 基于微元的应力定义, 到基于 Arrhenius 关系的加速蠕变实验设计, 力学中的模型假设与理论解析持续推动物质科学的发展和材料、结构工程的进步, 原子模拟、连续介质仿真等方法在学术与工业界得到广泛应用. 然而, 物质的变形与失效过程常具有多时空尺度、多物理场、多机制耦合与非线性演化特征. 基于“观察−假设−模型”的研究思路在面对上述复杂性时遭遇挑战. 在高性能计算和高通量实验的基础上, 数据科学与人工智能方法的发展使我们可以从互补角度来重新审视复杂性问题, 拓展科学发现与工程设计边界. 相比智能技术在视觉、语言等数字空间中的应用, 工程科学对物质世界的探索在数据质量、模型可解释性与推断能力方面提出更高要求. 在统计学习模型中引入数学约束或物理传递策略有助于克服性能−效率均衡与泛化、可理解性等挑战, 构建具备物理一致性和广度的数据库与数字库有望以“重构现实”的方式理解复杂系统的演化规律. 在认知科学的推动下, 物理智能等技术正逐步具备在复杂、动态场景中协助甚至开展科学探索与推理的能力. 本文聚焦材料力学性能与结构长时服役行为, 探讨固体力学中的典型复杂性, 从学习理论、开放科学的视角展望本领域基础与应用研究的发展方向.

同轴涡环相互作用过程的噪声分析

臧振宇, 周志腾, 王士召

, doi: 10.6052/1000-0992-25-020

摘要(30)

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摘要:
涡环同轴相互作用是亚音速射流中的典型流动结构和重要的噪声来源. 调控涡环相互作用过程的加减速运动是降低射流噪声的关键. 已有的研究工作发现, 弱涡环径向加速度是低频高振幅噪声的主导因素. 本文基于Dyson薄核涡环模型研究了这一现象的成立条件和规律. 通过将声源分解为涡环轴向和径向动力学参数乘积的形式, 研究了不同初始环量比和初始半径比条件下的涡环相互作用过程, 发现了主导总声源脉冲的临界初始半径比. 只有当初始涡环半径比小于临界初始半径比时, 弱涡环径向加速度声源项对总声源的贡献才大于强涡环. 通过对涡环相互作用过程的定量分析, 发现了声源脉冲峰值与涡环轴向速度、径向加速度峰值的关联关系, 并发现强涡环的反向运动, 会造成强涡环声源项产生反相位脉冲.

非正泊松比力学超材料设计策略及其缓冲吸能特性

王玮婧, 杨航, 张伟明, 马力

, doi: 10.6052/1000-0992-25-021

摘要(144)

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摘要:
非正泊松比力学超材料是一类通过构型设计在宏观尺度上展现零/负泊松比效应的结构型功能材料. 因其在横向变形调控、尺寸稳定性和能量吸收等方面的独特优势, 在航空航天、海洋工程、交通运输、可穿戴防护装备和生物医学等领域展现出广泛应用前景. 近年来, 随着微结构设计、先进材料制备技术和多材料集成手段的不断演进, 非正泊松比力学超材料在构型多样性、响应调控性与结构功能一体化等方面取得了显著进展. 本文从激活结构横向变形行为的主导机理出发, 系统梳理了非正泊松比力学超材料的典型设计策略. 负泊松比超材料围绕内凹几何、旋转体系 (旋转刚体/桁架、手性/反手性)、剪纸/折纸、弹性不稳定诱导与刚体联动等机制组织. 零泊松比超材料归纳为类矩形/平行四边形、半内凹、正负泊松比单元混杂与刚柔复合等几何范式. 围绕非正泊松比力学超材料在缓冲吸能应用中的关键性能, 重点讨论了多平台响应设计、梯度构型调控、多材料耦合与智能材料介入等性能增强途径. 在结构集成层面, 本文还探讨了模块化组装、夹层结构设计与本征三维结构设计等技术路径. 最后, 结合非正泊松比力学超材料在设计制备、性能调控与系统集成中的研究进展, 梳理了当前面临的核心技术瓶颈, 明确了亟需突破的关键方向, 并提出了面向多尺度制造、多场响应集成与工程化应用的未来发展路径.

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