检索结果-内蒙古大学图书馆

力学学报 2024年第2期56卷 482-493页

作者：邢浩然何毅翔代胡亮王琳华中科技大学航空航天学院武汉430074 工程结构分析与安全评定湖北省重点实验室武汉430074

输流管道广泛应用于海洋、核电、航空航天等重大工程领域,因管道与流体间的耦合效应,在流体作用下管道会出现屈曲、颤振等失稳行为.一般而言,边界支承对管道动力学特征有着重要影响,不同支承位置显著影响管道的稳定性与振动特性.当前关... 详细信息

输流管道广泛应用于海洋、核电、航空航天等重大工程领域,因管道与流体间的耦合效应,在流体作用下管道会出现屈曲、颤振等失稳行为.一般而言,边界支承对管道动力学特征有着重要影响,不同支承位置显著影响管道的稳定性与振动特性.当前关于管道流固耦合动力学的研究大多集中于单一的直管或规则型弯管(如弧型、半圆型和正弦型等),对于实际工程中常见的复杂构型管道,比如L型、S型和U型等,研究还较为少见.文章基于绝对节点坐标法(absolute node coordinate formulation, ANCF)建立了具有普适性的非线性振动理论模型,可用于解决任意构型和任意支承边界下输流管道动力学问题.以L型、S型和U型3种典型构型输流管道为研究对象,首先开展了收敛性分析,找出合适的计算单元数.然后借助CFD仿真结果与理论模型进行对比验证,计算结果表明,相较于有限元方法,基于绝对节点坐标法建立的理论模型在预测复杂构型输流管道的非线性变形时,具有更高的计算效率.基于该理论模型,研究了简支支承位置对3种构型输流管道的固有频率、屈曲位移和应变特征的影响规律.研究发现,存在最优简支支承位置使得输流管道基频达到最大、屈曲位移和应变的极值达到最小.本研究为提高工程中管道的稳定性与使用寿命提供了理论依据与设计指导.

关键词：输流管道复杂构型绝对节点坐标法稳定性支承设计

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细长输流管道大变形动力学研究进展

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力学进展 2025年第1期55卷 113-174页

作者：陈伟曹润青胡嘉纯代胡亮王琳华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室武汉430074 华中科技大学航空航天学院工程力学系武汉430074 工程结构分析与安全评定湖北省重点实验室武汉430074

细长输流管道是发动机液压装置、航空加油机、核工业热交换器、海洋钻井平台等工程装备系统的一类重要结构.当流速较高时,细长管道可能会发生屈曲或颤振等流致失稳现象,严重时可酿成重大安全事故.输流管道的流致失稳及其非线性振动是典... 详细信息

细长输流管道是发动机液压装置、航空加油机、核工业热交换器、海洋钻井平台等工程装备系统的一类重要结构.当流速较高时,细长管道可能会发生屈曲或颤振等流致失稳现象,严重时可酿成重大安全事故.输流管道的流致失稳及其非线性振动是典型的流固耦合力学行为,已成为结构动力学、流固耦合力学等研究领域的一个普遍性范例.在建立动力学方程、明确稳定性机理和分析非线性振动规律之后,近年来人们极其关注输流管道的大变形/大位移动力学问题.本文系统介绍了细长输流管道非线性振动,特别是其弯曲大变形动力学的研究进展.首先,概述了输流管系统的非线性特征及其分类,简要分析了一些常用假设的合理性.其次,重点介绍了泰勒展开近似模型、几何精确理论模型、绝对节点坐标描述计算模型、数据驱动模型及相关的其他建模与求解方法.然后,针对两端支撑管道和悬臂管道两类有本质区别的动力学系统,回顾了其非线性动力学机理与演化规律,重点介绍了悬臂管道从小变形假设到大变形响应的一些新近研究进展.在此基础上,还介绍了提高输流管稳定性、抑制输流管非线性振动和利用输流管大变形响应的主要方法.最后,对细长输流管道大变形动力学的研究现状进行了归纳总结,并指出值得关注的几个基础性科学问题.

关键词：输流管道流固耦合大变形动力学几何精确模型绝对节点坐标法

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旋转肥皂泡热对流能量耗散与边界层特性的数值模拟

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物理学报 2022年第20期71卷 168-186页

作者：贺啸秋熊永亮彭泽瑞徐顺华中科技大学航空航天学院武汉430074 工程结构分析与安全评定湖北省重点实验室武汉430074

将底部加热的半个肥皂泡作为一个新的热对流模型,结合了肥皂泡固有的球面与准二维特征,由此有助于理解行星大气流动中的复杂物理机制与热对流特性.本文使用直接数值模拟方法计算了旋转肥皂泡上的湍流热对流,研究了肥皂泡上的温度与黏性... 详细信息

将底部加热的半个肥皂泡作为一个新的热对流模型,结合了肥皂泡固有的球面与准二维特征,由此有助于理解行星大气流动中的复杂物理机制与热对流特性.本文使用直接数值模拟方法计算了旋转肥皂泡上的湍流热对流,研究了肥皂泡上的温度与黏性边界层以及拟热能和动能耗散规律.结合肥皂泡上温度场与速度场特征,分别根据温度脉动均方根最大值以及速度脉动边界处斜率延长线与最大值交点提出了肥皂泡上温度与黏性边界层的识别方法.研究发现,当肥皂泡从边界吸收能量时,拟热能耗散与动能耗散均集中在边界层中,肥皂泡上的温度边界层与黏性边界层厚度与瑞利数Ra存在明确的标度关系.相比经典Rayleigh-Bénrad对流(RB对流)模型,温度标度指数具有较为接近的结果,但速度标度指数存在一定的差异.此外,在混合区,均方根温度(T^(*))随纬度(θ)具有近似T^(*)~θ^(0.5)的标度关系,这与RB对流模型及其相应的理论预测一致.最后通过能量平衡方程发现,肥皂泡上拟热能内耗散率ε_(T)^(0)和动能内耗散率ε_(u)^(0)比拟热能外耗散率ε_(T)^(1)和动能外耗散率ε_(u)_(1)大1个量级,拟热能与动能的内部耗散率在边界层中具有支配地位,随着肥皂泡旋转速率的增加,热羽流难以输运到高纬度地区,进一步降低了拟热能与动能外耗散率的影响.

关键词：肥皂泡湍流热对流能量耗散率边界层

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基于非线性吸能机理的涡激振动减振理论与实验研究

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力学学报 2022年第11期54卷 3147-3156页

作者：陆子何毅翔张岚斌代胡亮王琳华中科技大学航空航天学院武汉430074 工程结构分析与安全评定湖北省重点实验室武汉430074

流致振动现象广泛存在于机械、航空、土木和石油等重要工程领域,为防止工程结构因流致振动行为而造成疲劳破坏,有必要对稳定性、动力学响应及其振动控制做深入研究.本文提出了一种由弹簧和质量块构成的非线性吸能器(nonlinear targeted ... 详细信息

流致振动现象广泛存在于机械、航空、土木和石油等重要工程领域,为防止工程结构因流致振动行为而造成疲劳破坏,有必要对稳定性、动力学响应及其振动控制做深入研究.本文提出了一种由弹簧和质量块构成的非线性吸能器(nonlinear targeted energy transfer, NTET),研究了该非线性吸能器对弹性支承圆柱体涡激振动的被动控制影响机制.基于能量法推导了圆柱体涡激振动非线性被动控制的耦合动力学方程,通过设计非线性弹簧-质量块构型的NTET,进一步开展了涡激振动控制的实验研究,并与理论预测结果进行了较好的对比,获得提升涡激振动控制效果的最佳参数值.研究发现, NTET的质量、弹簧刚度以及弹簧预应力等参数会对涡激振动控制效果产生显著的影响.本文研究结果表明,该耦合系统中圆柱体和NTET均表现出周期性的稳态振动响应, NTET质量的改变会显著影响系统的耦合频率.在无预应力状态下, NTET质量越大、刚度越小时,有更好的减振效果.当弹簧预应力逐渐增大时, NTET的非线性刚度逐渐变弱,会降低涡激振动控制性能.参数分析表明:随着涡激振动控制性能的提升,圆柱体的振幅逐渐较小, NTET的振幅逐渐增大,能量传递效率逐渐提高.研究结果可为工程中涡激振动控制策略的高效设计提供有用的理论支撑和实验数据.

关键词：涡激振动非线性吸能器非线性振动控制锁频区域

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面心立方晶体中位错-辐照层错四面体相互作用的动力学效应

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中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第5期54卷 191-205页

作者：鲍启帆李振环黄敏生朱笔达梁爽赵吕朱亚新华中科技大学航空航天学院武汉430074 工程结构分析与安全评定湖北省重点实验室武汉430074 中国核动力设计研究院成都610213

通过原子模拟方法和理论建模,本文系统地研究了面心立方晶体Cu和Ag(低层错能材料)中刃型位错与辐照层错四面体(SFT)的交互作用过程,重点探讨和表征了动力学惯性效应对两者相互作用机制和辐照层错四面体障碍强度的影响.研究结果表明,位... 详细信息

通过原子模拟方法和理论建模,本文系统地研究了面心立方晶体Cu和Ag(低层错能材料)中刃型位错与辐照层错四面体(SFT)的交互作用过程,重点探讨和表征了动力学惯性效应对两者相互作用机制和辐照层错四面体障碍强度的影响.研究结果表明,位错切过层错四面体至少存在M1–M5五种机制,当位错滑移面离层错四面体基底足够远时,位错倾向于通过M1和M2机制直接切过层错四面体;当位错滑移面靠近层错四面体基底时,位错则选择通过M3–M5机制攀移绕过层错四面体.随着机制的转变,位错克服层错四面体临界切过应力(CRSS)也随位错与层错四面体交截面尺寸d呈现出两阶段的变化趋势.位错运动的动力学效应虽然不会显著改变位错与层错四面体相互作用机制,但会大大降低位错克服层错四面体所需的临界应力.有鉴于此,本文发展了一种能考虑位错与层错四面体相互作用机制转变和动力学惯性效应的两阶段辐照层错四面体硬化行为的理论模型.

关键词：位错辐照层错四面体分子动力学动力学惯性效应缺陷障碍强度

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柔性捻卷型纤维基人工肌肉研究综述

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华中科技大学学报（自然科学版） 2023年第1期51卷 59-66页

作者：刘大彪刘磊胡炯炯陈炎明华中科技大学航空航天学院湖北武汉430074 华中科技大学工程结构分析与安全评定湖北省重点实验室湖北武汉430074 湖北省标准化与质量研究院湖北武汉430060

综述了捻卷型纤维基(TCF)人工肌肉的发展历程和研究现状.对其制备方法、拓扑结构与力学原理、工作机制及驱动方式等方面进行了总结.TCF人工肌肉的研究虽然取得了一定进展,但仍存在诸多挑战:缺乏力学引导的人工肌肉制备技术和结构设计准... 详细信息

综述了捻卷型纤维基(TCF)人工肌肉的发展历程和研究现状.对其制备方法、拓扑结构与力学原理、工作机制及驱动方式等方面进行了总结.TCF人工肌肉的研究虽然取得了一定进展,但仍存在诸多挑战:缺乏力学引导的人工肌肉制备技术和结构设计准则;采用不同材料和不同卷绕方式制作的人工肌肉,其驱动性能各异,难以确定驱动性能最佳的拓扑结构;面向人工肌肉力学性能和致动特性的表征手段尚不完备.单纤维的拉扭力学性能决定了纤维基人工肌肉的致动特性,目前仍缺乏完备的面向人工肌肉纤维的力学表征方法和致动特性测试手段,纤维基人工肌肉的精确驱动控制难以实现.人工肌肉纤维具有较强的时变非线性,缺乏精确描述其机械输出特性的迟滞模型.

关键词：人工肌肉高性能纤维力学表征柔性驱动扭转失稳

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外流作用下管道流固耦合非线性动力学研究进展

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动力学与控制学报 2023年第6期21卷 3-17页

作者：何毅翔邢浩然代胡亮王琳华中科技大学航空航天学院武汉430074 工程结构分析与安全评定湖北省重点实验室武汉430074

管道广泛应用于海洋、核电以及航空航天等重大工程中,是采油平台、蒸汽发生器等重要工程装备的关键结构之一.当有外部流体经过时,管道会发生流固耦合振动行为,这是导致重大装备振动破坏和失效的重要原因之一,已成为重大工程设计必须解... 详细信息

管道广泛应用于海洋、核电以及航空航天等重大工程中,是采油平台、蒸汽发生器等重要工程装备的关键结构之一.当有外部流体经过时,管道会发生流固耦合振动行为,这是导致重大装备振动破坏和失效的重要原因之一,已成为重大工程设计必须解决的关键问题.本文针对外流作用下柔性管道流固耦合非线性动力学机理这一科学问题,梳理了国内外学者的重要研究成果,重点分析了柔性管道分别在横向外流和轴向外流作用下的流固耦合非线性振动行为.从实验研究、仿真分析和理论建模等方面进行了深入的探讨,揭示了外部流体对管道动力学行为的影响机制.最后,对国内外研究现状进行了简要的总结,并给出了这一研究仍存在的难点与挑战.

关键词：管道流固耦合振动屈曲颤振非线性动力学

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砂岩压缩断裂行为的半均质近场动力学模拟

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固体力学学报 2025年第1期46卷 1-14页

作者：董文博陈子光江汉大学智能制造学院武汉430056 华中科技大学航空航天学院工程力学系武汉430074 工程结构分析与安全评定湖北省重点实验室武汉430074

孔隙率是砂岩复杂特性的一项关键因素,显著影响其压缩强度和变形参数.针对砂岩的压缩破坏开展孔隙率对其断裂行为影响的研究具有重要的理论意义和工程价值.本文采用半均质化近场动力学(IH-PD)模型和全均质化近场动力学(FH-PD)模型,分别... 详细信息

孔隙率是砂岩复杂特性的一项关键因素,显著影响其压缩强度和变形参数.针对砂岩的压缩破坏开展孔隙率对其断裂行为影响的研究具有重要的理论意义和工程价值.本文采用半均质化近场动力学(IH-PD)模型和全均质化近场动力学(FH-PD)模型,分别对单轴压缩加载下砂岩的断裂行为进行模拟.通过将IH-PD和FH-PD的模拟结果与实验结果进行对比,验证了IH-PD模型用于处理压缩断裂问题的准确性和优越性.结果表明,IH-PD模型能够捕捉到受压砂岩断裂过程中产生的横向裂纹,能够反映出孔隙分布变化引起的裂纹路径差异.通过模拟不同孔隙率砂岩的压缩断裂行为,研究了孔隙对受压砂岩断裂模式的影响.结果表明,单轴压缩加载下,孔隙率对砂岩中裂纹的路径、粗糙度、曲折度均产生明显影响.

关键词：近场动力学半均质化砂岩孔隙率压缩破坏

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单晶Ⅰ型弹塑性开裂取向效应的离散位错动力学-近场动力学研究

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固体力学学报 2023年第5期44卷 565-577页

作者：董文博陈子光华中科技大学航空航天学院工程力学系武汉430074 工程结构分析与安全评定湖北省重点实验室武汉430074

本文采用基于近场动力学框架的位错动力学叠加模型对FCC单晶在四种不同取向下的I型弹塑性开裂行为进行模拟研究.在模型中,无需预设裂纹扩展路径和内聚力区域,裂纹扩展路径由位错与裂纹的相互作用自动确定.数值计算了FCC单晶体在不同取... 详细信息

本文采用基于近场动力学框架的位错动力学叠加模型对FCC单晶在四种不同取向下的I型弹塑性开裂行为进行模拟研究.在模型中,无需预设裂纹扩展路径和内聚力区域,裂纹扩展路径由位错与裂纹的相互作用自动确定.数值计算了FCC单晶体在不同取向时的位错分布演化和裂纹扩展路径.分析表明取向会影响韧性和断裂行为,并证实了单晶体的单轴拉伸开裂行为遵循施密特因子关系,即位错更倾向于在施密特因子大的滑移面上形核并滑移.计算得到位错裂纹演化结果显示,不同取向时位错在滑移系上的分布和演化行为会导致不同晶体断裂模式.

关键词：离散位错动力学近场动力学塑性断裂晶体取向

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超高应变率下金属热力学塑性变形研究进展

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华中科技大学学报（自然科学版） 2023年第1期51卷 67-81页

作者：熊启林曾昭泉安稳黄西成华中科技大学航空航天学院湖北武汉430074 华中科技大学工程结构分析与安全评定湖北省重点实验室湖北武汉430074 中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621000

对超高应变率下金属热力学塑性变形行为的研究进展进行了梳理.分别从实验研究、理论模型(本构关系)与数值模拟三个方面,对超高应变率下金属宏观热力学塑性变形行为及其显微结构演化规律的发展进行了概述.通过对现有文献的系统回顾、整... 详细信息

对超高应变率下金属热力学塑性变形行为的研究进展进行了梳理.分别从实验研究、理论模型(本构关系)与数值模拟三个方面,对超高应变率下金属宏观热力学塑性变形行为及其显微结构演化规律的发展进行了概述.通过对现有文献的系统回顾、整理与比较,总结归纳了相关研究的若干问题,并展望了超高应变率金属动态塑性变形研究的发展方向,为后续超高应变率下金属塑性行为相关研究提供参考.

关键词：塑性变形超高应变率金属显微结构演化实验、理论与模拟

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