力学学报 -

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研究了一种新的远程导弹飞行轨道的可行性，它的最大飞行高度约100km. 这种超低弹道，借鉴卫星模式，利用离心力抵抗重力. 与卫星轨道运行不同的是，超低弹道周围的稀薄空气影响至关重要，必须考虑. 计算和分析结果表明，在相同载荷条件和射程条件下，超低弹道和经典的最小能量弹道对于火箭动力的需求大致相当，射程10000km以上基本相同.头部半径为5cm的轴对称外形，沿超低弹道飞行时，其驻点热流在高度26km左右达到最大值50MW/m2, 约为最小能量弹道驻点热流最大值的50%. 由于超低弹道对升力没有要求，飞行过程中的气动加热问题，沿用成熟方法如烧蚀防热即可解决. 总体而言，超低弹道对于火箭动力与外形气动力/热要求，现有技术容易满足，因此利用它增强远程导弹的突防能力是现实可能的.

2009, 41(4): 449-454. doi:10.6052/0459-1879-2009-4-2009-154

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模型超燃冲压发动机内着火过程分析

潘余刘卫东梁剑寒王振国

在燃烧室入口来流为Ma=2.64、T0=1483K、P0＝1.65MPa、T=724K、P=76.3kPa条件下，采用高速摄影和连续激光高速纹影对等截面型开窗燃烧室内氢气射流自燃过程、火花塞点燃氢气过程和引导氢气火焰点燃煤油过程进行了观测，获得了燃烧室内着火过程中火焰和流场波系结构的动态演化过程；观察到了初始火焰区首先起始于燃烧室下游，并逆流传播实现发动机着火的过程；分析表明燃料能否着火、以及着火位置与燃料着火时间、燃烧室流速和火焰稳定器安装情况相关，多火焰稳定区延长了燃料驻留时间，使燃料更容易着火。关键词超燃冲压发动机，点火过程，火焰传播，火焰稳定器

2009, 41(4): 455-462. doi:10.6052/0459-1879-2009-4-2009-142

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酚醛树脂高温热解的激波管实验研究

闫卫锋王苏马伟李帅辉范秉诚何宇中崔季平

采用激波管方法研究了酚醛树脂在温度范围1100K～1800K之间的热解过程。在激波管高温和短实验时间的条件下，分析了实验样品颗粒在高温气相中的传热过程，讨论了样品颗粒达到热平衡的条件。通过色谱和质谱方法检测热解产物，获得了酚醛树脂高温热解产物分布和热解速率常数。酚醛树脂高温热解最主要的产物为水、一氧化碳、氢、乙炔和苯。温度1400K将酚醛树脂热解分为高温和低温区，分别表现出不同的热解速率常数与温度的关系。关键词：酚醛树脂，热解，再入过程，激波管，质谱分析，色谱分析

2009, 41(4): 463-468. doi:10.6052/0459-1879-2009-4-2009-143

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静气动弹性计算方法研究

陈大伟杨国伟

对基于结构网格的Euler方程及N-S方程求解器和基于非结构网格的Euler方程求解器，采用结构模态分析方法和柔度矩阵方法，对无人机大展弦比机翼在Ma=0.6,α=2?, 飞行高度20km的巡航状态下的静气动弹性特性进行了数值模拟. 验证了两种求解器对静气动弹性模拟的准确性. 同时，对模态分析方法和柔度矩阵方法进行了对比研究，发现柔度矩阵方法更适用于静气动弹性数值模拟. 另外，对应用物面法向偏转方法替代网格变形技术模拟静气动弹性进行了研究，计算表明物面法向偏转方法可以大大提高静气动弹性计算效率和克服机翼结构变形过大时动网格技术无法处理的不足.

2009, 41(4): 469-479. doi:10.6052/0459-1879-2009-4-2008-042

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弹性力学的复变量数值流形方法

高洪芬程玉民

数值流形方法通过引入数学和物理双重网格，将插值域和积分域分别定义在两个不同的覆盖上来完成系统能量泛函积分运算. 当采用高阶函数构造位移函数时，广义节点自由度将大大增加. 在求解系统的平衡方程中，运算量是与自由度的三次方成正比的，因此数值流形方法的计算量是较大的. 为此，在复变量理论的基础上，采用一维基函数建立二维问题的逼近试函数，然后将其应用于弹性力学的数值流形方法，提出了复变量数值流形方法，推导了弹性力学的复变量数值流形方法的公式. 与传统的数值流形方法相比，复变量数值流形方法具有计算量小、精度高的优点.

2009, 41(4): 480-488. doi:10.6052/0459-1879-2009-4-2007-485

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压电体表面金属电极脱层的屈曲分析

杨昌锦李尧臣

基于弹性有限变形理论和电弹性体偏场理论，对半无限压电体及其表面电极层间存在穿透脱层的屈曲问题进行了分析. 采用平面应变模型，在脱层远处作用有平行于脱层的应变载荷. 使用Fourier积分变换，应用脱层界面的连续条件和电极表面的边界条件将问题归为第2类Cauchy型奇异积分方程组. 利用Gauss-Chebyshev积分公式将奇异积分方程组变为齐次线性代数方程组，以确定临界应变载荷. 通过数值算例，给出了底层为PZT-4材料、电极为金属Pt在不同的脱层长厚比时的临界应变载荷和屈曲形状，分析了压电体的压电、介电效应对屈曲载荷的影响. 另外给出了脱层屈曲时，脱层尖端奇异性振荡因子随不同脱层长厚比的关系曲线.

2009, 41(4): 489-502. doi:10.6052/0459-1879-2009-4-2007-556

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弹塑性摩擦接触问题形状设计灵敏度分析

万军唐国金李道奎

提出了一种计算二维有限变形弹塑性摩擦接触问题形状设计灵敏度的算法. 采用主动集策略和mortar方法处理接触边线上的约束条件. 在mortar接触边线的切线和法线方向上采用相同的名义罚函数，提出基于名义罚函数的移动摩擦锥算法来正则化接触约束条件，发展了一种新的二维多体有限变形摩擦接触算法. 在此基础上, 通过将离散形式的摩擦接触问题控制方程对形状设计变量微分，得到了该路径相关问题的直接微分法解析设计灵敏度计算格式, 其节点位移灵敏度方程在每个增量步不用迭代、直接求解. 与国际上现有的二维多体有限变形摩擦接触问题的解析设计灵敏度算法相比，本算法不需分解为法向和切向推导，表达式较简洁，便于编程实现. 数值算例验证了算法的精度和有效性.

2009, 41(4): 503-517. doi:10.6052/0459-1879-2009-4-2007-619

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基于位移和应力灵敏度的结构拓扑优化设计

荣见华葛森邓果邢晓娟赵志军

针对仅有应力约束以及含位移和应力约束的重量最小结构拓扑优化问题,基于ICM(独立、连续、映射)方法和渐进结构优化方法的思路,提出了一种结构拓扑优化方法. 在优化迭代循环的每一轮子循环迭代求解开始时,通过形成和引进新的位移和应力约束限, 自动构建设计变量移动限.将结构应力约束归并为几个最可能的有效应力约束,大大减少了应力灵敏度的分析量. 另外,建立了单元删除阈值和几轮迭代循环的单元删除策略. 为了确保优化迭代中结构非奇异和方法具有增添单元的功能,在结构孔洞和边界周围引入了一层人工材料单元,构建了其等效的优化模型. 结合位移和应力灵敏度分析,形成了一种新的连续体结构的拓扑优化方法. 给出的算例验证了该方法的正确性和有效性.

2009, 41(4): 518-529. doi:10.6052/0459-1879-2009-4-2007-540

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惯性载荷作用下结构拓扑优化

高彤张卫红朱继宏

针对惯性载荷作用下的结构拓扑优化设计问题，基于结构整体柔顺度的灵敏度计算公式的推导，阐述了此类问题目标函数的非单调特征；根据载荷与单元刚度的设计相关性，分析了多种材料插值模型对优化结果和迭代过程的影响. 在此基础上，提出可变参数的RAMP模型，对不等式体积约束和纯自重作用下的拓扑优化问题，通过稳定的优化迭代过程得到逼近理论最优解的优化结果. 理论分析和数值算例表明，设计相关惯性载荷导致结构柔顺度的灵敏度不再永远为负值，即柔顺度不再是单调减函数；惯性载荷作用下拓扑优化结果并不总是达到体积约束上限，即材料用量越多结构刚度未必越大；已有的ESO和MP类优化方法的优化结果存在明显的区别，而选择适当的材料插值模型能够很好的将两类优化方法的结果统一起来.

2009, 41(4): 530-541. doi:10.6052/0459-1879-2009-4-2008-326

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分布式光纤裂缝检测的有限元分析及试验

陈江刘浩吾

对分布式光纤裂缝检测技术中光纤-混凝土复合体的微观力学行为进行了分析. 考虑了涂覆-护套、护套-混凝土双界面的状态非线性，混凝土采用双线性各向同性强化模型以消减局部应力集中，避免护套-混凝土之间的过度穿透. 采用试验确定的接触对力学参数，用ANSYS进行了数值模拟，得到了光纤-混凝土复合体的微观应力分布及光纤的曲率分布. 定量分析了缝宽与弯曲损耗的关系，计算结果与试验结果符合较好，从理论上验证了光纤布置方式、护套厚度对传感灵敏度和动态范围的影响，为分布式光纤裂缝检测技术提供了修正的微观力学分析理论和方法.

2009, 41(4): 542-548. doi:10.6052/0459-1879-2009-4-2008-345

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基于内时理论的冻土试验研究与数值分析

朱志武宁建国宋顺成

从内时理论出发，基于考虑了温度和应变率影响的冻土内时流变本构方程，采用Matlab拟合法确定内时材料参数，对冻土在单轴和3轴应力条件下的应变进行了求解、分析与试验验证，并将理论结果与试验所得的应力-应变曲线进行了比较，理论曲线与试验曲线基本吻合. 与传统塑性理论的研究方法相比，内时理论的研究方法可以免去确定屈服面的困难. 基于所使用的内时本构模型，对冻土路基的冻结进行了数值分析，结果表明该理论具有很好的适用性.

2009, 41(4): 549-554. doi:10.6052/0459-1879-2009-4-2008-017

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沉桩挤土位移应力变分解和积分泛函收敛性分析

高子坤施建勇

静压桩是一种挤土桩，沉桩挤土作用将引发很多工程问题. 实际的贯桩过程发生在半无限成层土体中，且单桩具有空间轴对称性，桩的形状和长度也各不相同，因此需要研究半无限土体中一般桩孔扩张的特性和解. 通过对沉桩挤土的研究现状和实际存在问题的分析，建立沉桩挤土三维模型、设定符合变分约束条件的位移函数. 根据研究区域的积分泛函得到问题的位移和应力解. 由于能量泛函涉及三维广义积分问题，所以重点对积分和解的收敛性进行了分析，并应用经典土压力理论、小孔扩张理论和Ansys计算结果对计算和分析结果进行验证.

2009, 41(4): 555-562. doi:10.6052/0459-1879-2009-4-2007-597

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斜拉桥主梁振动对拉索阻尼器减振效果的影响

梁栋孙利民程纬黄洪葳

应用拉索索端阻尼器是大跨度斜拉桥拉索减振的主要措施之一. 将主梁、索与阻尼器组合起来作为一个振动体系，通过理论分析与试验研究相结合的方法初步研究了主梁振动对拉索附加阻尼器减振效果的影响. 建立了由索、梁和Kelvin阻尼器组成的简化理论模型; 设计了索、梁和阻尼器组合系统的简化力学试验模型; 详细研究了主梁振动对拉索附加阻尼器减振效果的影响. 理论与试验分析结果表明: 对于容易发生索、梁耦合振动的拉索，主梁振动明显降低拉索附加阻尼器的减振效果；在大跨度斜拉桥拉索的减振设计中，需考虑主梁参与振动的影响.

2009, 41(4): 563-574. doi:10.6052/0459-1879-2009-4-2008-225

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超声速多喷流干扰流场特性研究

王军旗李素循

研究了旋成体上超声速来流与超声速横向多喷流相撞产生的层流干扰流场特性. 数值方法针对三维可压缩Navier-Stokes方程按二阶精度Roe格式进行离散，采用基于多区对接网格技术的有限体积法. 数值模拟结果描述了多喷流干扰流场的空间结构以及激波/边界层干扰引起的分离范围，探讨了沿流向等间距排列的喷口个数对表面和空间流场结构以及压力分布的影响规律. 结果表明，第一喷口对多喷流干扰流场主要结构和喷口上游表面分离范围起主导作用. 其中三喷流流场数值模拟的对称面激波结构与实验纹影结果进行对比，符合较好.

2009, 41(4): 575-583. doi:10.6052/0459-1879-2009-4-2008-286

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峰后岩石非Darcy渗流的一维非定常严格简明解析解

蔡睿贤李元媛蒋润花

煤炭是中国近期的主要能源，仍需要大力研究. 而煤矿采动围岩大多处于峰后应力状态或破碎状态，其渗流一般不符合Darcy定律. 探讨非Darcy渗流系统, 对其研究既有理论创新价值，尤其在煤矿安全中更有重要的实用价值. 用近年发展的求解偏微分方程新的分离变量法------加法分离变量法，得出了Ahmed-Sunada型非Darcy渗流的3套非常简明的一维非定常严格解析解，以发展相应的渗流理论，以及作为标准解推进渗流数值计算的水平.

2009, 41(4): 584-587. doi:10.6052/0459-1879-2009-4-2008-289

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功能梯度材料平面问题的辛弹性力学解法

陈伟球赵莉

将辛弹性力学解法推广用于功能梯度材料平面问题的分析，考虑沿长度方向弹性模量为指数函数变化而泊松比为常数的矩形域平面弹性问题，给出了具体的求解步骤. 提出了移位Hamilton矩阵的新概念，建立起相应的辛共轭正交关系；导出了对应特殊本征值的本征解，发现材料的非均匀特性使特殊本征解的形式发生明显的变化.

2009, 41(4): 588-594. doi:10.6052/0459-1879-2009-4-2008-394

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时域内多源动态载荷的一种计算反求技术

韩旭刘杰李伟杰

载荷在时域内可用一系列脉冲或阶跃的核函数来表示，系统的响应是载荷与核函数相对应响应的卷积分. 在线性时不变的假设下，对系统动力响应的卷积分进行离散，并在此基础上分析载荷识别反问题的不适定性. 针对测量的响应数据中存在噪声时载荷识别的困难，探讨了稳定近似识别载荷的一些方法，包括零相位滤波技术、几种正则化方法和优化策略. 数值仿真算例表明，所述的载荷识别方法能够在响应数据含有噪声的情况下，有效稳定地实现多源动态载荷的重构.

2009, 41(4): 595-602. doi:10.6052/0459-1879-2009-4-2008-038

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基于压电智能结构的垂尾减振系统

刘强陈仁文徐志伟王鑫伟

以垂尾为研究对象，根据模态分析结果，将压电驱动和传感元件分为两组，并以对称方式嵌入到垂尾中，为了解决驱动器的输出与参考信号相耦合导致的不稳定问题，提出一种解耦的自适应前馈控制算法，设计了能够主动减振的垂尾系统，进而降低了垂尾振动引起的疲劳损伤. 实验结果表明，该垂尾能够较好地抑制飞行过程中的振动.

2009, 41(4): 603-608. doi:10.6052/0459-1879-2009-4-2008-476

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