计算爆炸力学及相关进展

爆炸力学是研究爆炸的发生和发展规律以及爆炸的力学效应的利用和防护的学科. 爆炸力学的数学模型是一组非线性偏微分方程, 过去用理论分析的方法研究爆炸力学问题, 主要是根据问题的性质将方程简化便于求解, 但其准确性和应用范围非常有限. 随着数值计算方法的不断发展和计算机处理能力的不断提高, 计算爆炸力学成为爆炸力学的新学科分支. 自20 世纪60 年代以来, 各国的爆炸力学工作者进行了大量爆炸力学数值计算工作, 极大地推动了计算爆炸力学的发展. 本文主要对国内在计算爆炸力学领域取得的相关成果进行评介.     

机器学习与计算力学的结合及应用初探

自20世纪50年代以来,随着计算机科学的不断进步,机器学习和数据科学得到了长足发展.这些技术一般依靠大量数据作支撑,通过训练过程提取出蕴藏在数据内部的抽象映射关系,目前已被成功应用于化学、生物等自然科学研究领域.近年来,这些技术也逐渐受到计算力学领域研究者的关注.本文结合作者的相关研究成果介绍了机器学习、数据科学与计算力学相结合的3种形式:第一种是与有限元方程求解方面的结合,直接应用卷积神经网络算法求解线性有限元方程;第二种方式结合有限元计算和机器学习预测复杂材料结构与力学性能的关系.本文作者应用该方法基于细观页岩扫描照片和随机建模算法,成功训练出可以有效预测细观页岩样本等效模量的卷积神经网络;第三种方式是建立基于数据驱动的计算力学方法,比如直接利用真实的材料实验数据代替材料本构模型.这些工作显示了机器学习、数据驱动在处理材料的力学实验数据、设计新型材料以及创建更高效的计算力学模型方面的广阔前景.随着计算力学的发展,未来将可能出现更多将数据科学、机器学习与计算力学相结合的应用场景,进一步开发出更加强健、高效和保真的计算力学方法.     

超越力学哲学

超越力学哲学有人以轻蔑的口吻告诉我们,科学是“力学的”或“机械论的”。这一传统的观点忘记了一个事实,即许多现代科学,尤其是物理学,现在远非是几百年前那种机械论的样子了。在物理科学的“哲学”中所发生的深刻变革应该受到更为广泛的评价,现在人们显然是低估了它们的价值,这不是别的原因,而是因为它们向我们提供了更充分地在科学和我们文化的其他分支例如宗教和艺术——之间发展关系的机会。     

功能生物界面的“微纳尺度构建-功能-力学耦合”机制

功能生物界面由于其呈现出的独特功能引起研究者的极大兴趣,而微纳尺度结构是其关键结构基元,它们是界面特定功能的内在本质.然而直到目前描述刻画特定功能的整个形成过程依旧困难.越来越多的证据开始支持功能生物界面上的"微纳尺度构建-功能-力学耦合"的论点.本文重点介绍不同微纳尺度复合功能生物界面上的"形貌和力学耦合行为",以获得对微米纳米复合结构更好的理解.还介绍了自然界中生物体表气/液/固三相生物界面的"形貌-力学耦合行为",生物体内微纳尺度的"形貌-力学耦合行为",微纳尺度人工界面上活细胞的"形貌-力学耦合行为"和微纳尺度形貌、界面曲率与力学微环境的最新研究进展,并提出了一些新的概念,如"基于空间曲率的形貌-力学耦合行为"、"医学功能生物界面"和"生物力药理学"等.     

突变理论在岩石力学中的应用及发展趋势

突变理论与传统的岩石力学思想很接近,但突变理论特别适合内部作用尚属未知的系统.目前突变理论在岩石力学问题中已得到了广泛应用,正逐步成为解决岩石力学问题的有力工具.本文回顾了突变理论的发展历史,进一步阐述了用突变理论分析解决岩石工程问题的一般方法,并分析了其不足之处,对突变理论的应用前景作了一些展望.     

数学符号与明清力学知识*

明清时期中国力学知识,是与西方力学知识交汇融合的重要时期,数学符号的传播、使用成为明清的力学知识自身发展的一个缩影。数学符号在明清力学知识中的普及,蕴含着西方科学文化向中国普及与传播的过程;随着科学国际化的不断深入,明清时期的力学知识采用了西方数学符号语言来描述,并很快被推广到明清时期的力学著作中。     

结构疲劳损伤理论的评述

结构疲劳是其在累积损伤、裂纹起始,扩展直至破坏的过程.通过对既有的各种结构累积损伤理论进行分析和对比,文章研究了目前存在的各种累积损伤理论适用性与优缺点,并从损伤力学角度研究了累积损伤的原理.     

原子钟研究及其进展

自然科学尤其是物理学中的时间是千百年来科学家们关注的焦点，不论是牛顿力学还是量子力学．人们常常会问：事物随时间的变化是怎样的？如何去度量时间？一秒钟究竟是多长？如何去测量一个过程的持续时间？如何制作一台精准的钟来向人们提供精确的时间？     

浅析隧道锚网喷支护及力学分析

文中对隧道初期支护中的锚网喷支护体系进行论述,并阐述了锚网啧支护作用的效果、锚杆、喷射混凝土的设计以及施工情况,又从隧道支护力学方面对喷射混凝土、锚杆等进行力学分析.     

改进的牛顿万有引力公式

一、前　言　　在牛顿力学体系之中 ,万有引力公式是一个非常重要的公式 .在天文、航空、航天、地质、石油等领域中 ,许多现象都与引力或重力有关 .例如当计算卫星和火箭等飞行器的运动时 ,就要应用万有引力公式 .　　自从牛顿提出万有引力公式以来 ,已经出现一些改进的公式 .例如有人曾对平方反比定律提出质疑 ,认为万有引力公式中的ｒ2 项应改为ｒ2 Ｅ,Ｅ为一小量 .还有人认为公式中的引力常数Ｇ应随时间而变化 ,等等 .这些改进的公式有的依据不足 ,有的过于复杂不便应用 ,而且这些公式对水星近日点进动问题及光线近日偏折问题也不能给出…     

赋存深度对岩石力学参数影响的实验研究

研究赋存深度对岩石物理力学参数的影响,对于认识深部岩体变形破坏规律,以及分析深部工程灾害事故机理具有十分重要的意义.通过在北京门头沟矿区大台井同一岩层进行现场取样,获得了赋存深度处于410~1010m的7个深度水平上的同一层玄武岩,将其加工成77个标准试件(其中单压21个、三轴35个、劈裂21个),借助MTS815和RMTS150岩石力学实验系统,分别进行了单轴压缩、三轴压缩和巴西劈裂实验,获得了玄武岩密度、单轴抗压强度、单轴抗拉强度、弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角等基本岩石物理力学参数随赋存深度的变化规律.研究发现,统计意义上玄武岩密度、弹模、单拉强度、单压强度、黏聚力、内摩擦角随赋存深度的增大而线性增加,仅泊松比随深度增加而线性减小.另外,还简要分析了造成不同深度同一岩层物理力学参数差异的原因.     

周期载荷作用下沥青路面的力学响应分析

针对沥青路面特点,考虑超载的影响,借助有限元分析软件对车辆周期载荷作用下的路面的各种力学响应进行了数值模拟,以及为沥青路面设计、施工、养护、改建及公路法规的制定提供参考.     

燃料电池的研究现状与方向

燃料电池是一种高效的发电装置,有利于解决人类节能与环保两大难题.本文对燃料电池的研究现状进行了分析,论述了燃料电池的研究方向,并提出在燃料电池的研究中引入力学方法进行研究.     

时间为何不同于其他维度?

似乎所有人都知道时间的特殊性,但物理学——迄今最精密、最成功的科学怎么处理它?梳理2000多年来物理学的基本运动理论的发展,一个初步的脉络呈现在我们面前.亚里士多德认为时间维度与空间维度是互不影响的,空间维度可能更为重要——天上和地面的运动规律是不一样的.牛顿引入绝对时间与绝对空间的概念,在经典力学中时间维度是与空间维度地位平等的.牛顿提出三大运动定律以后,物理学的基本运动理论一分为三:爱因斯坦的(狭义)相对论力学、量子力学和演化力学.三个力学理论分别引入一个普适物理常数:真空中光速c、普朗克常数h和玻尔兹曼常数k,各自界定了对物理世界认识的一个极限:光速不变性、不确定性和不可逆性.对时间的认识也一分为三:量子力学基本沿用经典力学的时间概念;基于相对论,力学时间与空间统一了,可以在一定程度相互转换,但基本的时序是相对性不变的,时间与空间有所不同;基于热力学第二定律和耗散-涨落定理所代表的不可逆性,演化力学给予了时间一个特别地位.这些显然还不是最后答案.三种普适力学若是统一,以后时间的作用怎样?     

岩体力学中的统计方法与理论

我们知道,岩体的结构性质是岩体一切工程性质的基础,因此也是岩体力学理论体系据以建立的基础。大量研究表明,岩体结构具有内在的地质规律和表观的随机特性,这种特点就决定了岩体的工程性质将具有统计确定性。这是在岩体力学理论研究中必须注意的一个基本问题。     

AFM单分子力谱技术测量膜蛋白力学特性的研究进展

膜蛋白在细胞生理活动中起着关键性的作用,是大部分药物的作用靶点.对膜蛋白进行研究不仅对理解生命活动的本质有着重要的价值,还可为疾病治疗和医药研发带来帮助.原子力显微镜(AFM)的出现为研究膜蛋白的结构提供了一种新的技术手段.AFM不仅可以对单个天然态膜蛋白分子的形貌结构进行高分辨率成像,同时还可通过将配体分子修饰到AFM针尖,利用单分子力谱(SMFS)技术对膜蛋白生理功能与活动行为(如配体结合、解折叠)中的力学特性进行直接测量,使得人们可以从分子生物力学方面来认识膜蛋白的结构和功能,是对传统结构生物学方法得到的蛋白质静态三维结构的重要补充.SMFS技术在测量膜蛋白力学特性方面取得了巨大的成功,为生命科学和医药卫生领域相关问题的解决提供了新的思路.本文结合作者在AFM病理瘤细胞表面抗体-抗原相互作用力测量方面的研究工作,介绍了SMFS技术的原理与方法,总结了近年来应用SMFS技术研究膜蛋白力学特性的进展,讨论了SMFS技术面临的挑战.     

磁性液体数值模拟研究进展

磁性液体(magneticfluid)是一种力学性能受磁场调控的磁流变智能材料,在医学与工业生产中有广泛应用.近年来,随着计算机性能的发展,数值模拟日益成为研究磁性液体力学行为细观机理的重要方法.本文综述并评价了磁性液体理论与数值模拟领域的最新研究进展,介绍了磁性液体在剪切、挤压和阀模式3种工作模式下的力学模型,对磁性液体的现有模拟方法进行了总结,讨论了磁性液体数值模拟的研究现状,并展望了数值模拟的发展前景.磁性液体的数值模拟亟待开展以下三方面研究:(1)建立涵盖多种微观相互作用的精细理论模型,研究颗粒表面包覆、添加剂等非磁性成分对磁流变效应的影响;(2)将不同数值模拟方法相结合,建立磁性液体的多尺度模型,进一步提高模拟精度,利用机器学习协调不同尺度的数值模拟,压缩计算量,已成为一种可行思路;(3)将力学模型与电、磁学模型相结合,发展多尺度、多物理场耦合的数值模拟方法,模拟磁性液体其他物理性能.最终为高性能磁性液体的研制及其应用研究提供技术和理论支撑.     

太赫兹微测辐射热计的设计、仿真与制备

为提高太赫兹(THz)微测辐射热计的探测灵敏度,优化设计探测单元的微桥结构:增加10nm的镍铬(NiCr)金属薄膜用作THz辐射吸收层并增大探测单元面积.采用IntelliSuite软件建立不同单元尺寸、不同桥腿宽度的微桥结构的有限元分析模型,进行力学与热学仿真.力学仿真表明,增大探测单元面积,形变明显增加;增大桥腿宽度可以小幅改善形变.热学仿真表明,通过增大探测单元面积或减小桥腿宽度可以提升桥面温升.制备出基于不同探测单元结构的THz微测辐射热计焦平面阵列,探测单元的实际形变情况与仿真结果基本相符.单元面积75?m×75?m,桥腿宽度1.3?m的微桥结构具有较好的力学与热学性能,适合用作THz微测辐射热计的探测单元结构.     

广义Birkhoff系统的变换理论

变换理论在力学中占有重要的地位.它是研究和解决问题的主要手段之一.因而,研究一个系统的变换理论很有意义.Birkhoff系统就是用Birkhoff方程描述运动的力学系统,或描述状态的物理系统.它比Hamilton系统更一般,且具有一系列重要性质.广义Birkhoff系统是Birkhoff系统的一个自然推广.一个一般的k阶广义Birkhoff系统可由二元组(R×T~*(T~(k-1)M),(?)_k)描述,其中R×T~*(T~(k-1)M)为系统的相空间,(?)_k为恰当2-形式,它具有最大秩.局部的、系统的运动方程为     

浅析隧道锚网喷支护及力学分析

文中对隧道初期支护中的锚网喷支护体系进行论述，并阐述了锚网喷支护作用的效果、锚杆、喷射混凝土的设计以及施工情况，又从隧道支护力学方面对喷射混凝土、锚杆等进行力学分析。