力学学报 -

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对乙炔氧气混合气体中爆轰波与激波的正面对撞现象的实验研究是以高速摄影获取两波对撞的x-t纹影图，以烟迹板记录对撞中的爆轰胞格图案，并基于激波理论和经典CJ爆轰理论求解了两波对撞的稳态解并探寻其规律. 研究发现透射波系包括一道激波和爆轰波，以及紧随爆轰波后的稀疏波区，这一结果对应于一维理论分析中的CJ解. 透射波系基本不受初始压强影响；初始温度也只成比例地改变流场整体速度，温度越高，速度越快；对波系起实质影响作用的是入射激波强度，激波越强，则整个透射流场呈现偏向激波的趋势；理论分析还指出，稀疏波区的出现不可避免，当激波强度趋于声波稀疏波区趋于消失，激波越强则疏波区趋于扩大. 两波对撞存在一个有限的转变阶段，透射爆轰首先减缓，接着迅速迸发为过驱爆轰，然后再逐渐平衡为CJ爆轰. 对于强不稳定的燃气，对撞后爆轰波在空间上的发展极不均衡，一些区域发生火焰面与诱导激波的严重脱离，随后的火焰面失稳发展为诱导激波区内的爆轰波，实验观察到了这种爆轰在烟迹板上留下的极为精细的迹线.

2008, 40(6): 721-728. doi:10.6052/0459-1879-2008-6-2007-450

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CMP流场的数值模拟及离心力影响分析

高太元李明军胡利民高智

化学机械抛光(chemical mechanical polishing,CMP)是一项融合化学分解和机械力学的工艺, 其中包含了流体动力润滑的作用.在已有润滑方程的基础上, 提出并分析了带有离心力项的润滑方程.利用Chebyshev加速超松弛技术对有离心力项的润滑方程进行求解,得到离心力对抛光液压力分布的影响. 数值模拟结果表明,压力分布与不带离心力项的润滑方程得出的明显不同;无量纲载荷和转矩随中心膜厚、转角、倾角、抛光垫旋转角速度等参数的变化趋势相同,但数值相差较大, 抛光垫旋转角速度越大差别越大.

2008, 40(6): 729-734. doi:10.6052/0459-1879-2008-6-2007-436

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侧向多喷口干扰复杂流动数值模拟研究

陈坚强张毅锋江定武毛枚良

采用具有高分辨率的NND格式，通过数值求解N-S方程对典型外形多喷口侧向喷流复杂干扰流动进行了数值模拟. 为了提高计算效率，采用了LU-SGS隐式算法. 采用分块对接网格技术，生成高质量的贴体计算网格，精确模拟喷口截面. 对比分析了不同计算格式、限制器形式、网格拓扑及流动形态(层流与湍流)对喷流干扰流场结构和压力分布特性的影响，研究和分析了喷口附近流场的涡系结构、波系结构和喷流干扰引起的气动力特性. 在上述研究的基础上，针对典型飞行器外形的侧向喷流干扰特性进行了详细的数值模拟，得到了喷口参数(喷口位置、数目等)及来流条件对喷流干扰流场结构、气动力特性的影响规律，并对其流动机理进行了相应的分析. 研究表明，发展的针对多喷口侧喷干扰的数值计算方法是成功的，可以应用于飞行器侧向喷流干扰的流场结构分析及气动力特性数值预测.

2008, 40(6): 735-743. doi:10.6052/0459-1879-2008-6-2008-020

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利用多小波自适应格式求解流体力学方程

孙阳吴勃英冯国泰

高阶计算格式的高精度、高分辨率对提高复杂流场的计算水平有重要的意义，为了提高AUSMPW格式对流场计算中激波等间断的分辨率，减小数值振荡，在原有AUSMPW格式的基础之上，利用多小波对函数进行多尺度分解，并采取阈值的方法生成自适应网格，提出了一种新的基于多小波自适应算法的AUSMPW格式，理论上可以达到任意阶精度. 将所得的压强、密度与原格式、TVD格式及WENO格式的计算结果进行了比较分析. 结果表明改进后的AUSMPW格式较原格式具有更高的分辨率、更强的捕捉间断的能力及更低的数值耗散.

2008, 40(6): 744-751. doi:10.6052/0459-1879-2008-6-2007-374

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磁流体流动控制中的磁场配置效率研究

陈刚张劲柏李椿萱

采用数值模拟方法研究了不同磁场空间构型对弹道式再入飞行器基准外形表面热流分布的影响. 计算模型为低磁雷诺数近似下的磁流体力学模型. 数值模拟结果表明两个大小相同、方向不同的磁偶极子对表面热流密度分布的影响存在较大差异，由此指出热流控制应用中磁场配置的效率问题. 随后的磁场详细作用机理分析表明上述差异的原因在于不同空间磁场分布对流动能量转化机制的影响不同. 以此为基础给出了在流动的不同区域，磁场空间分布应遵循的一般性原则.

2008, 40(6): 752-759. doi:10.6052/0459-1879-2008-6-2007-376

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煤粉燃烧中NOx和SOx生成的详细反应机理模拟

魏小林, 韩小海, Uwe Schnell, Günter Scheffknecht, Benedetto Risio

采用详细化学反应机理与CFD方法耦合的煤粉燃烧数值模拟程序，计算了煤粉燃烧过程中CO, NOx和SOx等的浓度分布特性. 通过与实验对照，验证了数值模拟方法的可靠性，并分析了燃烧温度和煤粉细度等因素对于NO生成的影响. 结果表明温度对于NO的生成影响较大，随着温度的增加，NO的生成浓度明显增加；对于不同煤种，可能存在一个温度点，这时NO的生成速率将非常快；在计算范围内，温度对SO2的最终生成浓度没有明显影响，而只影响SO2的释放过程. 煤粉细度对于NO生成有较小的影响.

2008, 40(6): 760-768. doi:10.6052/0459-1879-2008-6-2006-540

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蜂窝材料的弹性波传播特性

甄妮闫志忠汪越胜

通过研究蜂窝材料的弹性波频散关系，分析了其弹性波传播特性. 采用基于小波理论的分析方法，将材料参数和位移均展开为双正交周期小波基函数的形式，利用Bloch定理将波动方程转化为特征值方程，求解该方程得到3种典型结构------正方、三角与六角排列的铝(Al)和聚丙烯(PP)蜂窝材料的频散关系，并进行了比较分析. 结果显示：结构形式的不同显著地影响其波动特性，而制作材料的不同则没有影响；3种结构形式都不存在完全带隙，但正方和三角形结构在一定的传播方向范围内存在方向带隙，而六角形结构则在任何方向都不存在方向带隙；与正方结构相比，三角结构在相同孔隙率下，在更广的传播方向内和更低的频率下，能产生较宽的方向带隙.

2008, 40(6): 769-775. doi:10.6052/0459-1879-2008-6-2007-508

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基于偶应力理论的格栅材料等效介质模型

苏文政刘书田

考察了结构最小尺寸与材料特征长度量级相当的格栅材料等效性能，建议了基于偶应力理论的格栅材料等效介质模型以及确定等效模量的代表体元模型，给出了相应的位移边界条件. 在此基础上导出了正交各向异性偶应力介质的特征长度表达式和偶应力介质梁的抗弯刚度表达式，定义了偶应力影响因子\delta以表征梁的偶应力效应. 具体计算了几种典型的格栅材料的等效偶应力模量以及格栅梁在一定工况下的挠曲线，并与相应的有限元离散解进行对比，结果表明，等效结果具有较高精度，且当宏观结构的尺寸和微结构尺寸相差不大时，宏观结构表现出强烈的偶应力效应.偶应力介质的特征长度表征了偶应力效应的强弱，进而分析了格栅材料的相对密度，单胞尺寸以及几何构型对等效介质特征长度的影响.

2008, 40(6): 776-785. doi:10.6052/0459-1879-2008-6-2007-379

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温度影响下砂岩的细观破坏及变形场的DSCM表征

左建平谢和平周宏伟王怀文方园

通过扫描电镜(SEM)实时在线观察研究了温度影响下砂岩的细观破坏，观察到砂岩的脆性断裂可同时发生在不同地方、不同矿物可能独立承载和裂纹分叉等现象. 温度低于100°C时，主裂纹附近有许多微裂纹和支裂纹发生；而温度超过150°C之后，表面很少出现支裂纹或二次裂纹. 随着温度的升高，砂岩的断裂韧性有先升高后降低的趋势，150°C左右是断裂韧性变化的临界温度. 随着温度的升高，砂岩的细观断裂机制有由脆性机制向延性机制转变的趋势，抵抗和协调变形的能力都得到增强. 细观尺度下砂岩的破坏机制有沿颗粒断裂、穿颗粒断裂及其混合断裂，其中沿颗粒断裂机制占主导地位，这是由于沿颗粒破坏需要消耗较少的能量，而穿颗粒断裂需消耗较多的能量. 利用数字散斑相关方法(digital speckle correlation method, DSCM)对SEM下砂岩破坏的细观变形场进行了测量，这表明利用DSCM表征岩石的局部变形场的连续式测量是可行的.

2008, 40(6): 786-794. doi:10.6052/0459-1879-2008-6-2007-292

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K0超固结土的不排水抗剪强度

侯伟姚仰平崔文杰

结合K0超固结土模型、旋转角K0\omegaK0公式、临界状态不排水条件以及基于SMP的变换应力张量建立了不排水抗剪强度的统一表达式；采用三轴压缩、三轴拉伸的应力洛德角K0\thetaK0、旋转角K0\omegaK0建立了三轴压缩、三轴拉伸条件下的不排水抗剪强度公式；基于临界状态土力学，推导出了平面应变条件下的应力洛德角K0\thetaK0、旋转角K0\omegaK0的表达式，进而得到平面应变条件下的不排水抗剪强度公式. 分别采用三轴压缩、三轴拉伸和平面应变条件下试验数据对所提出的不排水抗剪强度公式进行验证，预测结果和试验数据的基本吻合表明了不排水抗剪强度公式的合理性.

2008, 40(6): 795-803. doi:10.6052/0459-1879-2008-6-2007-444

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斜拉桥拉索在轴向窄带随机激励下的振动响应

顾明任淑琰

导出了拉索在考虑垂度以及索张力沿索长变化时的参激随机微分方程，进一步给出了预测拉索在窄带随机激励下响应的近似理论解------用统计矩截断法求解矩方程，获得高斯闭合解和一阶非高斯闭合解. 以南京长江二桥约330米长的A20拉索为研究对象，对以上高斯闭合解和一阶非高斯闭合解进一步进行数值求解以获得拉索的响应，并采用Monte-Carlo数值方法对求解进行验证. 分析了拉索振动的一般特征，特别分析了激励中心频率和拉索频率比为1和2时的响应随激励带宽的变化特征，得到了一些新的结论.

2008, 40(6): 804-811. doi:10.6052/0459-1879-2008-6-2007-650

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一类单侧碰撞悬臂振动系统的擦边分岔分析

皇甫玉高李群宏

与光滑动力系统不同，擦边分岔是非光滑动力系统中的一种特殊分岔行为. 局部不连续映射是研究非光滑动力系统擦边分岔的一种有力工具.对一类单侧弹性碰撞悬臂振动系统进行了擦边分岔分析. 首先建立了系统对应的局部不连续映射(ZDM)和全局Poincar\'{e}映射，进而在其他参数固定，碰撞间隙$g$为分岔参数时利用数值仿真的方法分别对原系统和对应的Poincar\'{e}映射进行擦边分岔分析，得到了该系统的两种不同类型的擦边分岔行为：周期1到周期2运动和周期1到混沌，这两种擦边分岔与刚性碰撞系统的情况是不相同的. 由分析可知，对于含高阶非线性项的非光滑动力系统的擦边分岔，同样可以利用局部不连续映射的方法进行研究.

2008, 40(6): 812-819. doi:10.6052/0459-1879-2008-6-2007-522

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通气超空泡稳定性分析的一种数值算法

张学伟张亮张嘉钟魏英杰王聪

根据Logvinovich独立膨胀原理发展了一种用于计算非定常通气超空泡形态的计算方法，并运用该方法对通气超空泡形态稳定性进行了数值仿真研究. 研究表明：Semenenko提出的稳定性判据可以有效判定通气超空泡形态稳定性，当超空泡处于判据的稳定区域时，超空泡表面形成的扰动波在扰动停止一段时间后消失，超空泡恢复到初始形态；当超空泡处于判据的不稳定区域时，超空泡发生自激振荡，超空泡表面形成的扰动波振幅逐渐增大，导致超空泡形态与内部压力发生周期性或准周期性振荡.

2008, 40(6): 820-825. doi:10.6052/0459-1879-2008-6-2007-588

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Kagome平面格栅结构的屈服面及裂尖塑性区分析

钱岳强邱信明张雄

分析了Kagome格栅的等效刚度和屈服面. 其屈服面奇异，由4段直线围成. 利用该屈服面，估算了Kagome具有I型、II型半无限大裂纹的裂尖塑性区，有限元计算验证了解析预测的准确性. 与奇异屈服面相比，由Mises光滑屈服面给出的塑性区误差较大. 因此只有弹性情况，可以将Kagome等效为各向同性；若材料塑性，或应力场奇异性较强，Kagome的强度依赖于主应力方向，不能用各向同性模型来描述.

2008, 40(6): 826-833. doi:10.6052/0459-1879-2008-6-2007-109

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考虑模型性不确定性的应力-强度干涉模型

包洪兵姚卫星

传统干涉模型未考虑设计变量的模型性不确定性影响. 通过讨论模型性不确定性的来源，以概率应力-强度干涉模型为基础引入描述模型性不确定性的随机变量H.分析了H的分布形式，并分别给出了大、小样本容量时H分布参数的计算方法，从而建立了考虑模型性不确定性的应力-强度干涉模型，同时给出了可靠性指标\beta的算法. 分析结果表明该文提出的干涉模型可以很好地描述模型性不确定性.

2008, 40(6): 834-839. doi:10.6052/0459-1879-2008-6-2007-411

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梯度材料中矩形裂纹的对偶边界元方法分析

肖洪天岳中琦

采用对偶边界元方法分析了梯度材料中的矩形裂纹. 该方法基于层状材料基本解，以非裂纹边界的位移和面力以及裂纹面的间断位移作为未知量. 位移边界积分方程的源点配置在非裂纹边界上，面力边界积分方程的源点配置在裂纹面上. 发展了边界积分方程中不同类型奇异积分的数值方法. 借助层状材料基本解，采用分层方法逼近梯度材料夹层沿厚度方向力学参数的变化. 与均匀介质中矩形裂纹的数值解对比，建议方法可以获得高精度的计算结果. 最后，分析了梯度材料中均匀张应力作用下矩形裂纹的应力强度因子，讨论了梯度材料非均匀参数、夹层厚度和裂纹与夹层之间相对位置对应力强度因子的影响.

2008, 40(6): 840-848. doi:10.6052/0459-1879-2008-6-2008-082

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V形切口应力强度因子的一种边界元分析方法

牛忠荣程长征胡宗军叶建乔

将V形切口结构分成围绕切口尖端的小扇形和剩余结构两部分. 尖端处扇形域应力场表示成关于尖端距离$\rho$的渐近级数展开式，从线弹性理论方程推导出了一组分析平面V形切口奇异性的常微分方程特征值问题，通过求解特征方程，得到前若干个奇性指数和相应的特征向量. 再将切口尖端的位移和应力表示为有限个奇性阶和特征向量的组合. 然后用边界元法分析挖去小扇形后的剩余结构. 将位移和应力的线性组合与边界积分方程联立，求解获得切口根部区域的应力场、应力幅值系数和整体结构的位移和应力. 从而准确计算出平面V形切口的奇异应力场和应力强度因子.

2008, 40(6): 849-857. doi:10.6052/0459-1879-2008-6-2007-387

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