分类： 力学 >> 应用力学 提交时间： 2023-03-20 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为揭示八段锦初学者练习14周前后和专业者八式动作的不同动作特征，以红外捕捉测试系统、三维测力台、表面肌电测试系统，采集八段锦动作数据，以AnyBody 7.0建模系统计算八段锦动作的膝关节动力学、肌肉激活度参数。结果表明：八段锦干预可改善膝关节力量和稳定程度；不同动作的肌纤维参与活动收缩情况不同，产生的肌肉激活度不同，胫骨前肌、股直肌、腓肠肌、股二头肌分别在第二式、第三式、第五式、第七式时的肌肉激活度最高；初学者可针对不同动作影响刺激的肌肉，有针对性的区分练习，提高八段锦锻炼的科学性。研究成果证实了八段锦不同动作的膝关节动力学差异，计算出不同肌肉激活度特点，对指导初学者练习八段锦具有重要的意义。
分类： 力学 >> 应用力学 提交时间： 2023-03-20 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 目的 采用随机、双盲交叉实验设计，探究经颅直流电刺激(transcranial direct current stimulation, tDCS)对胫骨前肌的靶向性调控是否可以诱导静态平衡表现的改善。方法 使用经颅磁刺激(transcranial magnetic stimulation, TMS)确定胫骨前的肌皮层热点靶区，24名在校大学生以随机的顺序接受两次刺激20 min, 2 mA tDCS和假刺激(sham),每次刺激前后分别完成TMS测试和平衡能力测试，评估tDCS靶向性调控胫骨前肌对皮层兴奋性以及双足睁眼、双足闭眼、单足睁眼和单足闭眼静态平衡的影响。结果 (1)tDCS和Sham未呈现明显的组间差异；相比基线，tDCS刺激显著增大双足睁眼的平均速度，显著降低单足闭眼的动摇总轨迹长。(2)相比Sham, tDCS显著增大双足睁眼和单足闭眼Y方向平均中心变位。相比基线，tDCS显著降低双足睁眼Y方向平均中心变位、单足闭眼Y方向平均速度。(3)相比Sham, tDCS显著增加双足睁眼X方向平均中心变位、单足闭眼X方向平均中心变位和双足睁眼X方向最大动摇经。相比基线，tDCS显著增加双足睁眼X方向平均中心变位、单足睁眼X方向平均中心变位、单足闭眼X方向平均中心变位和双足闭眼X方向平均速度。(4)tDCS和Sham的运动诱发电位与静息运动阈值(resting motor threshold, RMT)未呈现明显的组间差异。相比基线，tDCS显著降低RMT。结论 tDCS靶向性调控胫骨前肌可有效改善单足闭眼平衡表现，但刺激方案对左右方向控制肌群的忽视降低了双足睁眼站立平衡表现；tDCS对胫骨前肌的靶向调控是一种改善前后方向平衡表现的有效手段。
分类： 力学 >> 应用力学 提交时间： 2023-03-20 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 针对沥青质颗粒在水平井井筒的沉积问题，本研究采用Fluent中的DPM模块追踪沥青质颗粒在油管中的运动轨迹，采用realizable k-e模型对尺寸为10～100m的沥青质颗粒在水平井筒内壁的沉积进行了研究。分析了重力、Saffman力以及阻力作用下，黏度、颗粒尺寸以及流速对沥青质颗粒沉积速率的影响。CFD模拟结果表明：(1)层流阶段，沉积速率随着黏度的增大而减小，这主要是因为层流阶段，流体流动较平稳，使得管壁附近速度梯度减小，Saffman升力降低引起的，而在湍流阶段，当黏度从0.001 2 Pas增加至0.012 Pas时，沥青质沉积速率会缓慢增加；当黏度从0.012 Pas增加至0.053 Pas,沉积速率和沉积百分数会随之下降；(2)当颗粒直径为10～100m时，沥青质颗粒沉积百分数和沉积速率会随着流速的增加而减小；(3)当速度为0.3～2 m/s时，沥青质颗粒沉积百分数和沉积速率随着颗粒直径的增大而增大。研究结果为水平井井筒中的沥青沉积行为指明了方向，认为合理控制井筒中流体速度、黏度和颗粒直径可作为去除井筒沥青质沉积的有效手段。
分类： 力学 >> 应用力学 提交时间： 2023-03-20 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 在长方体通道底面沿展向方向间隔设置了微型矩形凹槽，凹槽的深度与边界层尺度相当。采用大涡模拟方法对长方体通道内的流动及传热特性进行研究。数值计算结果表明：在长方体通道内设置的微矩形凹槽可以诱导突出效应及二次涡，二次涡的作用类似于微型空气滚动轴承，因而可减小流阻，并使传热性能略有提高。研究表明：微凹槽导致了速度滑移，从而有效降低了通道底部附近流体速度梯度；造成低速条纹变宽，使高低速流体的混合受到抑制。微凹槽内产生的二次涡增加了黏性底层的厚度，且二次涡与微凹槽上方流体之间的滚动摩擦代替了壁面与流体之间的滑动摩擦。与没有布置微型矩形凹槽的长方体通道相比，布置微凹槽的长方体通道可在不影响传热效果的前提下达到6%以上的减阻率。
分类： 力学 >> 应用力学 提交时间： 2023-03-20 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 结构体入水作为一个高度非线性的冲击动力学问题，广泛存在于船舶海洋和军事等工程领域，因此，对该问题进行精确而高效的数值模拟是十分必要。采用有限质点法(finite particle method, FPM),结合无反射边界，数值模拟研究了二维结构体入水的动态过程。通过分析楔形体入水所受的垂向力、速度和压力，并与相关文献结果对比分析，验证了该方法的有效性。在此基础上，对不同工况下的入水问题进行了模拟，研究了不同尺寸、形状、初速度和质量等情况下，结构入水冲击时垂向力和速度随时间的变化规律，以及不同时刻下压力响应的变化趋势。研究结果表明：楔形体的底升角尺寸、结构体形状、入水初速度和质量等因素都会直接影响结构体入水的力学特性，为入水结构体的力学设计提供了参考。
分类： 力学 >> 应用力学 提交时间： 2023-03-20 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 针对双层侧壁开孔的纸蜂窝芯层的面外静态压缩特性，通过试验分析无孔和开孔纸蜂窝芯层在面外压缩量为85%时的压缩变形过程，研究相对湿度和圆孔直径对其强度性能的影响。基于蜂窝结构的对称性，利用两种基本单元模型，将面外受载的蜂窝胞壁视为无孔和开孔简支弹性薄板，推导出弹性屈曲临界应力和塑性屈曲平台应力的预测公式，结果表明理论计算与试验结果具有良好的一致性。结合纸基材的正交各向异性和纸蜂窝芯层的面外压缩特性，建立无孔、开孔纸蜂窝的有限元模型，仿真模拟蜂窝胞壁在弹性和塑性屈曲阶段的弯折变形演化过程，与静态压缩试验中所观察到的变形过程是一致的。
分类： 力学 >> 应用力学 提交时间： 2023-03-20 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 针对含有主、次梯形波纹结构特征的换热器板的等效材料性能和力学行为进行了理论建模和数值研究。首先，结合目前已有的两类波纹结构的等效方法和波纹型换热器板的结构和几何特征，推导了仅含主波纹的换热器板的等效参数预测公式。在此基础上，结合商用ANSYS软件平台，建立换热器波纹板波纹的力学实体仿真模型，通过比较不同几何尺寸和结构特征的波纹板的变形特征，讨论了两类预测公式的适用范围。在此基础上，给出了具有离轴特征的、含有主次波纹换热器板结构的等效薄板模型和刚度预测公式，讨论了主、次波纹结构以及离轴特征对于换热器板结构的材料性能的影响。
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摘要： 为研究核工程备选石墨(SNG742细粒石墨)的断裂性能，探明材料的三维断裂力学特性，对压缩双裂纹圆孔板(DCDC)试件进行压缩试验，使用X射线计算机断层扫描(XCT)技术对试件内部进行测量。采用数字图像体相关(DVC)方法对XCT扫描图像进行分析，获得了DCDC试件的三维位移场和应变场。通过对比DVC和有限元模型的x方向应变场，反演了试件的弹性模量。结果表明，当弹性模量取10.6 GPa时，有限元模拟结果与试验结果最接近，二者的最小应变误差约为0.0910~(-3)。此外，利用XCT图像中裂缝与周围区域灰度差异明显的特点，定量分析了尺度上与主裂缝宽度接近的内部缺陷，整体上受拉区域的缺陷密度高于受压区域的，其平均值大约是受压区域的2.7倍。从试件的位移场得到裂缝的三维特征，分析表明：局部裂缝长度沿试件厚度方向呈现内部高、表面低的分布规律，裂缝张开位移与局部裂缝长度成正比，裂尖张开角基本保持不变，约为1.5。最后，分析了裂缝前缘处应变，发现应变不随局部裂缝长度的变化而改变，其值始终保持在5.810~(-3)上下。本研究方法可为通过小尺寸试件获得材料的断裂参数提供思路，研究结果可为研究核级石墨的三维断裂特性提供直接的试验证据。
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摘要： 以鞍形膜结构为研究对象，研究了冲击载荷作用下鞍形膜结构的振动问题。首先推导了冲击载荷作用下的结构振动非线性微分方程，该方程中考虑了膜材的正交异性，空气阻尼以及膜材变形的几何非线性。然后假设一小球以某确定的冲击速度差冲击膜面，模拟冲击荷载。最后利用随机摄动法求解方程，得到鞍形膜结构振动响应的位移函数，通过该函数分别对膜面预张力、拱跨比以及小球速度差进行参数分析。同时，对鞍形膜结构的振动进行数值模拟，并与解析理论作对比分析。结果表明鞍形膜结构振动位移会随着膜面预张力或拱跨比的增大而减小，同时也会随着速度差的增大而增大。由此可知该理论模型研究鞍形膜结构在冲击载荷作用下的振动特性是可行的，得到的结果能够准确地预测膜结构响应规律。
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摘要： 硬薄膜/软基底结构的表面失稳问题一直是柔性电子器件的难题，基于此，本文考虑了双层结构与弹性梯度基底间的界面剪切力，建立了双层薄膜/弹性梯度基底模型；利用位移协调条件，理论推导得到了双层薄膜/弹性梯度基底结构的临界应变和失稳波长的表达式并通过有限元仿真，验证了本研究解析解的有效性。在此基础上，应用此解析解进一步研究了弹性梯度基底的材料、双层薄膜结构厚度比等参数对临界应变和波长的影响。结果表明：减小器件层的厚度或者增加封装层的厚度，可以提高双层膜/弹性梯度基底结构的稳定性；当弹性梯度材料基底表面较软或器件层较硬时，器件层与基底界面的剪切力的影响较大，可以提升三层膜/基结构抵抗界面破坏的能力。本研究成果将为硬薄膜/弹性梯度基底结构的柔性电子器件的制备提供理论支撑。
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摘要： 针对拉索预应力巨型网格结构的参激振动及动力稳定性问题进行了研究。首先建立索-拱简化模型，分析了桁架拱拉索参激振动的诱发机制与特征，并利用ANSYS软件进一步探究了参激振动的影响因素，然后对简谐荷载作用下拉索预应力桁架拱及整体结构的动力稳定性进行了分析。研究表明：当结构振动频率为索基频的2倍左右时，拉索会发生参激振动，振动响应特征与激励幅值、阻尼、拉索初张力、支承方式等相关；拉索预应力桁架拱在水平简谐荷载作用下一般会发生动力失稳破坏，在竖向简谐荷载作用下发生动力强度破坏，拉索预应力巨型网格整体结构在简谐荷载作用下通常发生动力失稳破坏。
分类： 力学 >> 应用力学 提交时间： 2023-03-20 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 在岩溶区修建隧道常会面临突涌水等地质灾害，尤其是对于浅埋穿河隧道的建设，更是极具挑战性的一项工作。由于隧址区存在断层破碎带、岩体风化程度高、节理裂隙发育等，使得河水入侵隧道的可能性大幅增加。为了有效评价岩溶区浅埋隧道下穿河段突涌水发生的危险性，本研究根据隧址区地质条件及隧道特征，选取了地层岩性、修正的岩层倾角、可溶岩与非可溶岩接触带、围岩等级、断层带宽度、断层性质、裂隙发育程度、地表水流量、地表汇水面积、隧道埋深、施工干扰程度共11个影响突涌水的关键因素作为评价指标，建立了岩溶区浅埋穿河隧道突涌水危险性评价体系。首先，采用层次分析法构造判断矩阵确定评价指标的权重，利用集对分析法计算各评价指标的联系度，进而确定评价样本的综合联系度；其次，运用最大隶属度原则识别突涌水风险等级；最后，根据危险性等级与涌水量之间的对应关系，可初步预测突涌水量范围。针对跃龙门隧道下穿高川河浅埋段的突涌水风险，采用集对分析模型进行分析，计算结果显示，危险性评价预测的突涌水量范围为3 000～10 000 m~3/d,现场开挖实际涌水量为7 000 m~3/d。即危险性评价结果与现场实际情况基本一致，验证了该评价体系与方法的合理性及可行性，为岩溶区浅埋隧道下穿河段突涌水风险评估提供了有效支撑。
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摘要： 为探究新疆地区全沙漠砂制备水泥基复合材料ECC(engineered cementitious composite)的可行性，并研究全沙漠砂ECC的单轴受压尺寸效应，在对沙漠砂、石英砂和河砂三种骨料制备的ECC宏观力学性能及微观结构分析比较的基础上，重点对5组不同尺寸的沙漠砂ECC试件进行了单轴压缩性能试验。结果表明：在相同的材料配比下，完全使用沙漠砂制备的ECC,其抗压、抗拉以及抗折强度均与其余两种砂制备的ECC相近，沙漠砂ECC中纤维表面较少的附着物和较为完整的形貌对其发挥桥联作用有益；全沙漠砂ECC单轴受压性能具有尺寸效应；提出的高厚比与抗压强度的关系表达式、不同高厚比的应力-应变全曲线模型均与试验结果吻合较好。
分类： 力学 >> 应用力学 提交时间： 2023-03-20 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为了更大程度地降低岩爆所带来的动力灾害，基于岩爆能量原理，提出了隧道内壁或掌子面前方产生的应力集中现象为非均匀薄壁应力集中的概念，分析认为诱发岩爆的位置为应力集中且应力梯度较大处。以实际工程为依托，通过FISH语言编译计算代码对三维有限差分数值软件进行二次开发，系统地从围岩局部让压的角度研究深部地下洞室在动载作用下的能量演化规律以及钢架合理支护让压间距对洞室破坏形式和动态响应规律，研究表明：由于围岩的局部让压效应，对围岩的扰动减少，冲击波能量在掌子面处被吸收和反射，导致动力响应减弱，使动力荷载有所消减。洞室开挖后，围岩在破坏初期首先出现张拉破坏而后以剪切破坏为主，剩余弹性应变能以动能形式向外剧烈释放，发生岩爆现象的部位与岩体最大主应力方向具有直接关系。
分类： 力学 >> 应用力学 提交时间： 2023-03-20 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为了更切实际的研究土压平衡盾构中螺旋输送机在稳定开挖面、排渣等方面的作用，在已有螺旋输送机渣土输送理论模型的基础上，考虑了螺旋输送机实际倾角及内部渣土体的重力，以及螺旋输送机中土体螺旋输送的实际工况，建立理论力学模型。通过土压平衡原理推导出螺旋输送机的土流量及土压梯度公式，并分析了它们与各参数之间的变化规律。除了考虑基本的机械参数和渣土性质参数外，还分析了不同性质土体对出渣效率的影响以及土流角对土流量和土压梯度的影响规律：土流量增长速率随着土流角增加呈先减小后增大的非线性趋势；土压梯度随着土流角增加呈三角函数式增长。为实际工程中合理设计、选型、评价土压平衡盾构螺旋输送机提供一定的理论基础和工程借鉴。
分类： 力学 >> 应用力学 提交时间： 2023-03-20 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 通过溃坝案例的现场调查和水槽模型试验，建立了面板砂砾石坝漫顶溃坝数学模型，以模拟水流特性、砂砾石料以及混凝土面板三者之间的相互作用。该模型主要由3部分组成：(1)考虑漩涡水流和砂砾石料之间的冲蚀特性，引入RNG k-湍流模型模拟漩涡水流的反向侵蚀；(2)通过泥沙输移公式和流体体积法(VOF法)追踪砂粒与水流侵蚀交界面，并考虑了砂砾石料的孔隙特性；(3)基于弯矩平衡法判定混凝土面板在自重和水荷载作用下的破坏过程。通过水槽模型试验对数学模型进行验证，结果表明，建立的数学模型能够准确地模拟溃决过程中漩涡水流对大坝的反向侵蚀和面板溃口的详细演化过程；该模型计算的溃口流量、堆石体溃口的发展、溃坝历时以及面板的折断长度，与实测数据的相对误差均小于15%,验证了模型的合理性。与参数化模型相比，本研究提出的溃坝模拟数学模型具有更详细的结果。
分类： 力学 >> 应用力学 提交时间： 2023-03-20 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 岩石随着外载荷的增大发生变形和破坏，当外载荷保持不变时，变形并未停止，仍会持续增加，发生蠕变变形，其根本原因是岩石的非均匀性。岩石蠕变破裂是由岩石内部原始非均匀性引起的微观尺度破裂、细观尺度裂纹扩展和贯通、宏观尺度变形增大和破坏的过程，因此需要对岩石蠕变破裂的多尺度演化机理进行研究。本研究以砂岩为研究对象，从蠕变破裂宏观演化试验和破裂断口微细观扫描试验出发，分析砂岩试样不同尺度变形破裂机理。通过砂岩蠕变破裂宏观演化试验可以看出，在初始蠕变和等速蠕变阶段，岩石表面无裂纹，主要为微、细观裂纹的萌生和扩展。当宏观破裂面形成后进入加速蠕变阶段，在加速蠕变阶段，沿破裂面产生摩擦滑动，最终发生破坏。通过对典型破裂断口的微、细观结构特征分析及不同分析点位的组成成分和元素特征分析可以得出，岩石微观孔隙、裂隙等缺陷发育的结构非均匀性和组成成分的非均匀性是造成砂岩微观破裂和细观裂纹扩展的主要原因。多尺度分析的结果直观的反映了岩石内部裂纹扩展空间位置和扩展方向。这对深入研究岩石蠕变破裂演化机理是十分有意义的。
分类： 力学 >> 应用力学 提交时间： 2023-03-20 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 振动主动控制系统是通过获取振动传感器信号、驱动作动器施加作动力以降低平台振动水平的机电综合系统。对于振动环境恶劣的装备平台，振动主动控制系统工作的稳定性直接影响平台使用体验。当系统内硬件数量较多时，系统对部件可靠度敏感度较高。为了提高系统功能可靠性，保证装备平台安全，在不改变硬件的前提下，本研究从优化控制策略出发，提出了两种系统降级模式，并对其进行可靠性分析；在降级模式的基础上，基于切换系统方法，针对硬件故障数量的不同设计不同等级的降级模式；针对不同降级模式下系统控制参数，对作动器进行最优组合设计，得到在不同降级模式下系统减振控制的最优高维度模型矩阵；最后在实验室内，基于振动主动控制系统实验环境，针对作动单元降级模式进行了实验验证，通过模拟部件故障状态，验证系统降级工作策略与控制模型优选设计的正确性，提高了系统功能可靠性。
分类： 力学 >> 应用力学 提交时间： 2023-03-20 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 全动平尾颤振设计是战斗机设计中的重要环节，全动平尾的颤振包线直接决定飞机的飞行包线。建立了适用于结构动力学及颤振分析的全动平尾仿真模型，针对全动平尾气动布局与结构布局，通过仿真分析，提炼了全动平尾颤振关键设计因素，包括前缘后掠角、气动力面积分布、尾梁支承刚度、大轴刚度、大轴位置、作动系统刚度、翼面质量分布等，利用数值仿真计算，获得不同设计因素与平尾颤振速度之间的关系，指出各因素对于提高平尾颤振速度的设计趋势以及对结构重量的利弊。通过缩比模型的风洞试验验证了各参数对平尾颤振影响的正确性，综合数值计算与缩比模型的风洞试验总结出的全动平尾颤振关键设计因素可为飞机平尾总体布局设计提供参考。
分类： 力学 >> 应用力学 提交时间： 2023-03-20 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 在研究挠性航天器动力学问题时，关注的问题是挠性航天器系统的刚柔耦合作用问题，即航天器挠性附件的振动可能会造成航天器运动失稳。针对中心刚体-双侧大挠性结构的自旋航天器，提出了航天器帆板结构的梁式简化模型，建立了一种非约束模态动力学模型。本研究考虑受到万有引力作用，探讨自旋挠性航天器非约束模态的动力学建模及动态特性。首先利用欧拉方程和哈密顿原理建立了自旋挠性航天器动力学方程，方程解释了刚性模态和弹性模态之间的耦合；然后进行了模态离散化，分别在约束模态和非约束模态下对特征值问题开展研究，对频率和相关振型进行了定量比较；最后进行了数值仿真，求解了自旋挠性航天器非约束模态特征值问题，比较约束模态与非约束模态之间的差异，并用有限元进行验证，得到了随着梁长度的增加，即刚柔惯量比、质量比的减小，非约束模态比约束模态更加准确的结论。
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