摘要：为探讨力学理论与创新实践相结合的课程教学改革方式,总结和分析了实践类课程“力学与实践”的教学设计和实践。本课程是为上海大学理论与应用力学专业学生开设的实践类课程,旨在为本科生架起力学与实践的桥梁,帮助学生基于所学力学知识,综合应用理论、计算和实验方法研究工程实际中的机构运动和结构振动,并进行有效沟通和交流。教学实践表明,“力学与实践”课程可以提高学生独立思考、运用知识解决问题和团队协作的能力。

摘要：壳体组合结构广泛应用于船舶、土木和航空航天等工程领域。为获得精确的对接圆柱壳结构动力学模型,采用基于数学模型的响应面法对有限元模型多个参数进行优化,实现有限元模型修正。通过模态试验获得对接圆柱壳结构的试验模态参数,采用模态置信度检验模态试验结果。利用ANSYS有限元软件对结构进行有限元模态分析,提取整体模态。通过中心复合设计方法获取样本点构造多项式响应面模型,采用决定系数和均方根误差检验响应面的拟合精度。响应面模型计算结果与试验结果的误差构造目标函数,多目标遗传算法用于优化响应面参数,最终将修正后的参数代入有限元模型得到修正模型。对比修正前后的模态频率,结果表明修正后得到的有限元模态频率与实测模态频率间相对误差明显减小,进而验证了基于响应面方法在对接圆柱壳有限元模型修正中的有效性。

摘要：本文研究了锂离子电池电极形状对电极锂化过程的影响,借助实验观测和数值模拟揭示锂离子固相、液相扩散和嵌锂电化学反应的相互竞争关系。在实验中,设计了基于CCD相机的电极锂化过程原位观测实验方案,对三种不同形状(圆形、方形、三角形)电极的锂化过程进行实时观测,发现各种电极均存在锂化不均匀的现象,电极边缘锂化程度较高,而电极中心区域锂化程度较低。电极尖端曲率较大的位置更容易获得较多的锂离子嵌入,快速达到饱和,甚至发生锂枝晶沉积。数值模拟则揭示该锂化不均匀现象是电池内电场分布、电解液中锂离子浓度分布和活性材料中锂浓度分布综合影响的结果。电极形状的变化导致电解液内电场分布不均匀,使电解液中锂离子分布不均匀,最终出现锂化不均匀现象。本文揭示了电极形状对电极锂化过程的影响,增加了对锂离子电池锂离子输运、嵌入和扩散的竞争关系的理解,可为锂离子电池的设计和应用提供指导。

摘要：反问题作为一种自由(未知)边界问题近年来得到了广泛的研究。变域变分通过把自由边界结合在变分泛函中,使其与求解流场的控制方程结合起来,从而自由边界求解和流场分析可以完全耦合进行。本文采用变域变分和可变形有限元来设计可压缩和不可压缩翼型,计算显示即使在初始翼型的一侧为三角形时仍能得到满意的结果。文中还采用了两种计算网格(H型和O型)来设计翼型,比较了它们的精度,计算表明本方法完全能用于翼型的反设计。

摘要：针对某双吸式离心泵流量和扬程达不到设计要求,效率偏低的情况,对该泵内部三维湍流进行了数值模拟,通过对泵内流场和总压变化过程的分析,找出了该泵达不到设计要求的原因,提出了切割叶轮进口以扩大进口面积的改进方案。对改进后的泵内部流场进行了数值模拟,并与改进前泵内流场数值计算结果进行对比,性能预测表明改进后的泵基本达到了设计要求。在此基础上,对改进后的泵进行了实验测试,结果表明上述改进措施是有效的,数值模拟方法为水泵的优化设计提供了有力工具。

摘要：以微型飞行器的气动外形设计为研究背景,通过数值求解N-S方程分析了主动变形柔性机翼的气动特性。空间离散格式采用中心有限体积法,时间推进采用双时间推进方法,其中子迭代过程由隐式LU-SSOR方法完成。在动网格技术的基础上,模拟分析了薄翼面上作行波运动的流场。计算结果发现,该行波翼型的气动特性相比于刚性翼型有明显改善,有效地抑制了大攻角下大尺度流动分离,同时升阻比提高了约35%,起到了显著的增升减阻的作用。本文的工作对于进一步的柔性机翼优化具有良好的理论研究与数值模拟的参考价值。

摘要：建立了预弯曲动力学防斜打快钻具组合的动力学模型,对其动力学特性进行的仿真研究。结果表明,这种模型可以较好地反映出钻具组合在井下的涡动轨迹、涡动速度和涡动方向,同时能近似地计算出这种钻具组合的动态相对防斜力大小。钻具组合的涡动使得钻头对下井壁的动态侧向冲击力明显大于对上井壁的动态冲击力,从而使钻头具有较大的动态防斜力。通过合理设计结构参数和施工参数,可以有效地改善预弯曲动力学防斜打快钻具组合的涡动特征,从而使这种钻具组合具有较好的防斜效果。预弯曲动力学防斜打快技术的使用钻压比钟摆极限钻压提高50%以上,相应地提高了机械钻速。

摘要：研究了中间弹性支撑对受轴向压力的双跨梁屈曲稳定性的影响。分别采用整体以及分段方式建立了带中间弹性支撑的双跨梁模型,通过计算固有频率以及临界屈曲压力,相互验证了两种模型,并得到临界轴力随中间支撑刚度的变化规律。在此基础上,用整体梁模型分析双跨梁的静力学屈曲分岔现象,着重讨论了中间约束刚度对屈曲位形的影响。研究发现,在中间支撑刚度小于一个临界值时,随着支撑刚度的增加,虽然一阶屈曲位形逐渐远离简支屈曲梁的半周期正弦位形,但依然是稳定的;只是需要越来越高阶的截断,才能得到收敛的屈曲位形。而当中间支撑刚度超过临界值后,二阶位形变得稳定;仅采用单周期的正弦函数就能足够精确地描述屈曲位形,并且中间支撑刚度对临界轴力不再产生影响。该研究将为带中间支撑的梁或者管道设计提供理论指导。

摘要：该文对后置灯泡贯流泵装置的水力设计进行了研究。先结合CFD方法,分析几何参数变化对装置外特性和流动特性的影响,将其作为一个整体考虑提出了设计方法。然后参考已有的设计方法,通过合理地给定叶轮出口环量和轴面速度的分布来进行泵段设计,并基于CFD流场分析调整泵段设计参数以有效提高泵段水力性能。在此基础上,结合流道水力设计方法,完成对装置水力模型的初步设计,并以装置性能最优为目标,研究流道水力参数的优化。分析导叶叶片数和灯泡体尾部缩角对装置性能的影响,优化导叶和灯泡体的水力设计。通过分析装置几何参数变化对装置外特性和内部流场的影响,完成对后置灯泡贯流泵装置水力模型的设计。经CFD性能预测,在设计工况(1.0Q)下,模型的装置扬程为5.45m,装置效率达到83.13%,临界空化余量约为6.4 m。

摘要：本文采用有限元数值方法,分析计算了大型钢筋混凝土壳的几何、物理非线性静力问题。对非线性方程组的求解,文中提出了一种将载荷增量和位移增量相结合的合理方法,保证了在临界点附近迭代法的收敛性。最后,文中通过对实际双曲冷却塔壳的分析,得到了一些对实际工程设计具有指导意义的有益结论。