关于清华大学理论力学开放实验室的设想

介绍了清华大学工程力学系理论力学开放实验室的设想,该开放实验室将开展7种类型的实验,包括测量型、演示型、原理型、虚拟型、黑箱型、兴趣型、创造型实验,每种实验以力学知识为基础,各有侧重,培养学生的动手能力、创造能力及处理问题的综合素质.

面向21世纪工程力学创新教学模式初探

从转变教学观念、培养自学能力、增强学生创新意识和信心、营造民主的教学氛围、尊重和鼓励学生的个性发展、坚持理论与实践相结合、建立科学的评价体系和考试标准等方面 ,初步探讨了建立工程力学创新教学模式的必要性、紧迫性 。

弹性力学求解体系的研究与进展 第十三届全国结构工程学术会议特邀报告

本文介绍弹性力学对偶求解体系的近期研究和进展:(1)提出一种新的正交关系。不用辛几何的概念,直接导出对偶微分方程组;(2)基于新正交关系,建立二维弹性力学特征函数展开直接解法,求得含可对角化边界条件下的显式封闭解:(3)将对偶求解体系推广到多坐标方向,建立多坐标方向的对偶微分方程和求解体系。(4)采用偏微分方程的算子解法,建立了板状弹性体的弯曲理论,把它的解分解为弯曲齐次解、特解、和衰减解:(5)将对偶求解体系推广应用于厚板和薄板问题,建立了有关的对偶微分方程,正交关系和变分原理。

大涵道比涡扇发动机安装节动力学设计及性能评估分析进展

综述了大涵道比涡扇发动机安装节动力学设计及评估问题。首先从减振设计需求出发,论述了发动机安装节开展动力学设计的重大意义,并对安装节的主要结构形式及特点进行了详细的阐述;进一步从军民用标准规范和工程实践经验出发,归纳了安装系统动力学设计技术要求;而后从动力学设计、性能评估、系统验证等方面回顾了涡扇发动机安装节的国内外研究现状,指出国内外差距主要体现在设计要求、设计理念和应用实践经验等方面。在此基础上,展望了大涵道比涡扇发动机安装节动力学设计及性能评估技术的发展趋势和热点。

力-化-生耦合的生物力学理论及其应用

癌症以及心脑血管、免疫系统等的重大疾病的发生发展,都涉及多种生物学、化学、力学等因素的相互作用与协同演化。针对这些重大疾病,建立相应的生物力学理论与模型,对于癌症的追踪溯源、趋势研判、诊疗康复具有重要意义。本报告将汇报力-化-生耦合生物力学理论的点滴进展及其在胚胎、肿瘤等的生理和病理过程中的初步应用。首先,将介绍力-化-生耦合的生物组织生长发育力学理论,并将该理论应用于胚胎、肿瘤、淋巴等生理和病理过程的研究。在生物组织的生长、发育、衰老、病变等过程中,力学、化学、生物学等各类因素相互耦合、彼此调控,并涉及多种物质成分和能量的输运与转化。通过上述机制的定量化描述,基于冯元桢的应力-生长理论、热力学基本定律等,给出了力-化-生耦合的生物组织生长理论框架,可以应用于生物组织在多种条件下的生长、发育与重塑研究。其二,发展了力-化-生多场耦合的生物稳定性分析方法。稳定性是力学学科的一个核心命题。对于生命体而言,从生物大分子、亚细胞、细胞直至生物组织和系统尺度,都存在大量的稳定性问题,相关机制在胚胎发育、疾病的发生发展、组织和器官工程等领域起着重要作用。在各种生命过程中,不仅存在以机械能主导的欧拉失稳、以化学能或熵主导的图灵失稳,而且存在诸多力学、化学、生物学等因素耦合的失稳现象。将从控制方程、能量转换、时间和空间特征等角度对这些不同类型的稳定性问题进行讨论。应用该方法,研究了肿瘤、胚胎、脑等生物组织在生长发育、病变等中的稳定性问题;并结合实验,研究了细胞与分子尺度的动力学稳定性,解释了卵母细胞和囊胚的周期振荡、螺旋波等现象及其机制。其三,讨论从分子、亚细胞、单细胞、细胞群体到组织的时空多尺度动力学研究方法。对于很多生命过程的理解,需要考虑在不同时间和空间尺度上力、能量、几何、功能等的传递和转化机制,而这些机制涉及结构、力、响应等的复杂性和特异性,对其进行定量化和理论化遇到多方面的困难。将对时空多尺度动力学研究方法进行初步的探索与讨论。利用该方法,研究了细胞迁移与群体运动等问题。结合数值模拟与实验,揭示了癌细胞转移的一种力学效能,即肌动纤维网络通过力学感知与生化信号的正负反馈,确定其迁移路径。

航空发动机托架车负载验证试验与工程力学

本文介绍作者在航空发动机托架车负载验证试验中运用大量工程力学基本概念，解决托架车试验中要求大基础、大动力、大空间、高材耗的困难，保证了托架车负载验证试验以低成本、小动力、小空间、自然放置方式进行，为航空发动机托架车的生产、检验提供了创造性的技术服务。

新型电力系统下燃煤火电机组一次调频面临的挑战与展望

频率稳定是未来新型电力系统运行的最关键要求之一。中国的能源禀赋决定了燃煤火电机组是最核心、最可靠的一次调频资源。然而,燃煤火电已开始出现一次调频能力不足的趋势。为了满足当前和长远发展的需要,文中综述了燃煤火电在一次调频领域所面临的挑战、研究现状和关键科学问题。首先,总结了新型电力系统发展背景下火电一次调频的4个重要趋势,分析了下一步调频在电网和火电厂运行中的不足,提炼出提高一次调频能力和快速准确模拟调频的关键挑战。其次,从电网和火电厂运行的双向视角,综述了调频能力提升和调频动态仿真的研究现状和存在的问题。最后,结合上述挑战和瓶颈,展望了未来新型电力系统火电一次调频的关键技术问题。

面向阿尔茨海默病的多模态多尺度脑生物力学

目的阿尔茨海默病(AD)是最常见的神经退行性疾病,随着社会老龄化程度的加深,给社会和个人造成沉重负担。当前针对AD的诊断和评估主要采用对脑脊液中Aβ蛋白开展穿刺化验,或用注射核素采用PET成像方法对葡萄糖代谢或特异蛋白开展检测,尚缺乏无创简便的早期诊断和随访方法。研究表明,脑组织生物力学特性变化与退行性疾病密切相关。在不同尺度下采用生物力学理论和方法对AD的进展开展相关机制和表征开展研究,有助于AD早期诊断和治疗。方法在组织层面,采用磁共振弹性成像(MRE)技术对早期认知障(MCI)碍患者的脑生物力学特性开展在体测量,分析组织黏弹力学特性及其全脑分布的网络特征对MCI的诊断效能。在微观细胞层面,对Aβ蛋白影响下,采用原子力显微镜(AFM)对神经元细胞的力学特性变化开展测量,并基于显微成像的细胞骨架特征开展细胞力学建模,并针对Aβ蛋白诱导的力学变化开展机制分析。结果脑组织剪切模量在老年组显著下降,且MCI患者的脑组织弹性模量对比健康老年人也具有显著下降特征。全脑弹性模量的分布呈现小世界属性,对比健康对照其图网络结构在MCI患者中具有显著变化。神经元细胞在Aβ蛋白诱导下也呈现出软化特征,其细胞骨架结构也呈现空间分布的差异。神经元细胞的力学模型分析表明Aβ蛋白诱导的骨架变化是其总体力学特性变化的重要原因。结论生物力学特性在宏观和微观尺度下可以作为AD的生物标记,并揭示其发生机制。

力学与数理融合——浅谈相似性解方法

基于教学实践,针对半无穷大空间Stokes第一问题,讨论了相似性解方法与微分代数领域之间的联系。阐明了初边值条件与微分方程的李群无穷小对称性相容是相似性解存在的必要条件,并首次给出了相似性解方法能使偏微分方程化为常微分方程的严格证明。本文旨在展现热-流科学相关课程引入现代数理观点的必要性,引导学生关注各类近似方法背后的物理思想,提升学生把握核心物理图像、构建合理数学语言和建模求解具体问题的能力。

大型柔性空间结构热-动力学耦合系统的非线性有限元分析

针对在轨航天器柔性附件的热-动力学耦合系统,发展了一种基于更新Lagrange格式的非线性有限元分析方法。构造了一种一维温度杆单元,该单元通过增加节点自由度数能够同时得到薄壁杆件横截面的平均温度和沿杆截面周向的温差,这些温度直接产生相应的热轴力、热弯矩和热双力矩。利用Rodrigues公式得到薄壁梁在大转动情况下的坐标转换矩阵,并推导了非线性动力学方程。进一步考虑结构变形和热流入射角的相互影响后,就得到了高度非线性的热-动力学耦合有限元方程。首先用标准考题验证了该方法的正确性,然后利用该方法对哈勃太空望远镜太阳翼的热诱发弯扭耦合振动问题进行了分析,给出了可能导致其失效的模式。

含间隙的变拓扑多体系统动力学建模分析

分析了含间隙多体系统的变拓扑结构特性 ,引入了基本约束和变结构约束概念。在动力学建模中将系统拓扑结构的变化表示为含间隙处约束关系的变化 ,即变结构约束的增加与删除 ,给出了拓扑结构切换点的识别方程 ,建立了含间隙多体系统动力学的广义模型。对典型含间隙系统进行了仿真研究 。

《材料力学》多媒体仿真教学实验系统

为解决当前材料力学实验教学的困境,本文从依靠计算机辅助教学这一教学手段出发,探索并开发出一个基于模拟仿真的材料力学实验教学系统,并介绍了它的设计思路和该系统的特点.

导热系数的分子动力学模拟研究及相关问题的探讨

对于采用分子动力学方法研究导热系数的背景、研究现状及存在的问题进行了综述和分析。总结了通过分子动力学模拟方法求得导热系数的物理模型和基本算法。讨论了目前在微尺度导热问题的研究中引入分子动力学模拟方法需要考察的影响因素和几个重要问题。

边坡工程与固体力学

本文综述了近年来边坡治理工程的主要内容及其进展．对固体力学中直接与边坡工程紧密相联的以下几个研究方向的现状及前景作了介绍与展望，其中主要包括：本构模型的试验与理论研究；结构的变形与稳定研究；材料参数位移反分析等．

基于柔性多体动力学的瓦楞成型系统建模与仿真研究

针对某型号瓦楞机的瓦楞成型系统,基于自主研发的多体动力学求解程序,建立其刚柔耦合动力学模型。其中张力辊、瓦楞辊等主要支撑辊简化为刚体模型;传送带由36自由度绝对节点坐标四边形壳单元划分网格,并考虑其树脂材料的正交各向异性特征;此外,传送带与支撑辊之间的接触采用赫兹碰撞模型和点-面检测方法描述。利用该模型,计算了传送带的偏心位移,传送带表层应力场等动响应。仿真表明:基于绝对节点坐标法建立的瓦楞成型系统的多体动力学模型,可为瓦楞机传送带的动力学行为和控制研究提供一种新的分析方法。

基于绝对坐标的实体单元在多体系统动力学中的应用

为研究具有复杂几何外形的柔性多体系统的动态应力响应或大变形运动,需提供一种能描述复杂几何外形并支持大变形的柔性体建模方法。利用完全非线性有限元方法,在多体系统框架下,开发包括线性和二次插值两种类型的四面体、五面体和六面体6种三维大变形实体单元,为准确描述多体系统中实体柔性体的大变形和任意的刚体运动提供一种建模方法。同时通过引进虚刚体建立实体单元和刚体的约束,利用赫兹理论处理实体单元和刚体之间的碰撞问题,将实体单元与多体系统有机结合在一起。最后通过数值算例验证了实体单元在多体系统动力学中的应用可行性和有效性。

甲烷凝结系数的分子动力学研究

对甲烷的蒸发与凝结过程进行了分子动力学模拟，采用特征时间法统计获得了甲烷在不同温度条件下的凝结系数，并与氩的凝结系数进行了比较。结果表明，甲烷与氩的凝结系数都随温度增加而减小，但温度对甲烷凝结系数的影响小于对氩凝结系数的影响，其差异可以用蒸发与凝结的过渡态理论进行解释。

煤焦还原气化反应动力学参数与煤种的通用关系

在分析前人在煤焦还原反应气化动力学参数与煤种之间无规律的原因的基础上 ,提出一个煤焦还原反应气化动力学参数与煤种之间的通用关系式。实验检验表明 ,此通用关系式合理 。

旋转充液系统全飞行过程非线性动力学仿真

本文考虑一类刚液耦合的旋转充液系统的飞行动力学问题 ,在依据力学变分原理给出基本方程 ,导出全飞行过程运动状态方程的基础上 ,建立了相应的仿真模型。可以通过对 Navier- Stokes方程求解和液体流动的惯性波振动特性 ,给出液体的反作用力矩。经过仿真实验 ,分析角运动的时间序列 。

微电子机械系统的几个力学问题

讨论微电子机械系统 (MEMS)的三个力学问题 :( 1)微系统界面区域的力学性质。 ( 2 )薄膜—基底结构界面的裂纹扩展。 ( 3)微机械的弹塑性—粘着接触力学。文中在简述了研究现状后 ,简要地报导了作者及其合作者对上述三个问题的研究结果。