摘要：2004年,力学所以国家科技中长期规划和中国科学院中长期科技发展规划的制定为牵引,以筹划进入中科院院"三期"创新、争取承担"十一五"国家和中科院重大科研项目为动力,持续、多层面地进行了研究所发展规划的论证.在此基础上提出了发展蓝图,即6个主要的学科方向(微重力科学和空间技术、高温气体动力学与跨大气层飞行、微尺度力学与微系统、工艺力学与材料设计、海洋与环境工程、生物力学与生物工程),4个科研平台(微重力科学平台、高超声速飞行技术平台、微/跨尺度力学平台、海洋工程研究平台).包含的基本科学问题是复杂介质和极端条件下的力学行为.

摘要：通气超空泡减阻是突破传统水下速度极限,实现高速航行的关键技术,具有重要的工程应用价值.超空泡航行体的航行稳定性是制约其发展的瓶颈问题,这与通气超空泡形态的稳定性密切相关,因此,超空泡形态的准确预测和调控是超空泡航行体总体设计的关键之一.本文首先介绍了关于不同环境条件下通气超空泡流动形态特征的研究,进一步梳理了影响流动形态的关键科学问题,包括超空泡界面特征及失稳机制、超空泡尾部闭合泄气机理和射流与空泡的耦合作用,最后基于对通气超空泡形态的理解与认识,阐述了实现通气超空泡流动稳定性的调控方法.

摘要：地下内衬硐库的压缩空气储能,以其发电时间长、规模大、建设周期短、选址灵活、工程造价低、运行周期长、环境友好等优势,在新型储能领域展现了较强的生命力,将有力地促进新型电力系统的构建和新能源的高质量发展。与传统地下空间的运行特点有较大不同,在充放气过程中,储备有压缩空气的地下内衬硐库不仅需要承受交变高内压膨胀压力,同时伴随着显著的温度变化。围绕地下内衬硐库,阐述了其工作原理以及柔性密封结构的设计理念,针对高压、交变应力和温度变化等荷载特征,系统分析了地下内衬硐库相关理论与分析方法等方面的研究进展,主要包括库内温压响应与密封结构传热特性、围岩应力路径与力学响应、钢筋混凝土衬砌开裂与控制标准、上覆岩体稳定性与安全埋深、密封层及密封堵头等,并对地下内衬硐库基本原理与分析方法的发展趋势进行了展望。

摘要：外界磁场进入超导体的磁穿透深度随超导体的温度变化而变化,特别是在超导转变温度附近,穿透深度变化尤为剧烈。探测穿透深度变化可实现对温度变化的高分辨率测量,是重要的深低温温度测量原理。基于该基本原理,提出一种基于超导体穿透深度变化、闭合超导回路磁通量子化和超导量子干涉器件(SQUID)的温度测量方案,进行理论分析和仿真,有望在液氦温区实现nK/√Hz量级的温度分辨率,并给出具体的实验装置设计。该方法分辨率高且不引入额外热流,不需要外部持续的电流激励,可通过在被测物体表面镀超导膜等方法消除传统温度测量方法中温度计的自热效应、接触热阻等对测量的不利影响。

摘要：目的针对渗氮H13钢激光修复中N容易析出并形成气孔的问题,根据熔池反应热力学原理,设计了含Ti和含Co 2种熔覆材料,研究N的分布和释放机制,在渗氮H13钢基板上获得无明显孔洞、裂纹缺陷且性能优良的激光熔覆复合涂层。方法试验了2种方案,方案一,对基板渗氮表层进行激光重熔预处理,再熔覆H13钢与Stellite钴基合金的混合粉末;方案二,先以不同配比的H13钢与Ti的混合粉末打底,再熔覆H13钢与Stellite钴基合金的混合粉末。通过光学显微镜、扫描电子显微镜、背散射电子衍射、X射线衍射等材料表征手段观测涂层的微结构,进行显微硬度测试和电化学腐蚀试验。结果方案一中,激光重熔预处理会促使N释放,经过激光熔覆后,涂层组织以马氏体为主,存在大片残余奥氏体;方案二中,随着H13钢与Ti混合粉末中Ti元素添加量由0%增加至10%,涂层与基体冶金过渡区存在明显差异,H13+10%Ti涂层组织为马氏体和弥散分布的碳化物,H13+50%Stellite涂层内组织均匀致密,主要为马氏体和残余奥氏体。结论通过激光熔化沉积技术制备了具有较高硬度和较好耐腐蚀性的激光熔覆涂层,解决了渗氮H13钢强化与修复中氮气孔形成以及涂层与基体结合区成分偏析的问题。

摘要：裂隙的粗糙度及空间分布不仅是岩体各向异性体现的重要因素,同时也是复杂裂隙岩体进行等效强度及变形特性研究的基础。鉴于传统节理张量模型常将裂隙简化为平面,而自然裂隙实则为粗糙起伏表面的研究现状,改进现有节理张量,并详实推导粗糙型离散裂隙网络(RDFN)的等效弹性力学参数计算方法。引入分形理论,构建算例模型,精确量化裂隙粗糙度,对比分析平面型离散裂隙网络(DFN)和粗糙型离散裂隙网络(RDFN)的计算效果。为进一步验证研究的可靠性,采用数值软件生成简单模型,并计算得到模型的解析解与数值解。结果表明:(1)考虑结构粗糙度的等效弹性力学参数计算方法较好地消除了节理张量的局限性。(2)基于W-M分形函数构建的RDFN算例模型具有显著的粗糙特性,且公式中的分形维数(D)以及分形粗糙度(G)对裂隙表面粗糙度有较大影响。(3)相较于DFN模型,固有的结构粗糙度显著影响RDFN模型的等效弹性力学参数,影响程度为5%~15%。(4)简单数值模型的数值解与解析解的结果接近,误差较小,充分验证了基于改进节理张量进行本构关系计算的准确性。相关研究结果对粗糙裂隙的岩体等效弹性行为的分析具有重要参考价值。

摘要：碘工质是电推进领域最重要的工质之一。为掌握碘工质在微直流离子推力器中的放电特性,并评估其在微型直流离子推力器中替代氙气工质的可行性,本文建立了二维几何、三维速度(2D3V)的PIC-MCC-DSMC紧耦合全粒子计算模型,对碘工质在MiXI构型微直流离子推力器内的放电过程开展了数值模拟。模拟结果显示碘分子在注入放电室后迅速被离解,放电室中主要中性粒子为碘原子I,碘原子电离产生的I^(+)为主要离子组分,密度约比I_(2)^(+)高一个数量级。在本文的基准工况下,输出的离子束流中82%由I^(+)贡献,I_(2)^(+)贡献了余下的18%。对比碘与氙在不同放电电压下的放电特性,本文发现两种工质的质量利用率和放电效率均十分接近,并且展现了一致的变化趋势。本文研究结果表明:在微型直流离子推力器中,碘工质具有和氙工质十分相似的放电性能和对放电参数的响应特性。现有的氙气工质微型直流离子推力器的放电优化策略对碘工质推力器的设计和优化具有极强的参考价值。

摘要：盐渍土广泛分布于我国西部地区,其盐胀特性对道路工程产生严重危害,研究盐渍土路基水盐迁移规律并切断其路径对盐渍土地区道路安全防治起到关键作用。基于开挖废土利用构想,提出一种新型盐渍土基泡沫轻质土作为盐渍土地区路基隔断层。采用自研设备开展相关试验,测试其内部温度变化、竖向位移及冻融后的水盐分布,分析新型泡沫轻质土隔断层的隔盐消胀效果,并从微观结构角度探究阻盐机制。结果表明:在温度梯度下,盐渍土试样内部水分与盐分向上迁移,多在中上部聚集。新型泡沫轻质土隔断层能有效阻隔水盐上迁并抑制盐胀,土体含盐量越高,抑胀效果越好。盐分在泡沫轻质土孔洞内析出结晶成盐壳,泡沫轻质土的多孔结构不仅能有效储存盐分,而且能阻隔盐分迁移,使盐分结晶在其内部进行,从而减少盐胀对土体的破坏。

摘要：金川二矿深部碎裂岩体具有“岩块强度高,岩体强度低”的显著特点,巷道围岩具有显著的大变形特征,导致喷锚网或衬砌等支护结构破坏频繁,严重威胁采矿生产安全。以该矿深部巷道现场工程为背景,首先,通过现场调查和实测确定该矿深部巷道围岩具有典型层状、碎裂状和复合结构特征,冒落和底臌为典型的破坏形式;其次,结合室内试验和现场监测数据,基于连续-非连续数值模拟分析方法 (FDEM)提出一种可破Voronoi块体模型和离散裂隙网络模型模拟巷道开挖过程,捕获围岩损伤破裂特征;最后,结合实体单元和锚杆单元模拟支护结构响应,探讨深部碎裂岩体变形破坏机制和支护效应。研究结果表明,结构面间距和倾角显著影响应力释放区的位置和压力拱的形成,导致围岩变形各向异性和破裂非均匀性;锚杆、混凝土喷层+锚杆及U型钢拱架+锚杆3种支护结构对于限制围岩变形具有显著差异性,加入锚杆和衬砌能有效抑制冒落区,限制顶拱位移,但不能有效抑制底板隆起;超前注浆、加长锚杆和钢拱架是控制深部碎裂岩体巷道大变形的重要措施。研究结果可为深部碎裂岩体巷道变形控制与支护设计提供理论参考。

摘要：基于2010~2019年ERA5单层再分析资料,结合安徽省淮南森林观测站2016年5月1日至2017年4月30日的大气边界层塔(PBL塔)观测资料,驱动陆面模式CLM4.5(Community Land Model Version 4.5),模拟了淮南山地森林下垫面上的陆面过程,并比较分析了不同驱动场对其影响,同时设计了土壤质地对土壤湿度影响的三个模拟试验。结果表明,CLM4.5对淮南森林陆气交换过程表现了较好的模拟性能,PBL塔观测资料驱动的总体模拟效果优于ERA5再分析资料的。在辐射模拟方面,CLM4.5利用ERA5资料和PBL塔观测资料,都很好地模拟了辐射分量,特别是PBL塔观测资料驱动的全年模拟结果与观测相关系数达0.97以上,均方根误差在25.056 W m^(-2)以下。ERA5再分析资料强迫模拟的相关系数略低,但也达到了0.92,均方根误差在29.939 W m^(-2)以下。在土壤温度模拟方面,相关系数都达到0.98以上;土壤湿度模拟的相关系数都在0.86以上,但系统性偏高;对感热通量的模拟全年平均的相关系数分别为0.72和0.78。实测的三层土壤质地加上深层给定的土壤质地的数据对土壤湿度的模拟结果与观测最为接近,土壤质地的准确描述可以大幅提高土壤湿度的模拟。本研究发现ERA5单层再分析资料在淮南森林站精度较好,可以应用于该山地森林区域陆—气交换过程的模拟研究。