力学进展

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孙茂

2015, 45(1). doi: 10.6052/1000-0992-14-065

摘要(4316)

PDF(3938)

摘要:
昆虫是最早出现、数量最多和体积最小的飞行者. 它们能悬停、跃升、急停、快速加速和转弯, 飞行技巧十分高超. 由于尺寸小, 因而翅膀的相对速度很小, 从而进行上述飞行所需的升力系数很大. 但昆虫翅膀的雷诺数又很低. 它们是如何在低雷诺数下产生高升力的, 是流体力学和生物学工作者都十分关心的问题. 近年来这一领域有了许多研究进展. 该文对这些进展进行综述, 并对今后工作提一些建议. 因2005 年前的工作已在几篇综述文章有了详细介绍, 该文主要介绍2005 年以来的工作. 首先简述昆虫翅的拍动运动及昆虫绕流的基本方程和相似参数; 然后对2005 年之前的工作做一简要回顾. 之后介绍2005 年后的进展, 依次为: 运动学观测; 前缘涡; 翅膀柔性变形及皱褶的影响; 拍动翅的尾涡结构; 翼/身、左右翅气动干扰及地面效应; 微小昆虫; 蝴蝶与蜻蜓; 机动飞行. 最后为对今后工作的建议.

动载荷的识别方法

杨智春, 贾有

2015, 45(1). doi: 10.6052/1000-0992-14-049

摘要(3121)

PDF(4008)

摘要:
大多数情况下, 作用在工程结构上的动载荷, 如高性能战斗机在大攻角机动飞行时作用在垂尾结构上的抖振载荷, 是无法直接测量的, 只能通过测试结构在动载荷作用下的动态响应来识别出结构的动载荷. 首先阐述了动载荷识别的基本原理, 然后根据结构模型的特点, 将动载荷识别方法分为确定性结构的动载荷识别方法和不确定性结构的动载荷识别两大类, 对近些年国内外学者在这两方面的研究进展进行述评, 最后针对目前动载荷识别方法研究中所存在的问题, 提出有待深入探讨的课题.

微流控器件中的多相流动

陈晓东, 胡国庆

2015, 45(1). doi: 10.6052/1000-0992-14-063

摘要(2725)

PDF(2750)

摘要:
微流控技术及微流控器件是近年来发展迅速的多学科交叉研究领域.相比于传统方法, 微流控技术能够实现对微量多相流体的精准操控, 可应用于化学分析、先进材料合成、蛋白质结晶、单细胞培育及检测、信息处理等领域. 该文回顾微流控器件中的多相流动现象, 概述其所涉及的流体力学机理,阐述实现多相微流控的各种方法, 并分析多相微流控技术的应用现状及面临的挑战, 最后总结针对多相微流动问题的数值模拟方法和实验测量技术, 展望多相微流控器件的研究方向及应用前景.

壁湍流相干结构和减阻控制机理

许春晓

2015, 45(1). doi: 10.6052/1000-0992-15-006

摘要(3127)

PDF(3657)

摘要:
剪切湍流中相干结构的发现是上世纪湍流研究的重大进展之一,这些大尺度的相干运动在湍流的动力学过程中起重要作用,也为湍流的控制指出了新的方向.壁湍流高摩擦阻力的产生与近壁区流动结构密切相关,基于近壁区湍流动力学过程的减阻控制方案可以有效降低湍流的摩擦阻力,但是随着雷诺数的升高, 这些控制方案的有效性逐渐降低.近年来研究发现, 在高雷诺数情况下外区存在大尺度的相干运动,这种大尺度运动对近壁区湍流和壁面摩擦阻力的产生有重要影响,为高雷诺数湍流减阻控制策略的设计提出了新的挑战.该文将对壁湍流相干结构的研究历史加以简单的回顾,重点介绍近壁区相干结构及其控制机理、近年来高雷诺数外区大尺度运动的研究进展,在此基础上提出高雷诺数减阻控制研究的关键科学问题.

金属材料力学性能的辐照硬化效应

肖厦子, 宋定坤, 楚海建, 薛建明, 段慧玲

2015, 45(1). doi: 10.6052/1000-0992-14-071

摘要(3418)

PDF(2628)

摘要:
开展金属材料力学性能的辐照硬化研究对抗辐照材料的设计及工程应用具有重要意义. 材料辐照损伤效应主要包括材料原子移位产生的辐照缺陷以及由核反应产生的氢、氦等气体杂质对材料性能的影响. 金属材料的辐照效应主要包括辐照硬化、辐照脆化和辐照蠕变等. 该文主要综述在低温(T < 0.3 T_m, T_m 是材料的熔点温度) 和低辐照剂量下, 由原子移位损伤产生的辐照缺陷所导致的辐照硬化行为, 即受辐照缺陷的影响, 材料的强度会升高. 材料的晶粒尺寸、晶界以及温度等因素对多晶材料的辐照硬化具有重要影响. 金属材料力学性能的辐照硬化研究是个多尺度问题, 其宏观力学性能既取决于微观尺度上辐照缺陷导致晶粒内部结构的变化, 也取决于细观尺度上晶粒间的相互作用. 该文从实验结果、数值模拟和理论模型三方面综述金属材料力学性能的辐照硬化研究进展. 在此基础上, 展望了该领域中存在的主要科学问题.

油水分离技术

吴应湘, 许晶禹

2015, 45(1). doi: 10.6052/1000-0992-15-001

摘要(3827)

PDF(3471)

摘要:
随着油田开采时间的增长, 产出液中含水率逐年增加, 部分井液的含水率高达95% 以上, 给目前已有的处理工艺带来新的挑战. 为了解决这些问题, 急需研发新型的油水分离技术, 以解决传统技术所遇到的瓶颈. 该文结合目前油气开发的新需求, 系统地介绍了油水分离的技术现状, 讨论了含油污水深度处理技术的特点, 分析了未来油水分离技术的发展趋势. 同时, 结合力学研究所研制的新型管道式油水分离技术, 详细介绍了柱型分离、导流片型分离、以及T 型管分离等新技术, 提出了新型管道式分离技术具有的技术优势, 可解决稠油开采、海底作业、以及井下分离等难题, 指明了技术发展方向.

高速列车的关键力学问题

杨国伟, 魏宇杰, 赵桂林, 刘玉标, 曾晓辉, 邢云林, 赖姜, 张营营, 吴晗, 陈启生, 刘秋生, 李家春, 胡开鑫, 杨中平, 刘文正, 王文静, 孙守光, 张卫华, 周宁, 李瑞平, 吕青松, 金学松, 温泽峰, 肖新标, 赵鑫, 崔大宾, 吴兵, 钟硕乔, 周信

2015, 45(1). doi: 10.6052/1000-0992-14-002

摘要(7725)

PDF(5999)

摘要:
在过去10 年时间, 中国和谐号系列高速列车经历了一系列速度上的飞跃. 在最初引进消化吸收基础上, 研制了新一代高速列车并大规模投入运营, 伴随这一过程的大量试验与工程实践, 大大促进了对高速铁路这样一个车- 线- 网- 气流强耦合的复杂大系统中的关键力学问题的深入理解和全面研究. 该文将从6 个方面对高速列车研制和运行过程中的典型力学问题的研究进展以及未来的研究方向做一个梳理. 考虑到这样一个大系统的复杂性,同时也为了使对高速列车感兴趣的技术与科研人员对这些力学问题有一个比较全面的认识, 文中将分别就高速列车的空气动力学、弓网关系、车体振动与车体模态设计、车体运行稳定性、高速轮轨关系、关键结构的运行可靠性和列车噪声等方面的研究进行总结和展望. 同时也对中国及国际高速列车发展趋势及其中的力学问题做了一个简要介绍.

磁敏智能软材料及磁流变机理

许阳光, 龚兴龙, 万强, 刘太祥, 宣守虎

2015, 45(1). doi: 10.6052/1000-0992-15-010

摘要(2328)

PDF(1279)

摘要:
磁敏智能软材料是一类将微米或纳米尺度的磁性颗粒分散在不同基体中制备而成的多功能复合材料.由于其流变性能在外磁场的调控下可以实现连续、快速、可逆的改变,因此在建筑、振动控制和汽车工业等领域得到了广泛地应用.本文首先介绍了磁敏智能软材料发展历史及分类,分析了不同种类的磁敏智能软材料的特点和存在的科学问题;然后从实验和理论两个方面讨论了磁流变机理的研究现状;最后从实际应用的角度对这类材料未来的发展方向进行了展望.

纯引力轨道检验质量的相对测量技术

侯振东, 王兆魁, 张育林

2015, 45(1). doi: 10.6052/1000-0992-15-012

摘要(1807)

PDF(948)

摘要:
纯引力轨道是物体在太空仅受引力作用的运行轨道, 通过构造纯引力轨道, 可实现超高精度的空间引力探测, 也可为科学实验提供超稳定卫星平台. 作为纯引力轨道构造的核心, 检验质量的相对测量不仅提供了部分任务科学数据, 还为航天器平台的跟踪控制提供输入. 首先, 描述了纯引力轨道的概念内涵, 总结了它在卫星重力测量、引力波探测等方面的应用情况. 其次, 综述了不同任务对相对测量的需求, 给出了电容式测量、磁感应测量和光学测量的原理, 总结了各自的优缺点. 根据检验质量的姿态运动, 将检验质量质心相对状态解算问题分为3 类, 给出了基于检验质量姿态动力学与表面建模的典型解算模型和质心速度估计方法. 最后分析了非引力干扰的理论计算、地面实验验证和在轨实验验证问题.

气相和微颗粒污染物在城市环境中的传输扩散

谢正桐, 廖俊豪, 蔡晓鸣

2015, 45(1). doi: 10.6052/1000-0992-15-008

摘要(2258)

PDF(1838)

摘要:
城市大气边界层中污染物传输扩散, 包括气相和微颗粒(PM), 是一个日益关注的问题. 本文结合笔者及合著者近些年来的工作, 试图综述在这方面研究的最新进展. 主要包括: 天气尺度(meso-scale) 和街道尺度耦合的大涡模拟, 温度稳定性层结效应, 高层建筑的影响, 在极端天气下的污染物浓度极值的预报, 化学反应和湍流的耦合计算和气溶胶动力学过程. 本文侧重于介绍英国和欧洲的数值模型研究的进展情况.

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