检索结果-内蒙古大学图书馆

力学季刊 2025年第1期46卷 64-75页

作者：王振兴张能辉上海大学力学与工程科学学院上海市应用数学和力学研究所上海市力学在能源工程中的应用重点实验室上海200072

为满足新的检测需求并实现高灵敏度,微梁生物传感器技术在信号解读模型的发展方面遭遇挑战.我们通过对表面吸附作用下微梁准静态检测信号的3D有限元模拟,揭示了微梁横截面翘曲的非对称分布特征,然而现有考虑剪切变形的理论模型无法描述... 详细信息

为满足新的检测需求并实现高灵敏度,微梁生物传感器技术在信号解读模型的发展方面遭遇挑战.我们通过对表面吸附作用下微梁准静态检测信号的3D有限元模拟,揭示了微梁横截面翘曲的非对称分布特征,然而现有考虑剪切变形的理论模型无法描述这种非对称翘曲变形.针对这一问题,首先,将分子完全吸附简化为作用于微梁表面的均匀分布表面应力,通过3D有限元模拟获得翘曲零点分布规律.然后,利用平面弹性理论的半逆解法,在变形后的横截面上确定与非对称翘曲特征相适应的切应力分布和剪力,由此改进了Timoshenko梁理论,建立了预测微梁准静态检测信号的新模型.最后,通过比对实验结果和有限元模拟验证解析模型.结果表明,本文改进模型预测与有关微梁实验吻合良好,且在现有吸附-微梁静态实验所选用的几何尺寸范围内(长厚比200~500,长宽比3~7),本文改进模型关于微梁自由端挠度的预测误差(3%以内)均小于其它理论预测;剪切效应与轴力效应对微梁挠度的贡献为负,且剪切效应对微梁挠度的贡献明显大于轴力效应的贡献.本文模型和结论为微梁生物传感器静态检测信号的解读和有关设计提供了一种新的思路.

关键词：生物吸附微梁表面应力翘曲效应信号解读模型

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不同应变率条件下推进剂/衬层界面内聚力模型及其在脱粘模拟中的应用

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应用力学学报 2025年

作者：尚一星尹征南上海市应用数学和力学研究所上海市能源工程力学重点实验室上海大学力学与工程科学学院

界面脱粘是固体发动机体常见的破坏形式之一，内聚力模型（CZM）是研究发动机推进剂/衬层界面脱粘的重要手段。首先通过标准矩形试件扯离实验获得6种不同应变率下的载荷-位移曲线，确认了试件的破坏形式为粘接失效，总结了载荷-位移曲... 详细信息

界面脱粘是固体发动机体常见的破坏形式之一，内聚力模型（CZM）是研究发动机推进剂/衬层界面脱粘的重要手段。首先通过标准矩形试件扯离实验获得6种不同应变率下的载荷-位移曲线，确认了试件的破坏形式为粘接失效，总结了载荷-位移曲线的主要特征。其次，利用响应曲面法构建了获得整体最优参数的方法，通过该方法反演得到双线性（bilinear）与指数型（exponential）内聚力模型的最优参数，通过与实验曲线的对比，指明了两种模型的优缺点。最后，将指数型内聚力模型代入圆管发动机有限元模拟中，研究了内聚力参数、加载速率、界面刚度、壳体/推进剂模量等因素对界面脱粘行为的影响。结果表明，刚度与断裂能对脱粘长度有较大影响，而最大强度只影响最大剥离力，加载速率对最大剥离力与剥离长度都有明显影响，推进剂的弹性模量和界面刚度对圆管发动机r方向路径上的应力有较大影响，壳体的弹性模量却并无影响。

关键词：内聚力模型响应曲面法脱粘

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海洋深水表面张力波-重力波的单波列第n阶自共振定律

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物理学报 2023年第5期72卷 238-248页

作者：黄虎田泽冰上海大学力学与工程科学学院上海市应用数学和力学研究所上海市能源工程力学重点实验室上海200072

波-波共振机制,无论在微观物质还是在宏观物质的能量传播、分布进程中都起着一种根本、突显的作用.对于地球上最为广阔、直观的海洋表面波运动,势必更加如此而可观可知.那么,可否从中提炼出一般的波-波共振规律?尤其是最为特殊、简要的... 详细信息

波-波共振机制,无论在微观物质还是在宏观物质的能量传播、分布进程中都起着一种根本、突显的作用.对于地球上最为广阔、直观的海洋表面波运动,势必更加如此而可观可知.那么,可否从中提炼出一般的波-波共振规律?尤其是最为特殊、简要的单波列共振法则.为此,依据Phillips开创现代水波动力学而提出特定4-波共振条件的经典一整套方式方法,从基本的海洋深水表面张力波-重力波控制方程组出发,运用Fourier-Stieltjes变换和摄动方法依次给出自由表面位移的Fourier分量的第一阶微分方程.和愈来愈复杂却趋于完整的第二、三、四阶积分微分方程,在一套自创、自明而又简洁的符号体系下依次求解这些方程而求得其单波列第一阶自由表面位移和第二、三、四阶非共振与共振自由表面位移的Fourier系数以及第二、三、四阶共振条件,从而顺势推断出一般的单波列第n阶自共振定律.这就完整揭示了海洋表面张力波-重力波之单波列共振动力学的丰富内涵,有效扩展了海洋表面重力波之经典Phillips共振单波列解的适用范围,为刻画海洋表面波之双波列、更多波列的单重、多重共振相互作用机制奠定了基石,因而在全部波动领域的单波列共振规律的探寻上提供了一种典型范例.

关键词：自共振定律单波列深水表面张力波-重力波 Fourier-Stieltjes变换

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零质量射流作用下红细胞在微管道中变形的数值模拟

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物理学报 2020年第23期69卷 181-189页

作者：艾晋芳解军胡国辉上海大学力学与工程科学学院上海市应用数学和力学研究所上海市力学在能源工程中的应用重点实验室上海200072

因为在生物安全性和导入效率等方面的优势,基于力学方法实现基因导入日益得到学术界的重视.本文提出了一种基于零质量射流,对微管道中运动的细胞施加流体作用力,引起其发生变形,进而促使细胞膜上力敏通道开启的方法,并通过数值模拟进行... 详细信息

因为在生物安全性和导入效率等方面的优势,基于力学方法实现基因导入日益得到学术界的重视.本文提出了一种基于零质量射流,对微管道中运动的细胞施加流体作用力,引起其发生变形,进而促使细胞膜上力敏通道开启的方法,并通过数值模拟进行了理论验证.本文采用浸没有限元法,对红细胞在微管道内运动过程中受到零质量射流作用的变形情况进行数值模拟,探讨了如何高效地实现小分子物质导入细胞.数值模拟的重要参数有微管道内压力梯度Δp,零质量射流的振幅Am和频率f.经过对流场特征和红细胞受力情况的分析,发现当细胞某处表面张力T0大于临界表面张力τc时,细胞表面力敏通道打开,并得到每一时刻细胞力敏通道打开的百分比Popen.本文定义了通道开启积分I,以衡量在不同的流动参数情况下,细胞膜力敏通道的开启程度,进而探讨了压力梯度和射流振动频率、振幅对I值的影响,以寻找优化的工艺参数.该方法具有微制造工艺简单易行,在保证高通量导入的同时,便于对所施加的流体作用力进行精确控制的特点,这使得蛋白质、基因等物质实现跨膜输运,进入细胞并发生重编程成为可能.

关键词：浸没有限元法零质量射流力敏通道跨膜输运

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粗糙床面物质交换特性及其主导机制实验研究

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力学学报 2020年第3期52卷 673-679页

作者：樊靖郁陈春燕赵亮王道增上海大学力学与工程科学学院上海市应用数学和力学研究所上海市能源工程力学重点实验室上海200072

粗糙底床泥-水界面区域的物质交换过程不仅与水动力作用有关,还涉及到底床物理特性和床面形态的影响.为研究粗糙底床渗透率和床面微地形对泥-水界面物质交换过程的综合影响,通过实验室环形水槽实验,测量得到不同砂质平整底床和存在离散... 详细信息

粗糙底床泥-水界面区域的物质交换过程不仅与水动力作用有关,还涉及到底床物理特性和床面形态的影响.为研究粗糙底床渗透率和床面微地形对泥-水界面物质交换过程的综合影响,通过实验室环形水槽实验,测量得到不同砂质平整底床和存在离散粗糙元床面条件下,泥-水界面物质交换通量和有效扩散系数的定量数据和变化特征,并采用参数化方法分析无量纲控制参数变化范围内界面物质交换特性的主导机制.实验结果表明,粗糙底床渗透率和床面微地形共同对泥-水界面物质交换过程起重要作用.与平整底床相比,离散粗糙元局部绕流结构驱动的附加泵吸交换不同程度增大了界面物质交换通量,其增强效应与底床渗透率和床面粗糙度的变化密切相关.随底床渗透率和床面粗糙度的增大,有效扩散系数总体呈增大趋势,湍流渗透对界面物质交换的影响趋于增强,而泵吸交换的相对贡献趋于减弱.因此,分析存在床面微地形粗糙底床的主导界面物质交换机制,需要考虑底床渗透率和床面粗糙度的综合影响.

关键词：泥-水界面粗糙底床微地形物质交换有效扩散系数

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床面粗糙度和底床渗透率对泥-水界面物质交换特性的影响

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水科学进展 2020年第2期31卷 232-239页

作者：樊靖郁陈春燕赵亮王岱峰王道增上海大学力学与工程科学学院上海市能源工程力学重点实验室上海200072 上海市应用数学和力学研究所上海200072

泥-水界面物质交换过程对自然水体中污染物的迁移转化起重要作用,粗糙底床界面物质交换过程涉及到床面粗糙度和底床渗透率的影响。通过实验室环形水槽实验测量得到水力粗糙砂质底床条件下界面物质交换通量的定量数据和变化特征,采用参... 详细信息

泥-水界面物质交换过程对自然水体中污染物的迁移转化起重要作用,粗糙底床界面物质交换过程涉及到床面粗糙度和底床渗透率的影响。通过实验室环形水槽实验测量得到水力粗糙砂质底床条件下界面物质交换通量的定量数据和变化特征,采用参数化方法分析有效扩散系数与其主要影响参数之间的依赖关系。实验结果表明,在实验参数变化范围内,受上覆水平均流速、床面粗糙度和底床渗透率的共同作用,有效扩散系数从水力光滑区、过渡粗糙区至完全粗糙区呈现较为明显的分段变化特征,采用渗透率雷诺数可将有效扩散系数与其主要影响参数的依赖关系进行较为一致的描述。基于双参数(粗糙雷诺数和渗透率雷诺数)分析,确定了不同流动区域的相应阈值以合理表征床面粗糙度和底床渗透率对界面物质交换特性的综合影响。

关键词：泥-水界面物质交换粗糙底床渗透率有效扩散系数

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三层流体中入射波作用下直立圆柱支撑圆板的水弹性响应

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哈尔滨工程大学学报 2021年第7期42卷 967-974页

作者：龚逸纲卢东强浦俊上海大学力学与工程科学学院上海200072 上海市应用数学和力学研究所上海200072 上海市能源工程力学重点实验室上海200072

将海洋超大型浮式结构简化成弹性薄板,固结于贯穿海洋全深度的直立圆柱以限制其刚体位移,将海洋近似为有限深三层均匀流体。本文在理想、不可压流体、无旋流场和小振幅波的假设下,解析研究了入射波浪与超大型浮式结构的水弹性相互作用,... 详细信息

将海洋超大型浮式结构简化成弹性薄板,固结于贯穿海洋全深度的直立圆柱以限制其刚体位移,将海洋近似为有限深三层均匀流体。本文在理想、不可压流体、无旋流场和小振幅波的假设下,解析研究了入射波浪与超大型浮式结构的水弹性相互作用,求解波浪的散射和结构受力。将整个流场划分为开阔水域与板覆盖水域,分别在2个区域对速度势函数进行展开,利用开阔水域垂向本征函数和适合三层流体的新型内积定义式,对匹配方程以及直立圆柱侧面边界条件做内积,以简化方程并最终求解。分析了不同流体、弹性板参数与不同位置波入射时结构的水弹性响应。研究结果表明:高阶衰减模态对结果的贡献较小,在力、弯矩上基本可以忽略不计。表面波模态与界面波模态入射相比,引起的波幅在开阔水域各个界面上较大,但相应模态的波数较小。在界面波模态入射时,有能量从界面波模态转移到了表面波模态。

关键词：超大型浮式结构物三层流体本征函数展开法势流理论水弹性色散关系内积关系贝塞尔函数

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基于仿射变换矫正相机抖动的数字图像相关测量方法

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光学学报 2021年第9期41卷 119-125页

作者：李明苏志龙张东升上海大学力学与工程科学学院上海200444 上海市应用数学与力学研究所上海市能源工程力学重点实验室上海200444

随着数字图像相关方法被逐渐应用于远距离工程结构多点挠度监测等任务中,户外等非控制测量场景中的相机抖动成为影响测量精度的主要原因之一。为了消除相机抖动对目标点位移测量的影响,基于描述针孔相机运动的投影模型,建立了远距离下... 详细信息

随着数字图像相关方法被逐渐应用于远距离工程结构多点挠度监测等任务中,户外等非控制测量场景中的相机抖动成为影响测量精度的主要原因之一。为了消除相机抖动对目标点位移测量的影响,基于描述针孔相机运动的投影模型,建立了远距离下表征相机扰动运动的仿射变换模型,并结合稳定参考点,对相机运动后的图像点坐标进行了校正。为了验证仿射模型的有效性,进行了三组平移实验。实验结果表明,在工作距离大于2 m的情况下,仿射变换模型以较为简单的形式有效消除了相机扰动引起的测量误差,而且不受参考点和目标点深度分布的影响。

关键词：测量数字图像相关多点位移测量相机抖动仿射变换模型

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低频振动隔离和能量采集双功能超材料

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力学学报 2021年第11期53卷 2972-2983页

作者：赵龙陆泽琦丁虎陈立群上海大学力学与工程科学学院上海200444 上海大学上海市能源工程力学重点实验室上海200444 上海市应用数学和力学研究所上海200072

振动隔离和能量采集一体化是一种能够将有害振动隔离并转化为电能收集利用的动力学机制.本文从局域共振超材料存在低频带隙特性出发,研究了振动隔离和能量采集双功能超材料的动力学行为.通过在球型磁腔内放置固接了感应线圈的球摆构成... 详细信息

振动隔离和能量采集一体化是一种能够将有害振动隔离并转化为电能收集利用的动力学机制.本文从局域共振超材料存在低频带隙特性出发,研究了振动隔离和能量采集双功能超材料的动力学行为.通过在球型磁腔内放置固接了感应线圈的球摆构成具有能量采集功能的球摆型谐振器,并将其周期性的放置在基体梁中,可以将带隙频率范围内的振动聚集在谐振器内,以实现振动隔离和能量采集双功能.建立了横向激励下双功能超材料梁的动力学方程,应用Bloch’s定理得到超材料的能带结构,通过有限元仿真验证了理论模型和研究方法.研究了不同参数下超材料梁的带隙特性.进一步将一维拓展到二维,研究了二维双功能超材料板的振动隔离和能量采集性能.最后,设计并建造了振动隔离和能量采集一体化双功能超材料动力学实验平台,解析、数值和实验结果表明,在局域共振带隙的频率范围内,超材料梁主体的振动明显被抑制,与此同时,振动被局限在谐振器中,使采集到的电压达到了最大值.通过对附加谐振器和没有附加谐振器的能带结构和幅频响应的对比,发现球摆型谐振器的加入可以在低频范围内形成了一个局域共振带隙,有效提高了超材料梁在低频处的振动隔离和能量采集性能.

关键词：球摆型谐振器振动隔离能量采集双功能超材料

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负电容压电分流的圆环超构材料隔振

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哈尔滨工程大学学报 2022年第9期43卷 1320-1327页

作者：林丽芳陆泽琦丁虎陈立群上海大学力学与工程科学学院上海200444 上海大学上海市能源工程力学重点实验室上海200444 上海市应用数学和力学研究所上海200072

针对共振结构宽频振动控制不足,本文研究了力电耦合超构材料的振动隔离特性。以超构材料存在带隙特性为出发点,设计了一种周期性铺设有压电纤维片的圆环超构材料,外接负电容分流电路以实现振动衰减作用。建立了超材料圆环的动力学方程,... 详细信息

针对共振结构宽频振动控制不足,本文研究了力电耦合超构材料的振动隔离特性。以超构材料存在带隙特性为出发点,设计了一种周期性铺设有压电纤维片的圆环超构材料,外接负电容分流电路以实现振动衰减作用。建立了超材料圆环的动力学方程,并通过有限元仿真软件验证了其衰减特性。发现圆环超构材料出现局域共振带隙,负电容分流电路的加入不仅在一定程度上拓宽带隙,且其减振效果十分显著。

关键词：隔振超材料圆环结构负电容压电分流电路局域共振频响函数带隙

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