概要:振动的管道中的流固耦合现象来源于作用于松散弯管头上的不平衡压力. 这一现象在理论研究和实际工程应用中均引起了广泛的关注. 本文回顾了16个实验室所开展的基于充液单弯管(L 形管)系统的流固耦合实验. 附录A和B分别概述了八个频域实验和八个时域实验. 几乎所有的实验都旨在研究充液管道系统中的流固耦合作用以及移动弯头对系统动力学行为的影响. 本文的历史回顾对表征流固耦合作用的实验具有指导意义.

关键词组：流固耦合; 实验室实验; 肘形弯管; 肘管弯头; 弹性流体

目的:p乘子法在水平受荷群桩非线性静力响应分析中应用广泛,是定量表征水平受荷群桩中群桩效应影响的有效方法. 本文基于水平偏心受荷群桩中群桩效应的理论、实验和数值分析成果,提出一套定量表征水平偏心受荷群桩群桩效应的p乘子经验算法(为区别于水平受荷群桩p乘子,该p乘子被命名为广义p乘子).
创新点:1. 提出表征水平偏心受荷群桩群桩效应的p乘子经验算法; 2. 分析水平偏心受荷群桩中任意两桩的运动规律,给出两桩运动方向角变化范围; 3. 给出两桩间产生桩-土-桩相互作用的临界条件.
方法:1. 通过理论分析给出两桩运动方向角变化范围和两桩间产生桩-土-桩相互作用的临界条件; 2. 利用离心模型实验和数值模拟获得折减系数随两桩运动方向的变化规律; 3. 采用数值拟合方法在相互作用存在的方向角范围内建立折减系数随两桩运动方向与两桩连线夹角之间的定量关系.
结论:1. 水平偏心受荷的两根桩,前桩运动方向与两桩连线之间的夹角η介于0°到90°之间,而后桩夹角θ介于−90°到90°之间; 2. η和θ组合存在一个范围,在该范围内两桩存在相互作用,且相互作用对后桩的影响往往大于对前桩的影响; 3. 实验案例验证了本文提出的广义p乘子经验计算公式的合理性.

关键词组：水平偏心; 群桩效应; 广义p乘子; 折减系数; 离心实验

目的:1. 通过全面的实验研究考察阻尼在流固耦合(FSI)问题中的影响作用; 2. 提出一套光滑粒子流体动力学(SPH)和有限元方法(FEM)相结合的耦合算法,并对流固耦合系统进行数值模拟.
创新点:1. 通过一系列实验研究惯性驱动问题中阻尼的影响并使用本文提出的数值方法进行验证; 2. 该数值方法能够在不解耦的情况下对完整系统进行求解.
方法:1. 构建数值模型模拟流体和弹性结构之间的强烈相互作用; 2. 利用SPH和FEM对流体和结构分别进行模型化; 3. 采用接触力学对系统中的流固耦合机理进行建模.
结论:1. 基于SPH-FEM耦合的FSI模型可成功模拟自由液面形状、橡胶板的位移以及容器壁上的压强; 2. 模拟结果显示,在连续相互作用的惯性驱动问题中阻尼并不是必要的考虑因素.

关键词组：阻尼; 流固耦合; 光滑粒子流体动力学; 接触力学; 溃坝问题

目的:结构在使用过程中,其性能往往发生劣化而导致其安全性能(可靠度)不断降低. 本文旨在探讨结构在连续退化和冲击荷载共同作用下,其可靠度随时间的变化情况. 此外,研究结构的最佳维修策略,使其在满足可靠度约束条件的同时,将平均费用降到最低.
创新点:1. 在连续退化和冲击荷载的共同影响下,建立结构时变可靠度计算模型. 2. 在前述可靠度分析的基础上,建立基于状态维修的非周期检测模型; 基于剩余使用寿命检测策略,确定检测时间,并确定系统的最优维护策略,旨在将平均维护成本率降至最低. 3. 针对无限时间域和有限时间域,分别确定对应的最佳维修策略.
方法:1. 通过理论推导,构建结构时变可靠度计算公式(公式(13)),分析各参数与可靠度之间的变化关系(图4). 2. 通过仿真模拟,运用蒙特卡洛法确定结构在使用过程中的最佳维修策略(图5和6).
结论:1. 与仅考虑连续退化的情况相比,随机冲击荷载的存在,使得系统的可靠度降低,更容易发生失效. 2. 冲击载荷的存在,对最佳维修策略具有显著影响. 3. 有限时间域的最优解与无限时间域的最优解之间存在很大的不同,因此,有必要对这两种情况分别进行研究.

关键词组：软失效; 硬失效; 剩余寿命; 可靠度; 维修; 成本率; 有限时域

目的:1. 通过分析Riga板的抽吸效应来控制流体运动和减少摩擦力和压力阻力; 2. 利用磁场的速度滑移效应来控制流体的流速; 3. 基于辐射原理控制热传导并减小阻力.
创新点:1. 本研究可应用于核电厂、飞机、潜艇以及卫星等设施中推进装置的设计; 2. 本研究可用于防止边界层分离以减少湍流的产生.
方法:1. 构建基于偏微分方程的数理模型; 2. 利用相似变换法将偏微分方程简化为常微分方程; 3. 利用Matlab内置求解器bvp4c对常微分方程组进行数值求解; 4. 基于求解结果讨论稳定性.
结论:1. 对于拉伸/收缩两种情形的Riga板问题都存在对偶解; 2. 数值求解结果显示表面摩擦系数和表面传热率均会随着吸力的增大而增大,而随拉伸/收缩参数λ的增大而减小; 3. 上支解的努塞尔数增大而下支解减小; 4. 辐射会提高边界层内的温度,而增强滑移效应则会提高流速同时降低边界层温度; 5. 只有上支解是长期稳定的.

关键词组：Riga板; 驻点流动; 热传导; 收缩薄片; 对偶解

目的:本文将改进残余谐波平衡方法用于求解有扰动项的耦合可积非色散方程,并简化取得破解方案的过程.
创新点:1. 在取得每一阶段破解方案的过程中, 只需处理一条非线性代数方程式及一组线性代数方程式; 2. 能找出旧方法不能找出的非线性答案.
方法:1. 使用理论推导、方程式替换及残余谐波平衡方法; 2. 通过仿真模拟,推导震动位移与频率之间的关系(图1)以及位移与速度之间的关系 (图2).
结论:1. 成功将改进残余谐波平衡方法应用于有扰动项的耦合可积非色散方程; 2. 通过与其他方法产生的数据进行比较,验证了所提方法的可行性和有效性(表1-3).

关键词组：大幅自主震动; 残余谐波平衡; 有扰动项的耦合可积非色散方程

目的:如今新兴的智能化时代比以往任何时候都更需要性能优越的材料和结构来设计更灵活、更主动、更自动化的机器和系统,以应对越来越复杂的环境. 本实验室力图探求智能材料与结构在实验或计算中观测到的力学现象(如自由振动、波传播以及结构失稳等)或是多场耦合行为背后的机理,从而为先进功能设备、机械以及机器人的创新发展提供参考. 最终,开发具有卓越性能的新型智能多功能器件,以满足各种实验室、工业甚至社会应用的特殊或一般要求.
研究点:1. 智能结构的振动与失稳分析; 2. 软材料的设计与制备; 3. 声子晶体和超材料中弹性波的调控; 4. 智能材料和结构中的多场耦合行为分析; 5. 压电、多铁性以及压电电子学器件的研发; 6. 多轴力/力矩智能传感器的设计.
展望:虽然对智能材料和结构的研究已有近40年的历史,且其在许多现代技术和工程领域中已有了成功的应用,但是即将到来的智能化时代对"智能力学"的需求将是无穷无尽的. 如果说传感器和驱动器是智能化时代的基础,那么智能材料和结构就是这些基本设备的核心. 新型多功能材料的开发显然为智能材料和结构力学带来了新的生机和活力. 此外,拓扑物理学等新的科学概念也将为智能材料和结构的研究开辟新的方向. 本实验室将继续为基础科学、技术发展以及智能材料和结构的实际应用做出贡献.

关键词组：智能材料和结构力学; 多场耦合; 智能器件; 智能力学