• 杨平川, 潘红玲
    应用力学学报. 2025, 42(6): 1439-1446.

    目的

    通过使用光滑有限元法(cell-based smoothed finite element method,CS-FEM)来提高膝关节有限元模型中网格的质量与效率。

    方法

    在传统有限元法的基础上引入梯度光滑技术,采用基于单元的光滑有限元法(CS-FEM)对膝关节有限元模型进行网格划分,对比传统有限元法与CS-FEM实验数据的精确性。

    结果

    CS-FEM较传统有限元法更加精确且减少了网格划分的复杂度,同时降低了单元数量,使得求解过程更加高效。

    结论

    传统有限元法(finite element method,FEM)方法由于其应用广泛和成熟性,在处理相对简单的几何结构和线性材料时具有较高的计算精度和稳定性。然而,在复杂结构和非线性材料的生物力学模拟中,CS-FEM通过优化网格划分和减少应力集中,提供了更高的计算效率和精度。因此,在未来膝关节和其他复杂生物结构的建模中,CS-FEM有望得到更广泛的应用。

  • 吴云凯, 马晓刚, 冯黎明, 曹熙炜, 范健, 薛瑞
    应用力学学报. 2025, 42(6): 1207-1223.

    吸气式高超声速飞行器进气道存在边界层转捩、流动分离、及激波/边界层干扰等复杂流动现象,对这些复杂流动现象的深刻认识及有效控制是实现高超声速飞行器有效工作与性能提升的关键。首先对超声速进气道内的被动和主动流动控制技术的研究进展进行综述,对其在超声速进气道激波/边界层流动控制的使用效能及其缺点进行了描述。同时,随着高超声速飞行器研制向宽速域、大空域及高马赫数方向迈进,以往传统的进气道主、被动流动控制技术难以满足高超声速飞行器在宽域工作条件下的性能随控需求,继而以等离子体为代表的多场耦合控制方式成为当前超声速进气道流动控制的研究热点。然而,限于现有的试验测试手段难以开展超声速等离子体激励激波/边界层相互作用的精细流动控制机制研究,仍存在许多值得探讨的地方,文章在综述的同时对下一步研究提出相关建议。

  • 彭国芳, 孙启凯, 闫增印
    应用力学学报. 2025, 42(6): 1429-1438.

    目的

    探究扁平足业余跑步爱好者在不同运动表面跑步时的足底压力特征。

    方法

    选取15名经足印法和Novel emed ® 3D足底扫描仪确诊的扁平足业余跑者(足弓指数≥0.6)及15名正常足对照者,使用Pedar-X 1.0足底压力测试系统,在受试者以自配速(4~6 m/s)于3种运动表面完成多次直线跑步测试时,同步采集最大足底压力、接触面积、峰值压强、压力-时间积分及总力冲量,通过重复测量方差分析比较组间差异。

    结果

    扁平足组的足跟区(M3)和足中区(M2)压力显著高于正常足(P<0.05),前外侧区(T3)压力显著低于正常足(P<0.05)。扁平足全足底接触面积均大于正常足(P<0.05),足中区(M2)差异最显著(P<0.01),弹性表面差异略缩小但仍显著。前足区(T1~T3)正常足显著高于扁平足(P<0.05),塑胶跑道足中区(M2)扁平足压强反超正常足近4倍(P<0.01)。扁平足足中区(M2)的压力-时间积分与总力冲量均显著高于正常足(P<0.01),前外侧区(T3)则显著低于正常足(P<0.05)。

    结论

    扁平足跑步时足底压力呈现“足中区过载、前外侧发力不足”的特征,硬地面加剧瞬时冲击,弹性表面放大负荷累积。建议扁平足跑者优先选择中等弹性表面,搭配足弓支撑装备以降低损伤风险。

  • 张奇志, 戈新生, 周亚丽, 赵秋玲
    应用力学学报. 2025, 42(6): 1410-1417.

    研究柔性腿无缘轮被动动态行走器建模,并分析阻尼系数对系统动力学的影响。根据行走器的几何特征,选择独立广义坐标描述系统的位置,使用第二类拉格朗日方程建立柔性腿无缘轮被动动态行走器的动力学模型。对柔性腿的结构和物理性质进行分析,得到腿与地面的冲击阶段伸缩腿的切向发生冲击,而径向不传递冲击力的结论,并提出部分冲击假设条件下的状态跳变模型。采用不同的阻尼参数进行柔性腿无缘轮被动动态行走的数值仿真,结果验证了所提方法的有效性。选择较大的阻尼系数,周期行走的双支撑阶段占整个行走周期的77.6%,单支撑阶段占整个行走周期的22.4%,斜坡角度在0.1~0.7 rad范围内可以实现周期行走。柔性腿无缘轮可被动动态行走的斜坡角度,随着阻尼系数的减小而减小。

  • 周志伟, 马雯波
    应用力学学报. 2025, 42(6): 1364-1374.

    为深入认识双圆形孔洞对岩石的力学特性及裂纹扩展过程的影响,采用颗粒流程序PFC2D构建了含双圆孔类岩石试样的单轴压缩模型,根据试验和模拟得到的宏观力学参数的对比验证了数值模型的正确性和合理性。然后,对含双圆孔试样的裂纹扩展过程以及圆形孔洞周围应力场的演变过程进行了分析。结果表明:数值模拟与试验结果吻合良好;圆孔的上下两端首先萌生初始拉伸裂纹,随着轴向应力的增大,通常在孔壁左右两侧形成结构薄弱区,初始拉伸裂纹的萌生方向都为轴向加载方向,与桥角α无关,但试样的强度和破坏形态受到桥角α的影响;初始拉伸裂纹在受拉应力集中区萌生,随着初始拉伸裂纹的扩展,圆形孔洞上下两端的拉应力集中区域相应地移动和消散,应力分量σyy的受压应力集中区位于圆形孔洞的左右两侧,而在圆形孔洞的上下两端则形成了一个“梭形”的压应力集中屏蔽区,且与圆形孔洞垂直中线的距离越近,屏蔽效果越强,压应力越小。

  • 张永杰, 周航, 李肖成, 白春玉
    应用力学学报. 2025, 42(6): 1224-1236.

    近十年来,民航飞机的重着陆事故引起了广泛关注,约1/3的民航飞机安全事故与着陆相关,其中重着陆事故几乎占着陆事故的1/5。重着陆不仅对飞机结构造成损害,严重时甚至会导致飞机毁坏或人员伤亡。然而,关于重着陆的统计数据仍不足。本研究通过定量标准、仿真分析和机器学习方法,系统研究了重着陆的判定标准及其对飞机结构的损伤模式,并通过对波音737、空客A320等主流机型过去十年内53起典型重着陆事故进行了详细统计与分析。研究结果表明,重着陆事故通常会对飞机的起落架、机身、机翼等关键部件造成不同程度的损伤;不同类型的重着陆事故对飞机结构的破坏程度差异显著。

  • 覃振奇, 罗翔宇, 赵文胜
    应用力学学报. 2025, 42(6): 1254-1262.

    高超声速飞行器在飞行过程中,面临着极高的气动阻力和加热作用,对飞行安全和稳定造成威胁。采用灰色田口法开展构型参数对高超声速飞行器减阻降热性能影响的研究,以减阻杆长径比、气道直径比、气动盘直径比、侧喷角为尺寸因子,飞行阻力、钝体峰值压力系数、斯坦顿数为响应目标进行正交试验,通过计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)数值计算获得响应结果。研究表明:飞行阻力受减阻杆长径比的影响最显著,受侧喷角的影响最小。对于钝体峰值压力系数和斯坦顿数,尺寸因子表现出相同的影响等级,两者受到气动盘直径比的影响最显著,其次是减阻杆长径比。增加减阻杆长径比和气动盘直径比均能提升飞行器的减阻降热综合性能,但提升效果随着尺寸的增大逐渐减弱。相比于正交设计的最优构型,采用灰色关联法优化出的最佳构型综合性能提升了4.6%。

  • 李益萱, 李凯翔, 白春玉, 张飞, 何石
    应用力学学报. 2025, 42(6): 1237-1245.

    随着民用客机设计技术的发展,当今客机设计的重点开始从结构安全性向客舱舒适性过渡,振动舒适性是其中的重点因素之一。从民机乘员振动舒适性角度出发,开展了某型客机在空中巡航、低空飞行、及跑道滑跑3种运行工况下的振动传递路径试验,基于试验数据搭建了振动传递路径模型,并研究了影响客机振动舒适性的关键因素,得出了以下结论:空中巡航、低空飞行工况,客舱内振动响应主要来源于发动机转子基频和二倍频处激励与结构耦合;跑道滑跑工况,客舱内振动响应主要来源于低频范围(特别是50 Hz)左右主起落架激励与结构耦合。此次试验不仅为客机客舱的减振、隔振设计提供了依据,还填补了国内以客机全机为对象的振动舒适性测试、验证平台的空白。

  • 雍馨, 李晓蕾
    应用力学学报. 2025, 42(6): 1309-1319.

    为了提高钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架的抗侧能力,提出RC框架-框桁式复合墙(frame truss composite wall,FTCW)结构,并对2个缩尺比例为1∶2的RC框架-FTCW试件进行了拟静力试验。通过试验现象、滞回曲线、骨架曲线和刚度退化曲线,对其承载力、延性、刚度退化等抗震性能进行了分析。通过ABAQUS软件对可能影响RC框架-FTCW骨架曲线的因素进行了拓展研究,包括不同内填FTCW数量、框架柱配筋率、轴压比、混凝土强度、内嵌角钢及内填墙片布置方向。结果表明:内嵌墙体先于RC框架被破坏,而在墙体内部,内斜撑先于外框被破坏,从而形成一个多级能耗系统,达到抗震设计的目的;提高RC框架-FTCW承载力最有效的方式是增加内填FTCW的数量,其次是增大框架柱的配筋率,而增大轴压比和混凝土强度或在FTCW中内斜撑增设角钢对承载力的提高作用较小;另外,FTCW布置方向的影响是不可忽略的,FTCW的数量和位置应该对称布置。

  • 陈嘉昊, 吴晗, 胡凯轩, 曾晓辉
    应用力学学报. 2025, 42(6): 1353-1363.

    现有高速列车所用的抗蛇行减振器为被动式的油压减振器,其阻尼特性无法根据车辆服役状态和运行环境的变化而调整,使车辆的平顺性和稳定性无法适应车况和环境的变化。基于磁流变技术的半主动式减振器结合智能控制技术可以解决这一难题。本研究根据高速列车抗蛇行减振器的技术要求和磁路要求设计了一种三线圈的磁流变阻尼器。首先建立了磁力耦合仿真模型,然后对阻尼器内部的磁场分布、流场状态以及压力分布进行仿真,并测试了不同电流、振幅和频率以及线圈通电方式下的阻尼性能。结果表明,该阻尼器的磁路设计合理,符合抗蛇行减振器的技术要求,其最大出力可达到46 kN,可调动态系数为28。此外,针对线圈间存在的磁耦合现象进行探讨,发现0.69倍线圈宽度的间距是该阻尼器的临界距离,远离这个距离会导致有效阻尼通道处磁场分布不均匀,这种磁场的改变会随着磁回路中某个部分达到磁饱和而停止。

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  • 期刊名称. 年卷期,起止页 doi:
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