拓扑流体力学及其新近发展

拓扑流体力学是理性力学的一个重要研究方向,在理论上具有重要价值,在实践中日益显出独特的作用.本文试对该方向进行综述性介绍,目的是吸引更多的国内科研工作者进入这一重要领域.本文的重点放在流体螺度(Helicity)的拓扑内涵方面.除了列出螺度与数学纽结场论的关系(即与互缠绕、自缠绕数以及作者近年来发展出来的流体纽结多项式拓扑不变量之间的关系),还介绍了国际上在流体纽结复杂系综的能量-结构复杂性关系方面的研究.最后,通过超流涡旋纽结/链环重联的具体实例,展示了这一领域当中典型的数值计算方法.我们希望通过这种理论推导与数值计算同时呈现的方式,使读者对这一国际前沿交叉领域的核心问题、研究方法以及科研中可能面对的技术困难获得一个整体的了解和把握.     

轴向受载铁木辛柯梁的弯曲研究

轴向受载的铁木辛柯梁的弯曲问题.在新近提出的一种铁木辛柯梁模型中,引入了一个反映变形过程中轴力方向的跃迁系数,基于此模型,解析地获得了多种边界条件下梁挠度的封闭形式的表达式.此外,采用数值计算验证当前结果的正确性,并探讨了跃迁系数对梁弯曲行为的影响.     

城市化背景下中国虚拟水流动空间变化特征及其驱动因素研究

为了解决日益增涨的水资源需求导致的缺水问题, 从投入产出视角进行合理的虚拟水调动已成为缓解地区水资源压力的新途径。基于1997 年与2010年区域间投入产出表以及水资源公报数据, 构建虚拟水多区域投入产出计算模型, 并细化用水产业, 计算得出区域间虚拟水相互交换关系与转移量。同时, 将区域虚拟水空间流动量与区域间人口迁移和产业转移特征进行关联分析, 结果表明, 研究时段的中国城市化进程中, 虚拟水主要由内陆地区向沿海地区输送, 且区域间人口迁移特征与虚拟水空间转移特征的关联性很强。人口流动带动消费品转移, 进而引起虚拟水流动, 产业空间转移通过生产要素的空间转移与聚集, 持续影响虚拟水的流动量和流动方向。因此, 基于中国城市化特征, 未来区域发展应考虑结合实体水调动以及虚拟水流动与人口迁移和产业转移的关联关系, 保证经济活动密集区域的水资源供给。     

基于ANSYS的减速机齿轮有限元分析

采用有限元法研究齿轮轮齿在受到不同载荷的情况下,其齿根弯曲应力和应变的变化情况。结果表明,在静载荷的作用下,齿轮齿根处的最大弯曲应力和最大应变都在许可的范围之内;而当齿轮受到冲击,在动载荷作用下,齿根处的应力大于齿轮材料的屈服极限。结合对断齿形貌的分析,可推断出轮齿的断裂是在出现疲劳裂纹后受冲击载荷作用而产生的过载断裂。     

内部磁场对中能重离子碰撞出射粒子的影响

近些年来,极端条件(高温度、密度、同位旋不对称度)下核物质的性质研究引起人们的极大关注.重离子碰撞实验结合输运模型模拟是目前人们研究核物质性质的重要手段.重离子碰撞过程中带电粒子运动会产生很强的磁场(内部磁场),然而在之前的输运模型模拟中通常不考虑内部磁场对带电粒子运动的影响.我们在极端相对论量子分子动力学模型中,引入内部磁场,并研究了内部磁场对出射粒子集体流的影响.发现内部磁场对核子产额及集体流的影响可以忽略,而对带电π介子产额比及集体流的快度分布的影响较为明显.这一结果表明,在利用中能重离子碰撞后出射的π介子作为研究核物质性质的敏感探针时需要考虑内部磁场效应.     

冷轧机工作辊弯辊控制系统模拟

冷轧机弯辊集自动控制技术、液压伺服技术、流体动力学、轧制辊系变形等学科于一体,用传统传递函数建立的系统数学模型计算结果与实际差距较大.本文基于MATLAB的SIMULINK平台,应用影响函数法精确地计算了弯辊缸的负载等效刚度,建立了能够详尽描述弯辊系统的数学模型.模拟结果表明,半闭环弯辊系统的阶跃响应时间为0.115 s,与实测阶跃响应吻合.考虑管道影响后,实际弯辊力响应时间为半闭环弯辊系统的2倍.     

AZ31B镁合金I型材室温弯曲成型研究

由于镁合金AZ31B材料在拉伸与压缩时的力学性能差异,使AZ31B型材在室温下成型规律很难掌握.文章以AZ31B镁合金I型材为研究对象,通过对I型材弯曲过程的数值分析,研究了I型材成型过程与加强筋的高度与厚度的关系,同时对成型过程中的受力、回弹现象及翘曲做了深入的分析,得出了对工程有实用性的结论,可以指导工程实际.     

三维编织复合材料矩形梁与T型梁准静态弯曲实验及有限元分析

采用MTS 810.23型材料试验机,研究三维编织复合材料矩形梁与T型梁的准静态三点弯曲行为,分析得到两种梁的破坏失效机理存在一定差异,矩形梁在实验中位移达到最大而最终失效,T型梁在实验中筋高产生纤维断裂而最终失效.实验表明筋高可显著增强梁抗弯刚度.依据三维编织复合材料细观结构建立单胞模型,运用ABAQUS有限元软件与用户子程序交互作用,进一步分析在准静态三点弯曲实验过程中材料的应力分布情况,揭示材料破坏机理和最终失效模式的缘由.有限元分析所得结果与实验结果具有较好的一致性,说明所使用的有限元分析法有效,可以用于进一步研究三维编织复合材料的力学性能.     

复杂载荷下弯管的极限载荷

考虑几何和材料的非线性相互作用,采用有限元方法研究复杂载荷下弯管的极限载荷。通过对比过去的研究成果,分析了内压、面内弯矩及其组合下的极限载荷规律。根据有限元结果,研究了直管强化及内压的强化对极限载荷的影响。最后提出了弯矩以及内压、弯矩联合作用下的极限压力、极限弯矩与弯管几何尺寸的定量关系。提出的计算公式扩大了弯曲系数λ的使用范围,反映了弯管强化作用。     

离散型两相流动的大涡模拟

大涡模拟(Large-eddy simulation,LES)的研究正在取得迅速进展.和雷诺平均模拟(Reynolds-averaged Navier-Stokes modeling,RANS modeling)相比,LES可以给出流动和火焰的瞬态结构,并且在不少情况下可以给出比雷诺平均模拟更准确的统计平均结果.本文作者及其同事从2002年开始,用大涡模拟研究了气泡-液体流动的瞬态结构.后来从2005年至今陆续研究了气体-颗粒两相流动的大涡模拟、气体绕过单个颗粒流动的大涡模拟、以及有蒸发和燃烧的油滴周围的流动的大涡模拟.本文对作者及其同事近期进行的上述离散型两相流动的大涡模拟研究给出了简要的综述,包括控制方程、亚网格模型、数值方法、主要的模拟结果及其实验验证.