太阳风中动力论Alfven波的湍流谱（a）朗道衰减

提出一个太阳风中Ａｌｆｖｅｎ脉动湍流的新模式，动力论Ａｌｆｖｅｎ波是Ａｌｆｖｅｎ波和离子声波非解耦的新波模．由太阳向外传播的各种波长的动力Ａｌｆｖｅｎ波的非线性相互作用推导出动力论Ａｌｆｖｅｎ脉动湍流功率谱Ｐｋ，在Ａｌｆｖｅｎ半径以外，Ｐｋ∝ｋ－３／２，而在Ａｌｆｖｅｎ半径以内，由太阳附近的Ｐｋ∝ｋ－１变化成Ｐｋ∝ｋ－３／２动力论Ａｌｆｖｅｎ脉动在Ａｌｆｖｅｎ半径以内完成朗道衰减．新模式克服了以前理论模式遇到的困难．

二阶Stokes波作用下多孔弹性海床动力响应解析解

基于二阶Stokes波理论,研究了非线性海洋波作用下多孔弹性海床的动力响应问题。利用Biot固结理论以及Verruijt储存方程,在笛卡尔坐标下建立了海床的控制方程。通过将海洋波函数拓展到复数域,采用严格的数学推导求得了海床动力响应的解析解,并将该解与既有解进行对比验证。最后分析了波浪和海床特征参数对海床有效应力、剪切应力和孔压分布的影响,结果表明波浪和海床的参数对海床动力响应具有显著的影响。其中波浪周期和水深对二阶Stokes波的二阶项有较大影响,渗透系数和剪切模量则分别影响海床动力响应的变化速率和幅值。

风对波状涌潮海塘越浪水动力特性影响的数值研究

文章基于二维不可压缩两相流数值模型,首先通过对比数值计算结果与试验数据,验证了该两相流涌潮计算模型模拟波状涌潮与海塘相互作用的可靠性;然后通过设置合理的计算工况,系统分析了风速、涌潮高度、潮前水深和斜坡坡度对波状涌潮在海塘上的越浪水动力特性的影响。计算结果表明:向岸风速会显著影响波状涌潮的海塘越浪量,风速越大,涌潮的越浪量越大,且挡浪墙所受荷载也越大;随着涌潮高度和潮前水深的增大,涌潮越浪量和挡浪墙所受涌潮荷载也随之增大;当增大海塘斜坡坡度时,涌潮越浪量和挡浪墙所受涌潮荷载均呈现先增大后减小的趋势。

内孤立波作用下缓波形立管动力特性研究

我国南海活跃着大量内孤立波,严重威胁海洋工程作业的安全。本文采用向量式有限元方法分析内孤立波作用下深海缓波形钢悬链立管动力特性,建立考虑触地段土反力和内孤立波载荷的缓波形钢悬链立管动力模型,根据mKdV方程求解内孤立波载荷,基于向量式有限元梁单元编制Fortran计算程序。分析不同入射角内孤立波作用下立管的位移极值、张力及弯矩变化趋势,并比较缓波形立管与简单钢悬链立管在内孤立波作用下的动力特性。结果表明:内孤立波作用下,缓波形钢悬链立管会有较大的位移响应,特别是顶部悬垂段会有较大的水平位移;缓波形立管比简单钢悬链立管有更显著的张力变化幅值,有更加复杂的弯矩变化趋势。

长持时爆炸冲击波作用下钢梁动力响应分析

大规模爆炸时引起的长持时平面爆炸波会造成结构的整体破坏,与接触爆炸或近场爆炸的破坏模式有显著差异,但相关研究不多。为研究长持时冲击波作用下钢梁的动力响应,首先基于耦合欧拉-拉格朗日方法建立了大型数值激波管模型,然后采用该数值激波管得到作用在钢梁上的反射超压时程,最后通过显式动力学方法研究了冲击波入射方向、持时、超压等参数对钢梁破坏模式的影响规律。结果表明:本文提出的数值激波管模型能较好地模拟长持时爆炸波的绕射现象,可得到可靠的反射超压和冲量时程;随着冲击波入射角度的增加,简支钢梁跨中位移增大;冲击波超压峰值相同时,随着持时的增加,简支梁跨中的最大位移有增大的趋势,最大位移的增长速率则会变缓;简支钢梁在长持时爆炸冲击波作用下容易发生受弯破坏,梁跨中翼缘板会出现局部屈曲现象。

不同应力波形下饱水红砂岩动力学特性

应力波幅值及能量耗散时空演化规律在冲击地压等煤岩动力灾害防治工作中往往被忽略,为研究冲击脉冲波形状对岩石的动力学特性影响,利用分离式霍普金森杆实验系统(SHPB),采用多种长度和纺锤形撞击杆(子弹)对干燥和饱和水红砂岩进行不同应变率下的动态压缩实验。结果表明:应力波持续时间对岩石的应变率和动态强度产生显著影响,当撞击杆长度大于300 mm时,应变率-时程曲线产生“双峰”现象,岩石动态强度与持续时间呈线性关系;当应变率小于300 s^(-1)时,透射能随应变率增大而增加,当应变率大于300 s^(-1),撞击杆长度大于300 mm时,岩石的透射能力随应变率变大而降低;能耗率拟合曲线随应变率增大表现为先增大后降低趋势。

浅水波方程模型与奇非线性行波方程解的动力学行为及精确的参数表示:动力系统方法

首先,介绍在重力作用下,无旋、无黏性和不可压缩的流体的表面波传播的一维(或两维单向)浅水波运动的各种不同模型(PDE),这些模型对应的行波系统一般是奇平面动力系统.其次,用著名的广义Camassa-Holm方程作为例子,通过对应的行波系统的精确解来研究该方程的尖孤子、周期尖波、伪尖孤子、伪周期尖波及有界破缺波解的存在性.第三,应用动力系统分支理论和奇摄动几何理论相结合的方法,建立了奇非线性行波方程研究的理论和方法,介绍奇非线性行波动力学行为的2个主要定理,完整地解决了波的光滑性与非光滑性、完整性和破缺性的判定问题.第四,介绍当伴随正则系统直线解上的奇点是结点时,如何用相轨道识别对应的波形,并研究一个非线性水波方程,获得该系统的各型光滑的孤立波和周期波在不同参数条件下的存在性和精确的参数表示.

让教书治学成为人生“动力波”——欧阳友权谈治学

教书治学不仅是一种职业选择,也成为欧阳友权人生的“动力波”。回顾自己的治学经历,有三个因素对欧阳友权影响最大:一是平生三个集中阅读期,即农村知青时的无选择阅读、考上大学后的文学阅读和研究生阶段的理论阅读,它们为其教书治学打下了知识和理论基础。二是做学问要学会“选井位,打深井”,前者让他找到精准的研究方向,后者则需要围绕选定的目标持之以恒地努力。三是玉汝于成应该把握的三个“秘窍”,包括个人兴趣与事业追求相一致;团队协作,凝心聚力;保持健康的生活习惯和工作方式等,正是它们助推其在教书治学的道路上不断进取并有所作为。

基于光滑粒子流体动力学的波浪中航行体入水数值模拟

航行体在波浪条件下高速入水的运动响应和载荷特性是其研发设计过程中需要重点考虑的问题,为了对该问题进行精准预测,采用无网格光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法,提出了一种新型周期性波浪边界技术,利用四元数法计算物体六自由度运动,建立了波浪条件下入水模拟的数值水池。通过对静水中方块体垂直落水和航行体倾斜入水运动轨迹和冲击载荷的模拟,对比于实验参考结果,验证了数值模型的计算精度。随后,在SPH数值波浪水池中对航行体在不同波浪相位角下的高速入水过程开展研究,结果表明航行体弹道稳定性受到波浪相位角影响显著,0°相位角入水时弹道最为稳定。该新型SPH数值水池能够实现航行体波浪中入水过程的精确预报。

宽频式钢轨动力吸振器对波磨的影响分析

为了解决某地铁钢弹簧浮置板轨道曲线段钢轨波磨问题,首先对钢轨波磨进行了现场测试,其次依据波磨特征进行宽频式钢轨动力吸振器(wide-frequency tuned mass damper,WTMD)的精准调频和研制。然后将WTMD的质量、刚度和阻尼等参数输入到建立的车辆-WTMD-钢弹簧浮置板耦合动力学模型。模型中浮置板和基础考虑为柔性体,轮轨接触采用多点非赫兹接触的Kik-Piotrowski模型求解。以美国5级谱叠加现场实测的波磨不平顺谱作为激励,运用有限元软件ANSYS和多体动力学仿真软件UM进行联合耦合动力学分析,逐次迭代优化WTMD参数。同时,将有无WTMD的仿真分析得到的钢轨振动加速度和现场实测数据进行对比,研究了WTMD对钢轨振动的影响。最后进行了有无WTMD的钢轨振动总振级、钢轨振动衰减率和3次波磨跟踪测试,研究了WTMD对钢轨振动、钢轨振动衰减率和波磨发展的影响。研究表明:设计的WTMD前3阶振动主频分别为518、700、759 Hz,与车辆通过波磨频率(520~830 Hz)一致;仿真和实测的钢轨振动加速度数据吻合较好,安装WTMD后钢轨振动加速度均方根值由200 g降低为20 g,减振效果为8.1 dB;WTMD可以提高钢轨的垂向和横向振动衰减率,抑制钢轨的垂向和横向pinned-pinned共振;3次波磨跟踪测试发现,WTMD安装后,钢轨波磨发展缓慢,无肉眼可见的波磨。通过以上的仿真和试验都验证了WTMD可以有效地抑制钢轨波磨。

不同波形加载下[100]单晶铝层裂破坏的分子动力学模拟研究

采用分子动力学方法模拟了[100]单晶铝在等冲量斜波和方波作用下的形变和层裂行为,分析了加载波形与层裂行为之间的相关性。研究表明,脉冲形状与热力学路径的协同作用影响了材料层裂。不同加载波形下单晶铝层裂强度的差异并非受缺陷主导的非均匀孔洞形核影响,而是由不同热力学路径下温升的差异决定。例如:当最大加载速度为3.00 km/s时,单晶铝均经历均匀层裂,但斜波加载下铝的层裂强度较方波加载时提升56.6%。斜波加载会产生逐渐增强的压缩波,使单晶铝产生相比于冲击加载更轻度的损伤。这一现象随着加载速度的提高而变得更加显著。

内孤立波作用下新概念人工海床水动力载荷及流场特性研究

新概念人工海床能够有效提升海上油气开发装备对强风、巨浪和表面强流等海面灾害性海洋环境要素的适应性,但内波产生的巨大冲击载荷是影响人工海床作业安全的关键因素。本文研究内孤立波作用下新概念人工海床水动力载荷及流场特性问题。首先,以eKdV方程为理论模型,采用速度入口造波方法,建立三维内孤立波数值水槽,实现内孤立波的数值造波;在此基础上,对数值造波的波形与理论波形和试验波形进行对比,验证数值方法的有效性;最后,计算内孤立波作用于人工海床的水动力载荷,详细研究不同内孤立波振幅下人工海床的受力特性,分析人工海床周围的速度场和涡量场。研究结果表明:随着内孤立波振幅的增加,人工海床所受的拖曳力、垂向力和升力均逐渐增加,且拖曳力和垂向力远大于升力;当内孤立波经过人工海床时,人工海床周围的流体质点速度增大,涡强度增大。本研究可为大型水下工程结构物的内孤立波载荷预报及流场特性分析提供一种有效的数值计算方法。

量子力学之波动力学(上)

量子力学之波动力学形式是由奥地利人薛定谔构造的(瑞士苏黎世,1926),其思想基础包括物质波理论、理想气-体(Gaskörper)量子化以及矩阵理论,波函数的概率幅诠释则归于德国人玻恩(德国哥廷恩,1926)。薛定谔创立波动力学的论文分四部分共140页,其题目“Quantisierung als Eigenwertproblem”(量子化作为本征值问题)内藏玄机,不仅可见其与线的代数和矩阵(力学)的关系,自其引出希尔伯特空间、能带理论以及光子晶体等概念也在情理之中。波动力学求解稳态问题时将量子力学退化为经典的数学物理方程问题,这也是它迅速被接受的原因。不妨说,波动力学是滤掉了量子思想的量子力学。薛定谔的论文问世后,玻恩、约当、狄拉克、泡利、冯·诺伊曼和福克等人迅速跟进发展了波动力学。

地震P波倾斜入射下单面坡动力响应分析

地震诱发滑坡分布呈现“背坡面”效应的特点,表明地震波入射方向对边坡动力响应及失稳有巨大的影响,然而斜入射下边坡动力响应研究尚不充分.本文基于时域弹性波理论和黏弹性人工边界条件,利用FLAC3D内嵌的Fish语言编程实现了P波倾斜入射.通过对比算例与理论解,验证了P波倾斜入射方法的准确性.研究了简谐波、加窗简谐波及天然地震波对单面坡激发的动力响应,并以加窗简谐波为例探索了输入波频率与入射角影响下单面坡(坡高90 m)的动力响应特征.计算结果表明:由于输入波首尾速度非零的冲击效应,简谐波作用下坡肩位置波首与波尾段峰值加速度值超过中间稳定段的1倍以上.简谐波和加窗简谐波在坡表相同部位产生的加速度响应要强于天然地震波.加窗简谐波20°入射下,坡体水平向加速度分布随输入波频率变化较竖直向的显著;当输入波频率为10 Hz时,坡肩位置峰值加速度出现最大值,约为输入波幅值的3.33倍,此时边坡高度与边坡动力响应垂向放大的临界高度一致.频率为2.5 Hz的加窗简谐波在不同入射角下,边坡竖直向加速度分布的变化高于水平向;当入射角为60°时,坡肩位置峰值加速度出现最大值,约为输入波幅值的3.12倍.研究表明垂直入射时会低估地震波对边坡动力扰动的影响.

基于P波斜入射海相软土区螺旋桩动力响应分析

在地震频发地区,越来越多建筑使用螺旋桩作为基础,此桩型具有良好的抗震能力。通过建立三维有限元模型,基于黏弹性人工边界,把地震作用等效为边界结点上的作用力。该研究考虑动静边界转换的影响,最后建立了具有黏弹性边界的螺旋桩-土体三维模型。探讨了处于海相软土场地下,不同种类地震波、地震强度、入射角度和螺旋叶片个数对螺旋桩轴力、弯矩和动力p-y曲线的影响。结果表明,相比较于弯矩,入射角度对轴力和动力p-y曲线的影响较大。除此之外,地震强度对弯矩的影响较大,而地震波频率和螺旋叶片个数对其影响较小。不同地面峰值加速度(0.05g,0.10g,0.30g)时,随着入射角度的改变,螺旋桩受到最大和最小弯矩的差值从144.1 N·m增加到了891 N·m。通过该研究结论,不仅可以得出软土场地下螺旋桩-土体的相互作用关系,也能为螺旋桩抗震设计提供依据。

两种波形分析模型与术中患者血流动力学变化的相关性

目的储存压力波模型巧妙地将动脉系统的功能分为导管功能和储集功能,从而引入更多变量以解释血流动力学的变化。本研究旨在对比储存压力波模型与“金标准”波分离模型在反映患者血流动力学变化的优劣,探究储存压力波模型是否比其他同类型波形分析技术更具价值。方法选取30例进行全身麻醉膝关节置换手术的患者,围绕患者因术中干预而产生血流动力学变化的时间节点,进行动脉压力波形采集,对信号进行预处理后使用上述两种波形分析模型进行分析,引入储存波上升斜率(P_(r)/t_(r))、储波幅值与脉压比值(P_(r)/P_(P))、储存波波峰在心动周期的位置(t_(r)/T)、反向波上升斜率(P_(b)/t_(b))等波形特征参量。使用配对样本t检验对诱导前后和给药前后的生命体征参数、波形参量分别进行比较,并对术中5个时间点的波形参量变化与生命体征参数变化进行Spearman相关性分析。结果诱导前后和给药前后的生命体征参数、波形特征参量的变化具有较高的统计学显著性。波分离模型中仅有P_(b)/t_(b)与心输出量(cardiac output,CO)呈负相关(r=-0.312,P<0.05),其他参量均与术中生命体征参数相关性不高。而储存压力波模型的波形参量中P_(r)/t_(r)与CO、静脉-动脉二氧化碳分压(Pcv-aCO_(2))相关系数分别为-0.766、0.616(P<0.01),t_(r)/T与CO相关系数为0.483(P<0.01)。储存压力波模型特征参量与生命体征参数的相关更加密切。结论储存压力波模型在反映高血压患者血流动力学变化中,比同类型的波形分析技术更具价值。

空气波压力疗法对脑卒中偏瘫患者患侧下肢深静脉血流动力学的影响

目的观察空气波压力疗法对脑卒中偏瘫患者患侧下肢深静脉血流动力学的影响。方法回顾性选取2022年4月至2023年3月中国医科大学附属第一医院收治的90例脑卒中偏瘫患者,按治疗方案不同分为观察组与对照组,各45例。观察组予以常规治疗+空气波压力疗法,对照组予以常规治疗。两组均治疗4周后,比较两组患者患侧下肢深静脉血流动力学指标、下肢周径、凝血功能指标[纤维蛋白原(FIB)、凝血酶原时间(PT)、D-二聚体(D-D)]、下肢深静脉血栓(DVT)发生率。结果治疗后,观察组患者股静脉血流速、股静脉血流量分别为(26.12±2.25)、(15.32±0.42)cm/s,均明显高于对照组[(20.08±2.16)、(11.08±0.41)cm/s],反流时间为(0.33±0.08)s,明显短于对照组[(0.45±0.09)s],差异均有统计学意义(P<0.05)。治疗后,观察组髌骨上缘10 cm处、胫骨粗隆下侧10 cm处周径分别为(45.17±0.62)、(32.16±0.58)cm,显著均低于对照组[(50.39±0.59)、(34.78±0.56)cm],差异均有统计学意义(P<0.05)。治疗后,观察组FIB、D-D水平分别为(2.43±0.73)g/L、(0.53±0.15)μg/mL,均明显低于对照组[(2.43±0.73)g/L、(0.53±0.15)μg/mL],PT为(14.02±1.41)s,明显长于对照组[(12.33±1.35)s],差异均有统计学意义(P<0.05)。观察组患者下肢DVT发生率为2.22%,明显高于对照组(17.78%),差异有统计学意义(P<0.05)。结论对脑卒中偏瘫患者在常规抗凝治疗基础上结合空气波压力疗法治疗可改善患侧下肢深静脉血流动力学和凝血指标,有助于缩小患侧下肢周径,并可减少下肢DVT发生。

基于双向流固耦合的倒虹吸管道水击压力波与拱式桥架组合结构动力响应分析

在大跨度倒虹吸管道中有压闸阀关闭时通常伴随着水击现象,当水击发生时,流体与固体的耦合作用同时存在。为研究发生水击时,不同关阀时间下的压力波与考虑耦合作用时结构的动力响应情况,以大跨度倒虹吸管道与拱式桥架结构为研究对象,进行整体水力计算,基于流固耦合分析理论,将整体水力模型计算得到的水击压力波作为流体部分加载条件,在workbench平台上进行双向流固耦合分析求解桥架结构的位移、内力及应力动力响应结果。结果表明:不同关阀时间工况下,水击压力波曲线的变化趋势大致相同,结构各监测点的位移时程曲线同水击压力波曲线规律基本吻合;阀门匀速关闭时,增加闸阀的关闭时间可以作为降低倒虹吸管道水击压强的有效措施;水击力对桥架管道的影响最大,盖梁次之,拱圈最小,结构以发生顺桥向动力响应为主。

基于PSO优化小波神经网络的无人机动力系统故障诊断模型

针对传统小波神经网络对无人机动力系统的故障信号降噪和识别能力差以及网络收敛速度慢、训练精度不高的问题,构建了基于改进粒子群算法(PSO)优化小波神经网络的无人机动力系统故障诊断模型。该模型运用软、硬阈值函数组合改进的新阈值函数和改进PSO优化小波神经网络的方式,克服重构信号不连续或严重失真的问题,优化了小波神经网络初始权值和阈值,使模型能够实现快速、准确分析和识别故障类型,具有较好的故障预测和诊断能力。本文中通过对比不同阈值函数的降噪能力和PSO、GA、ACO对小波神经网络的改进效果,比较BP神经网络、传统小波神经网络、PSO优化小波神经网络的故障诊断预测效果,验证了本文中构建的PSO优化小波神经网络故障诊断模型远优于其他对比模型,具有故障识别和降噪能力强、收敛速度快、训练精度高的优点,在无人机动力系统的故障诊断领域,具有较好的可行性和有效性。

卷破波冲击新型桩板桥梁结构水动力特性试验研究

依托福建省滨海国道涉海浅滩段新型桩板桥梁结构工程,通过波浪水槽开展卷破波冲击桩板桥梁结构水动力特性试验,研究了三个阶段卷破波冲击作用下波浪爬高和桩板桥梁结构所受波浪力水动力特征,并与规则波冲击作用试验结果进行对比,分析了入射波高、波浪周期、水深对波浪爬高和波浪力的影响规律。结果表明:三个阶段卷破波冲击新型桩板桥梁结构的水动力特性显著不同,破碎前阶段和破碎中阶段卷破波会出现明显的波浪爬高现象,破碎前阶段卷破波爬高后的波面高程可达规则波的1.99倍;破碎前阶段的水平波浪力最强,是同阶段竖向波浪力幅值的4.48倍,可达规则波水平波浪力的3.08倍。波浪特征参数和水深对三个阶段卷破波冲击水动力特性影响显著,入射波高和水深的增加会使破碎中阶段卷破波的波面高程和竖向波浪力超过其他阶段;波浪周期的增加会使破碎后阶段卷破波冲击前波面高程和破碎前阶段的竖向波浪力超过破碎中阶段卷破波。