力学与实践

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• 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。