力学进展

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

海洋复合管缆非线性问题的研究进展

李露洁, 卢自寒, 曹婷, 刘德鹏, 张玉

, doi: 10.6052/1000-0992-26-019

摘要(15)

HTML(14)

PDF(1)

摘要:
海洋复合管缆是海洋能源开发的关键链接结构, 通常由金属增强层、聚合物护套、功能单元及界面层等多种组成部分构成, 具有多层复合、多种异质材料组合和细长柔性等结构特点, 在浪流、内压、温度、浮体运动及海床约束等复杂环境与载荷共同作用下, 表现出显著的材料非线性、几何非线性、界面非线性和接触非线性, 直接影响海洋复合管缆的结构分析、强度评估与服役安全. 本文围绕海洋复合管缆非线性问题的研究进展, 系统介绍了其多层复合结构特性与非线性诱因, 梳理了材料非线性中橡胶和聚合物材料的超弹性、黏弹性与金属材料的弹塑性本构理论; 对比介绍了细长杆理论、集中质量法、共旋坐标法和绝对节点坐标法等几何非线性建模方法及相应求解策略; 归纳总结了界面非线性中界面强度、界面摩擦以及界面疲劳非线性相关理论; 论述了接触非线性中管缆−海床相互作用经典理论及改进模型. 现有研究虽然已经取得较多进展, 但对复杂海洋环境下多非线性共同作用机制的认识仍存在不足, 未来应面向多场、多尺度和长期服役条件, 进一步开展多非线性问题耦合分析, 为海洋复合管缆的安全设计与长期服役评估提供更可靠的理论支撑.

疲劳寿命预测与可靠性分析: 机理与数据驱动、确定性与随机性方法

朱顺鹏, 王蓝仪, 闫梦丽, 罗昌齐, 王清远

, doi: 10.6052/1000-0992-26-016

摘要(958)

HTML(247)

PDF(429)

摘要:
疲劳寿命预测与可靠性分析对于保障重大装备服役安全至关重要. 传统研究范式主要依赖于专家经验、机理建模及经典统计分析方法. 然而, 受限于对疲劳失效机理认知的局限性, 传统方法在面向复杂疲劳行为建模时预测精度不足. 以机器学习为代表的数据驱动方法凭借其优异的非线性拟合能力, 在疲劳建模及可靠性评估领域展现出巨大潜力. 但疲劳问题固有的小子样特征与机器学习模型的数据驱动本质间的矛盾, 致使其难以满足重大装备的服役安全评估需求. 物理信息机器学习框架为疲劳寿命预测与可靠性分析提供了全新建模范式. 本文全面概述了面向疲劳寿命预测与可靠性分析的机理建模与数据驱动方法, 并探讨了其从确定性寿命预测延伸到概率性可靠性分析的应用. 本文系统梳理了构建物理信息机器学习框架的不同建模策略, 并剖析了各类建模策略的优势. 围绕从确定性寿命预测到概率性可靠性分析的应用跨度, 评估了不同建模范式在拟合精度、计算效率及泛化能力等方面的综合表现, 并进一步阐明了其在不同疲劳问题中的适用边界. 针对现阶段疲劳寿命预测与可靠性分析方法的局限性, 本文为开发高可靠预测模型以保障重大工程装备服役安全性指明了潜在发展方向.

移动可变形组件拓扑优化方法: 扩展、应用及展望

李宗豪, 陈伟球

, doi: 10.6052/1000-0992-26-012

摘要(557)

HTML(158)

PDF(109)

摘要:
借助显式几何参数描述结构拓扑构型, 移动可变形组件 (moving morphable components, MMC) 拓扑优化方法具备设计变量少、计算机辅助设计(computer-aided design, CAD)系统的无缝兼容性、拓扑描述与分析模型解耦、易于表示制造相关约束等优势, 可以显著提升结构设计效率, 因而自提出以来便受到广泛关注. 本文系统阐述了MMC方法的核心理论框架及扩展体系: 从初始技术方案中超椭圆方程的结构描述、结构柔顺性目标函数、含体积约束的优化列式、灵敏度分析以及核心技术问题, 到涵盖其几何描述、数值技术以及优化求解的多维度扩展. 在分析理论演进脉络的基础之上, 评述MMC方法在非线性、多材料和应力约束等特定优化技术问题的解决方案, 总结MMC方法在轻量化构件设计、动态性能设计、超材料/超结构设计等领域的多学科交叉应用. 最后, 基于现有研究瓶颈讨论若干重点发展方向, 展望MMC方法在智能计算时代的广阔前景.

力−电耦合效应在风能及水能采集中的应用与发展

高玲肖, 王宇航, 谢坤, 邓齐波, 唐辉, 胡宁

, doi: 10.6052/1000-0992-26-022

摘要(91)

HTML(26)

PDF(9)

摘要:
随着能源短缺与环境问题的日益凸显, 开发清洁可再生能源已在全球范围内形成共识. 风能和水能因储量巨大和可再生特性, 被视为能量采集技术的理想能源. 力−电耦合机制决定了能量采集器的输出功率与频带适应能力, 是提升能量采集效率的切入点. 系统梳理了力−电耦合效应在风能与水能采集中的应用方法, 阐述基于动力学失稳的能量俘获机理、理论建模方法和性能增强策略. 在风能采集方向, 围绕涡激振动、颤振和驰振等典型流致振动现象, 分析非线性动力学响应特征, 并归纳了通过结构构型调整、引入非线性机制和多自由度耦合设计等途径拓展有效工作频带、提高机电转换效率的研究进展. 在水能采集方面, 总结了宏观波浪能采集方法中的线性共振响应和非线性频率提升等技术在提升能量转换效率方面的效果, 并对微尺度水能采集中的微纳米力学特性进行了讨论. 最后, 对基于力学设计能量收集技术的未来趋势进行了展望.

准零刚度隔振结构设计与应用

王强, 周加喜, 王凯, 覃宇, 高靖航, 谭栋国

, doi: 10.6052/1000-0992-26-028

摘要(460)

HTML(99)

PDF(161)

摘要:
振动诱发的结构疲劳、动态失稳与功能退化严重影响装备的服役可靠性, 因此实施有效的隔振措施至关重要. 然而, 传统线性隔振结构受制于低静刚度与承载能力之间固有矛盾, 难以实现有效的低频振动隔离. 近年来, 准零刚度隔振结构因其能保持高静刚度的同时显著降低动刚度, 从而将隔振频率拓展至低频甚至超低频, 而受到广泛关注. 本文以典型准零刚度隔振结构的实现方式为切入点, 系统综述了斜弹簧式、连杆−弹簧式、凸轮−滚子式、屈曲梁/板/环式、永磁铁式、折纸式以及仿生式等多种准零刚度隔振结构的设计方法. 在此基础上, 进一步梳理了多层准零刚度隔振结构与多向准零刚度隔振结构的研究进展, 并总结了准零刚度隔振结构在交通运输、机械传动、医疗器械、土木工程及输流管道等领域的典型应用. 面对工业装备向高端化、精密化持续演进的趋势, 本文最后结合拓扑优化、数据驱动建模、主动控制及振动能量俘获等新兴研究方向, 对准零刚度隔振技术的未来发展进行了展望, 以期为该领域的深入研究提供参考.

临近空间环境对飞行器作用效应研究和展望

滕宏辉, 任杰, 周萧明, 韩宏伟, 刘刘, 张子健, 黄锦松, 赵瑞, 苗龙, 罗凯, 左磊, 王东炜, 刘战伟

, doi: 10.6052/1000-0992-26-020

摘要(531)

HTML(138)

PDF(176)

摘要:
临近空间作为航空与航天的过渡区域, 具有大气稀薄、温度分层显著、风场强扰动等极端环境特征, 对飞行器气动、动力、控制及材料结构形成复杂耦合效应. 本文从“环境−飞行器耦合效应”的总体视角出发, 系统梳理了临近空间大气平均特性与时空演化规律并分析了环境参数向临近空间飞行器各子系统的传递链路及飞行包线约束. 在气动方面, 探讨了稀薄气体效应、风场扰动、气动加热、热化学非平衡以及边界层转捩与湍流模拟的关键问题; 在动力系统方面, 综述了亚燃/超燃冲压发动机、组合式发动机、爆震发动机以及电推进技术的环境适应性与面临的挑战; 在动力学与控制方面, 分析了跨域宽速域制导策略、强扰动下鲁棒控制方法以及智能控制与自主决策的发展现状与未来趋势; 在材料与结构方面, 阐述了极端热−力−声多场耦合下的热防护系统、主动热管理技术、噪声与振动抑制以及结构健康监测与数字孪生应用的研究进展和未来展望. 最后, 本文在上述不同领域提出了展望与若干研究建议. 与已有聚焦单一学科或特定效应的综述不同, 本文为临近空间飞行器总体及各系统研究提供了一套可参照的分析框架和关键技术方向, 有助于推动各领域从经验性设计向适应环境不确定性的精细化、一体化设计演进, 为未来临近空间飞行器的发展提供支撑.

微纳尺度界面稳定特性与演化机制: 从纳米气泡到纳米液滴

马晓彤, 厉明波, 高雅温, 陈昌盛, 孙超

, doi: 10.6052/1000-0992-26-024

摘要(471)

HTML(96)

PDF(111)

摘要:
微纳尺度气液与液液界面广泛存在于自然界与工程系统中, 其物理力学行为在尺度效应作用下显著不同于宏观体系. 纳米气泡与纳米液滴具有典型的软物质界面结构, 能够在极高拉普拉斯压强下长期稳定存在, 形成了著名的“稳定性悖论”: 对纳米气泡而言, 其长期稳定存在显著偏离爱泼斯坦–普莱塞特扩散模型的经典预测; 而对纳米液滴而言, 则表现出超出奥斯特瓦尔德熟化理论适用范围的非平衡稳定行为. 以连续介质力学与统计热力学为理论框架, 系统综述了表面纳米气泡、体相纳米气泡及纳米液滴的稳定性机理与演化规律. 重点分析了表面纳米气泡中接触线钉扎与界面气体过饱和对扩散过程的调制作用, 阐述了体相纳米气泡中界面电荷积累、离子特异性吸附及扩散屏蔽构建稳定性物理机制, 并总结了其对溶液环境及力学扰动的非线性响应特征. 进一步评述了多组分溶液体系中纳米液滴成核动力学及无表面活性剂微乳液中熵致的亚稳态稳定机制. 最后, 通过比较曲率效应、界面张力修正及界面分子排布, 构建了纳米气泡与纳米液滴的物理力学图像, 并展望了相关跨尺度建模、原位表征技术及能源环境领域的应用前景.

留言板

最新录用

新闻公告More >

作者中心More >

相关链接More >