力学与实践杂志

力学与实践杂志2026年第1期

• 力学领域“101计划”航空类实践项目建设与实践

  王乐, 索涛, 谢彦博, 孟宣市, 谷迎松,

  根据力学领域“101计划”的总体要求，介绍了核心实践——航空类实践项目的建设与实践情况。围绕西北工业大学“总师育人文化”，以“专业精、系统强、重实践、能担当”的“总师”雏形特质培养为出发点，结合航空领域发展现状与趋势，确定了航空类实践项目的建设目标。从基础篇、进阶篇及前沿篇3个层次，建设了涵盖空气动力学、固体力学、气动弹性力学等领域的10个实践项目，并以3个典型实践项目为例，介绍了航空类实践项目在西北工业大学力学课程教学中的具体实践情况。

• “刚塑性”的前世今生

  余同希,

  在塑性力学160年的历史中，基于理想刚塑性假定所建立的概念、原理和方法（如塑性极限状态的概念、极限分析原理、滑移线场方法等）扮演了极为重要的角色，提供了一系列问题的经典塑性解。但是，传统的极限分析理论包含内在的悖论，不适用于结构和材料的大变形分析；因而现今用于能量吸收结构和新型材料的研究时，对原有的原理和方法必须仔细审视，予以修正和发展。在研判刚塑性解的误差时，首先应该尽可能地构建最佳刚塑性完全解，然后在它的基础上，对由于忽略弹性效应所产生的误差作出准确的评估和补偿。对一些较简单的问题，刚塑性分析导出的简明解析公式能够指导工程估算和初步设计，并帮助判断数值仿真结果的合理性和准确性。

• 基于骨架线和贝叶斯估计的二自由度非线性系统参数辨识

  闫凯, 魏莎, 丁虎, 陈立群,

  提出一种基于骨架线和贝叶斯估计的二自由度非线性系统参数辨识方法。该方法通过共振衰减法和希尔伯特变换提取骨架线作为观测数据，利用贝叶斯估计和马尔可夫蒙特卡罗抽样得到各物理参数的边缘概率分布。该方法避免了复杂的时域数值积分，从而提高了计算效率。为验证所提方法的有效性，将其应用于二自由度非线性振子系统的参数识别。结果表明，所提方法能够在噪声环境下识别二自由度非线性系统参数且具有较高精度。

• 基于DAS的气液两相流作用下立管振动特性实验研究

  杨俊岩, 李萌, 赖先宇, 魏孟然, 杜燕连, 沈义俊,

  管道气力提升系统作为一种绿色、环保的输运系统，在海洋资源与能源开发中应用潜力巨大。然而由于其涉及复杂的管道气液/气液固多相流，相关理论基础、监测手段和分析方法较为欠缺，大大限制了其工程应用。本研究使用光纤分布式声学传感（distributed acoustic sensing，DAS）技术采集在不同浸没比不同气流量下立管的振动信号。结果显示，立管的振动信号幅度随着气流量增加而增大，在搅拌–环状流时期达到峰值0.227 rad；相同气流量下，浸没比为0.8和0.85时立管振动强度最为强烈。对信号进行能量占比分析发现，0～20 Hz和20～40 Hz两个频段为立管振动能量的主要部分，且0～20 Hz频段在搅拌–环状流时达到了最大能量占比80%。本研究为基于光纤传感技术实现管道气力提升系统的健康监测与工程应用提供了切实可行的研究方法。

• Faraday波的模态组成、分解及耦合机制

  吴啸峰, 李遇春,

  本文对实测的Faraday波进行了滤波分解，揭示了该波的模态组成及其耦合机制。激发并记录了一个矩形容器内液体的前四阶模态的Faraday波，采用快速傅里叶变换(fast Fourier transform，FFT)滤波分解的方法对Faraday波进行了模态分解，应用多模态理论对Faraday波的模态组成及耦合机制进行了定性分析。研究发现Faraday波可以分解为主模态运动、刚性模态运动、二倍频率模态运动以及三倍频率模态运动等，其中占支配地位的主模态运动表现为主参数共振（响应频率等于激励频率的一半），而其他模态运动源自主模态运动的激发，表现为强迫振动（响应频率等于激励频率），刚性模态运动使液面波高响应曲线向上平移了一个距离，导致波峰的幅值大于波谷的幅值，奇数阶Faraday波在稳态时不再具有反对称性，而偶数阶Faraday波在稳态时仍具有对称性，表明其参与的模态运动皆为偶数模态。

• 超薄高强钢化玻璃的动态和静态破裂应力研究

  王乙法,

  为研究消费电子行业超薄高强钢化盖板玻璃的动态和静态破裂应力，采用两组0.4 mm厚度玻璃式样，分别进行钢球冲击和环压环（ring on ring，ROR）实验，且均结合了数值仿真对比分析，实测和仿真的结果吻合度较高。得到了两组玻璃非边缘区域的动态和静态破裂应力数据，二者的威布尔分布曲线形状参数 \beta 值相似度高，分别为13.95和13.64，前者的B50破裂应力是后者的1.65倍。利用最小二乘法，根据两组实验的破裂应力和应力速率拟合出了相关的破裂参数n值，为19.2，为实际工程仿真中玻璃动态破裂应力阈值的研究提供了实验和仿真模型参考。

• 复合材料“W”形挖补修复结构的强度分析

  朱渴鑫, 张军徽, 张子林, 杨佳乐, 盛典,

  针对复合材料挖补修复中母板材料去除量过大的问题，提出了“W”形挖补修复结构设计。采用有限元方法，分析了传统形挖补修复结构与“V”形、“W”形和“WW”形挖补修复结构在拉伸载荷下的胶层失效载荷。结果表明：在6°挖补角度下，锯齿形挖补修复结构的胶层失效载荷与传统方案相当（偏差±1.5%），同时材料去除面积减少达64.15%~76.31%；当挖补角度缩减至3°时，锯齿形挖补结构出现8%~14%的载荷衰减，但其失效载荷下降幅度显著低于材料去除量的降幅。

• 多形状障碍物硬化的位错动力学计算及统一硬化模型推导

  张子扬, 蔡孟珂, 李阳, 丛腾龙,

  位错与辐照缺陷的相互作用会导致材料屈服强度上升，引起材料的辐照硬化。针对任意形状不可穿过缺陷引起的硬化，提出了一种统一形式的临界剪切应力预测模型。文章首先综述了现有研究中常见的球形障碍物硬化模型（Bacon-Kocks-Scattergood硬化模型），并讨论了模型在处理复杂形状障碍物时的局限性。随后，通过位错动力学模拟与线弹性理论推导，研究了位错与不同形状障碍物（包括球形、椭球形和正方体）的相互作用规律，提出了基于几何构型的统一硬化预测公式。结果表明，该线弹性模型的预测值与位错动力学计算结果吻合度较高，并能较好地预测不同形状障碍物的耦合硬化效应。该研究对改进现有硬化模型及提升辐照材料性能预测精度具有重要意义。

• 机理与数据融合的风机主轴受力预测与更新

  李国英, 付德义, 孙述鹏, 宋姿颖, 冯维明,

  为实时监测风机主轴受力状态，构建了机理与数据融合的自适应更新预测模型。首先，采用“物理基准+偏差补偿”策略，通过有限元机理模型提供预测基准，结合基于实测数据的数据驱动模型补偿偏差，以克服单一模型的局限。其次，引入具备可变遗忘因子的增量学习机制，在线学习新数据以更新网络参数，缓解长期服役中性能退化问题。验证表明，主轴内力预测误差小于3%，且更新机制确保了长期预测精度。

• 喀斯特山地城市大断面地铁车站暗挖施工模板支撑力学分析——以贵阳轨道交通3号线黔灵山公园站为例

  赵世新, 刘灯凯, 佘玉华, 王勇, 饶军应,

  为解决在多岩溶、多断层的喀斯特地质条件下大断面地铁车站暗挖施工面临的模板支撑稳定性问题，以贵阳轨道交通3号线黔灵山公园站为例，提出结合台车浇筑、盘扣式模板支架施工的支撑体系，给出了其施工方案，并分析了模板支架的受力特性以及安全保证措施。该工程的顺利实施表明该模板支撑技术体系有效抑制了喀斯特地质中大跨地下工程施工致灾风险，达到了安全、高质、高效的施工效果，可供类似工程参考。

• 人工智能类新工科专业基础力学公共课程的教学设计

  杨庆生, 杜家政, 刘夏, 叶红玲, 刘赵淼,

  力学教学除了为力学专业开展课程教学与人才培养之外，还担负着为点多面广、需求各异的各工科专业提供基础力学公共课程教学的任务。近几年开办的与人工智能、数字虚拟技术相关的新工科专业，注重强化基础和学科交叉，对于基础力学公共课程教学提出了新需求和新挑战。本文阐述了人工智能类新工科专业普适性基础力学公共课程的需求背景、课程体系、内容取舍和实践教学设计，以形成与力学领域“101计划”相呼应的侧翼，为新工科专业建设贡献力学学科的力量。

• 基于薄膜比拟和散斑干涉的扭轴横截面切应力可视化教学探索

  马银行, 殷红莲, 刘清华, 张含琦, 杭晓晨, 杨福俊, 姜东,

  结合薄膜比拟法与散斑干涉技术，提出了一种针对材料力学扭转问题的实验教学方案，旨在帮助学生更直观地学习非圆形截面扭轴的横截面切应力分布。采用散斑干涉系统测量均匀张紧方形薄膜在均匀侧压力作用时的挠度，基于薄膜挠曲问题与轴扭转问题的相似性，获得方形截面扭轴的横截面扭转应力函数线、切应力等值线和切应力矢量分布等可视化结果。实践表明，采用散斑干涉技术结合薄膜比拟法进行可视化教学，不仅有利于学生深入学习扭转问题，而且可以提高学生的实践能力和创新思维。

• 关于材料力学中弯曲内力表征问题的探讨

  韩美东, 韦慧心, 周慧, 张元, 刘播, 任毅如, 方棋洪, 何巍, 谢惠民,

  弯曲变形是工程构件中最常见的变形形式之一，也是材料力学教学的重点内容。弯曲内力作为理解弯曲变形相关知识的基础，其表征方法直接影响学习效果。本文从作图方法与实验测试两方面对弯曲内力表征展开探讨。首先，以直梁和刚架为分析对象，针对现存作图方法中容易造成学生误解和困惑的问题，提出一种更为统一的弯曲内力图作法，打通教学堵点。其次，结合挠曲线近似微分方程和数字图像相关（digital image correlation，DIC）技术，提出一种基于全场变形测量的内力表征方法，实现实验技术、变形理论和内力计算三者的有机融合，从而加深学生对弯曲变形相关知识点的理解，并促进其创新思维与知识融会贯通能力的培养。

• 实验力学课程教学之微小力测量

  贾攀, 韩雨轩, 仲政,

  针对实验力学课程教学中微小力测量内容的缺失和不足，提出了一种层级式的拓展性教学设计。首先讨论常见的原子力显微镜测量微小力的现状，然后引出基于单极电容和改进毛细管的微小力自主设计测力方案，并以近年来的高水平科学研究成果为实例说明了所列方案的有效性和前沿性。通过这种拓展性的教学，可以帮助学生对微小力的测量方案有一个全面的了解，使其具备提出适用方案解决实际测试需求的能力。

• 基于实验图谱及数值模拟的土力学实验教学探索

  粟滨, 张向京, 阮波, 韩征, 国巍, 王卫东,

  为适应“数智化”时代对人才培养的新要求，采用实验图谱与数值模拟技术赋能传统土力学实验教学。基于行业与学生需求分析，构建了需求视角下的土力学实验图谱，实现了“数智”背景下知识体系重构与教学路径规划；利用离散元数值模拟技术，对土力学关键实验进行细观动态解析，并结合模拟结果优化了教学内容。在此基础上，提出了“图谱+数值”实验教学新范式，为培养学生理论联系实际的应用能力、对新方法与新技术的感知能力、跨学科发散的创新能力提供了有力支撑。该研究可为高校土建、力学类实验教学智能化、复合化转型提供借鉴。

• 机械臂作动下多自由度系统振动抑制原理的实验装置设计

  王泽, 陈力奋, 唐国安,

  以机器人操作柔性结构场景中的振动抑制为背景，研制了一种动力学与控制实践教学的机电系统。该系统采用减速电机串联二连杆机构组成机械臂，并将双摆悬挂于机械臂末端，建立了多自由度动力学系统的实物模型。吊点处安装有自制的电阻应变式传感器以感知吊索的动态张力。根据经典力学的功能原理，设计了基于动态张力反馈的机械臂末端速度控制律，并基于Arduino平台实现了小扰动下双摆振动的快速抑制。该实验装置涉及力学、机械、电子等多个专业，基础系统浅显易懂，相关专业的本科生能够独立完成软硬件搭建与调试。对力学专业而言，该系统为柔性欠驱动系统的建模与实验提供了具体案例。整体设计具有硬件成本低、软件门槛低的特点，适宜在实践教学中推广使用。

• 关于生物力学课程和教材设计的思考

  季葆华,

  在现代生命科学进步以及学科交叉融合的时代背景下，生物力学成为连接生命科学与工程科学和技术的关键桥梁。建设和发展生物力学课程体系不仅是学科发展的必然要求，更是培养复合型创新人才、服务当前国家战略需求的重要基石。本文论述了生物力学课程的重要性以及生物力学学科方向的特点，提出了生物力学教材的模块化设计思路，以及基于教材模块化设计的线上和线下结合的教学模式。

• 振动力学课程教学APP开发与应用探索

  沈振兴, 李哲,

  针对振动力学课程，构建了一种基于虚拟仿真APP的课上、课下辅助教学体系，旨在增强教与学之间的联动，解决抽象概念可视化不足、实践环节薄弱等问题。结合课程特点，开发了与课程内容紧密相关且易于操作的APP，依托虚拟实验强化概念认知，借助参数化设计提升课堂参与度。实践表明，该模式激发了学生的自主探究意识，提高了教学效能。

• 工程力学课程向专业课程体系融合的教学创新与实践

  姚征, 孙先念, 夏冬生, 刘杨,

  新工科专业建设旨在培养具备解决复杂工程问题能力的卓越工程人才，以应对时代和未来挑战。通过教学创新加强工程思维和专业能力训练，培养学生多视角分析和解决实践问题的能力，是高等教育始终关注的重点。本文以工程力学课程为核心，基于多年的科研与工程实践，创新性设计了进阶式案例教学模式，按照工业设计生产流程重构专业课程体系内容，并利用力学联通先导及后续专业课程，使专业课程之间实现深度融合。这种以工程力学为线索的进阶式案例教学模式有效改善了传统教学中知识碎片化、内容衔接性差、知识与工程实践脱节等问题，有效引导学生构建专业知识体系，激发学习兴趣，强化培养学生的专业能力和综合素质。教学实践表明，此教学创新有利于学生养成科学思维模式，并提升解决复杂工程问题的综合能力。

• 力学模型：从质点到连续介质的演变与启示

  黄再兴,

  本文针对不同力学模型之间的关系在专业课程体系中缺乏全面论述的现状，阐述了从基础质点模型经由质点系、刚体、连续介质一直到多场耦合模型的演变路径，说明了不同模型之间的逻辑关联以及一个“好”力学模型需要满足的条件。这些讨论有助于学习者在力学知识体系中既见“树木”，又见“森林”。

• 钱学森与马勃：两位科学家的跨国友谊

  王诗蕙, 张现民,

  弗兰克·E. 马勃（Frank E. Marble），美国科学院院士、美国工程院院士，著名空气动力学家和燃烧学专家，是钱学森在加州理工学院的同事，也是钱学森旅美岁月中最亲密的朋友之一。文章全面回顾了二人跨越半个世纪的友谊历程：从喷气推进中心的学术合作，到钱学森受政治迫害时马勃的患难相助，再到钱学森回国后马勃4次访华延续情谊，揭示了这段友谊的核心内涵——以科学理想为根基，以人性温情为纽带，超越时空、跨越国界，兼具学术价值与人文意义。

• 从“会挽雕弓如满月”谈现代复合弓的力学演化

  马兴宇, 姜楠,

  弓箭既是古代战争中重要的远程武器，又是现代体育运动中融合精准与优雅的竞技项目。从早期狩猎的单材弓到制霸冷兵器战场的复合材料弓，再到设计精巧、性能卓越的现代复合弓，其中贯穿始终的是人类对弓的力学原理的研究与实践。本文从北宋文学家苏轼的名句“会挽雕弓如满月”谈起，简要介绍弓的结构演化，分析现代复合弓的复合材料弓壁和偏心凸轮等关键部件的力学原理，探讨力学在现代复合弓的轻质、高效和稳定等性能突破中起到的重要作用。

• 面向国家需求，引领我国海洋工程科学技术研究——记力学研究所对我国海洋工程科学技术研究发展的贡献

  吴应湘,

  回顾了中国科学院力学研究所在海洋工程领域的发展历史，介绍了林同骥、郑哲敏等老一辈科学家为我国海洋工程力学的研究和发展做出的突出贡献，展示了中国科学院力学研究所在钱学森工程科学思想指导下，在我国海洋工程科学技术研究中发挥的重要作用及取得的系列研究成果。

• 钱学森工程科学思想指导下高速水动力学的传承与实践

  王一伟, 王静竹, 刘俊丽, 杜特专, 黄晨光,

  在中国科学院力学研究所（以下简称力学所）建所70周年之际，回顾了高速水动力学研究在力学所的发展历程。建所初期在钱学森工程科学思想的指引下，布局了“上天、入地、下海、为工农业服务”四大发展方向，钱学森兼任水动力学研究室主任。随着机构调整，部分研究任务逐步移交至相关专业院所。1986年，为服务国家海洋事业发展需求，中国科学院成立海洋工程科学技术研究中心，由力学所郑哲敏担任中心主任，为我国海洋工程技术发展奠定了坚实基础。空泡与空化瞬态动力学研究团队在践行钱学森工程科学思想的过程中，坚持从工程实际中提炼科学问题，在理论创新中寻求突破，推动理论、实验与工程研发的深度融合，为国家经略海洋提供了坚实的科学技术支撑。

• 中国科学院力学研究所博士后科研流动站的开端

  盛宏至,

  钱学森自中国科学院力学研究所（以下简称“力学所”）建所之初，便十分重视高级科研人员的培养工作。本文回顾了“文革”后研究生制度恢复及博士后制度建立以来，力学所在早期创建博士后科研流动站的过程，并介绍了笔者在站期间所开展的部分博士后研究工作。