摘要：为了克服传统螺旋桨推进航行器推进效率低、灵活性差和噪声大的缺点,针对一种仿生柔性体推进的水下航行器的水动力特性进行数值研究,分析柔性体波动的振幅和波数对水动力特性的影响、仿生表面对水动力性能的影响以及整体设计对水动力特性的影响。数值结果表明,增大振幅将显著地增大静水推力,同时增加推进阻力;增加波数则显著地增加推进阻力,并减小静水推力。此外,使用仿生表面和现有的前尖端设计,可以减小推进阻力。研究结果有利于进一步优化航行器,提高航行器推进效率。

摘要：纤维增强复合材料具有质量轻、比强度和比刚度高、抗冲击等特点,已成为冲击防护领域的重要结构材料.深入研究纤维增强复合材料在高速冲击下的能量吸收机制,准确预测纤维增强复合材料的弹道极限速度,对于启发新一代防弹复合材料的优化设计具有重要的科学意义和潜在应用前景.本文从理论分析和数值模拟两个方面回顾了近年来关于纤维增强复合材料弹道极限速度的研究进展,探讨了纤维增强复合材料的组分性质和微观结构以及子弹特征等因素对弹道极限速度的影响.通过对现有研究结果的总结与分析,展望了纤维增强复合材料弹道极限速度研究的方向,期望为防弹复合材料的研究和开发提供参考.

摘要：亿万年的“物竞天择”促进自然界生物进化出精妙绝伦的微观结构,生物材料的力学性能因此得以突破传统结构材料著名的“强度-韧性”倒置关系,这为未来先进工程结构材料的研发提供了新的思路.但复杂的微结构也使生物材料的宏观断裂行为呈现出多尺度、多过程、多介质耦合的复杂特征,为建立基于均匀性假设的经典断裂力学理论方法带来新的挑战.对含有微结构的生物复合材料的断裂力学行为进行深入研究,对拓宽断裂力学的研究范畴,推动断裂力学理论的发展,启发新一代先进结构材料的优化设计具有重要的科学意义和潜在应用前景.本文试从理论分析、数值模拟、实验手段三个方面回顾近年来关于含有精细微结构的生物及仿生复合材料断裂力学的研究进展,重点介绍新方法与新思想,为非均质材料断裂力学的发展和先进材料的强韧化设计提供借鉴.

摘要：为了改善四边形网格的拓扑连接关系,针对Liu等提出的优化方法[1](Liu Jianfei,Sun Shuli,Chen Yongqiang.A new method of quality improvement for quadrilateral mesh based on small polygon reconnection).Acta Mechanica Sinica,2012,28(1):140-145),提出了面向不规则点消除的四边形网格优化方法.首先引入了一个加速策略,使每次操作可以处理的区域更大,从而提高了消除不规则点的能力;其次将方法拓展至曲面网格的优化.数值实验结果表明,该方法既能够大幅度改善ANSYS等数值模拟软件生成的四边形网格,也能进一步提高使用图形学领域方法得出的四边形网格的质量.

摘要：热膨胀系数是材料热物理性能的重要参数.在温度剧烈变化服役环境下,航空航天工程中卫星、高超声速飞行器以及精密仪器仪表,微电子封装中大量结构的热变形需要精确的控制.发展热膨胀可调控的材料具有重要的科学意义和工程应用价值.轻质复合材料凭借其轻量化,力学性能优异且热膨胀系数可设计的优点已成为热变形控制领域的重要材料.本文首先概括了材料和结构的热变形控制在工程中的重要应用以及已有低、负膨胀均质材料的研究现状.其次详细介绍了层合、颗粒增强及拓扑优化复合材料的热膨胀设计研究成果.最后重点综述了轻质点阵复合材料的几何结构设计方法,热膨胀调控机理,制备工艺及实验表征的最新研究成果.

摘要：尽管数字信号处理器已广泛用于执行复杂计算任务,但仍存在诸多不足,譬如模-数转换器成本高昂、运算复杂度高、低速和高功耗等.出于这个原因,最近人们对基于波的模拟计算产生了浓厚的兴趣.这种计算避免了模-数转换并可以执行大规模并行运算,特别是借助人工设计的超材料,一些对声波进行模拟计算的新方案陆续被提出.这种被称为计算超材料的计算系统,其计算速度可以与波速一样快,尺寸与波长一样小,可以对传入的波包进行复杂的数学运算,甚至可以执行积分、微分方程的计算.这些功能有望实现基于声波传播的新一代超快速、紧凑和高效的计算硬件.本文讨论了声波计算超材料领域的最新进展,调研了用于执行模拟计算的最新的超结构.接着,进一步介绍了声波计算超材料的应用,包括图像处理、边缘检测、方程求解和机器学习.最后,对研究的关键问题和未来可能的方向进行了展望.

摘要：为了减少燃烧试验次数和改进超燃冲压发动机结构设计,采用大型模拟软件Fluent,对氢气和空气在超燃冲压发动机内的超声速流动与燃烧过程进行数值模拟。首先对空气和燃料在发动机中的冷混流动进行模拟,然后分别采用一步总包或多步简化化学反应机理,模拟超声速燃烧过程。结果显示,采用一步总包反应机理时,燃料点火容易,得到的燃烧效率也比较高,但是得到的温度偏高;采用多步简化反应机理,不容易点火,模拟过程中火焰易灭,模拟所需要的时间也比较长,但得到的流场与实验过程更接近。

摘要：基于iSIGHT设计平台,结合CFD软件Fluent对三维机翼进行多目标优化设计,以提高其气动性能.设计过程中采用NCGA(neighborhood cultivation)———邻域培植遗传算法,NSGA-Ⅱ(non-dominated sorting)———非支配解排序遗传算法为优化算法,以N-S方程作为主控方程,对三维机翼优化.经过优化设计后结果表明,机翼的气动性能有了显著改善,该优化方法可推广用于多种翼型和机翼优化.

摘要：相控阵超声无损检测技术近年来在无损检测领域得到了越来越广泛的应用。但当前相控阵超声检测基于传统线性超声,对于材料或结构的微缺陷、微裂纹等缺陷不敏感。研究基于超声的非线性效应的非线性超声无损检测技术对于克服线性超声相控阵技术的不足具有积极的意义。本文设计和开发了基于非线性超声相控阵的无损检测系统,并利用超声检测的标准试件对该系统的性能进行了检验。对比测试了常规线性超声方法、基于滤波的非线性超声方法以及基于反相脉冲的非线性超声方法对于钨丝线靶、超声仿体以及碳钢试块的检测效果。测试结果表明,非线性超声相控阵无损检测技术与传统线性超声相控阵无损检测相比具有空间分辨力高、缺陷分辨力强等优点,而基于反相脉冲的非线性相控阵超声无损检测在空间分辨力上比基于滤波的非线性超声检测方法又有比较显著的提高。

摘要：复合材料层合板的各向异性及非均质,使得复合材料层合板内部的破坏形式非常复杂.在复合材料结构的设计中,为满足制造及使用功能上的需求,在复合材料层合板承力结构件上不可避免地需要设计各种开口.然而,含大开口复合材料层合板的强度破坏问题变得更为复杂,使得现有的强度理论面临新的挑战.针对碳纤维增强复合材料大开口层合板受单向拉伸载荷作用下的强度破坏问题进行了数值分析和实验研究.首先,根据Hashin准则和刚度退化模型,对含不同圆形开口尺寸的[0]_(10)单向铺层、[0/90]_5和[±45]_5正交铺层的层合板,进行了单向拉伸载荷作用下渐进失效的数值模拟分析,获得了对应结构的极限载荷和破坏模式.在此基础上,采用数字图像相关方法,进行复合材料大开口层合板强度破坏的实验研究.研究结果表明,大开口复合材料层合板在单向拉伸加载下主要呈现脆性破坏形式,破坏起始位置处于应力集中区.此外,破坏强度和失效模式与复合材料铺层方式和开口尺寸大小密切相关.其中[±45]_5铺层的开口层合板承载能力最弱,分层破坏最严重.开口尺寸越大,结构的极限载荷值越低.同实验测试结果相比,数值模拟对复合材料层合板的损伤失效分析略显不足,往往很难全面分析复合材料层合板破坏失效过程中的各种因素的影响.