摘要:基于细观力学给出了1个颗粒材料的修正的微形态连续体模型。在该模型中，考虑了颗粒的平动和转动，且对颗粒间的相对运动进行分解，认为颗粒的细观真实运动（包括平动和转动）是由细观平均运动与1个表征相对于平均运动的波动组成。对微曲率进行对称修正，推导得到了与对称应变张量共轭的对称柯西应力张量，与对称微曲率张量共轭的对称偶应力张量，以及与非对称相对应变张量（微曲率张量）共轭的非对称相对应力张量（偶应力张量）。基于运动分解与对称修正，最终得到了1个颗粒材料的1阶微形态宏观本构关系。宏观本构关系包括应力-应变关系，偶应力-微曲率关系，以及相对应力（偶应力）-相对应变（微曲率）关系。宏观本构模量通过表征细观信息的接触刚度、内部长度参数等识别。

摘要:坡面水位下降会在土坡内部产生渗流，同时也会提升土体强度和有效应力水平，前者对土坡安全不利，而后者对土坡安全有利。在分析非饱和土质边坡稳定问题时，须同时考虑瞬态渗流和土体强度变化。这两个因素共同受到土体渗透系数、坡面水位降幅与水位降速的影响。有限元分析表明，土坡的瞬时安全系数在坡面降水位过程中呈先下降后上升的趋势。土坡的最危险状态出现在水位下降前期。水位下降速度越大，土坡最危险状态出现的时间越早，安全系数也越低，这一特点在渗透性差的土坡中尤为显著。渗透性差的土坡其最危险状态安全系数较小，恢复至初始安全系数时所需的时间也较长。根据土体的渗透性选择合理的水位降速区间可避免土坡的稳定性出现过大削弱。

摘要:对飞机水上迫降数值分析而言，结构与流体耦合作用方式是水上迫降研究的核心问题，在一定程度上决定了数值分析的成败。一种基于结构化任意拉格朗日-欧拉算法（S-ALE）的耦合方法用于刻画水上迫降过程中的飞机与水的相互作用。采用S-ALE流固耦合方法开展了飞机水上迫降动力学分析，提取飞机的俯仰姿态和过载的变化规律，并与传统的ALE罚函数耦合方法以及相关实验结果进行对比。结果显示：相对于传统的ALE罚函数耦合方法，S-ALE流固耦合方法较好地避免了流体的渗漏，能够有效预测飞机的二次抬头现象。与实验对比，S-ALE流固耦合方法所预测到的俯仰姿态角和过载曲线与实验数据基本吻合。

摘要:工程结构经常受到动荷载的作用，对结构产生不利的影响。为了准确有效地获取结构承载状态，提出了基于Newmark-β法的布谷鸟搜索算法识别动载荷。该算法将时间离散成若干个时间步，采用Newmark-β法对离散后系统的运动方程求解，得到动载荷作用下的结构响应；然后将动载荷响应作为优化变量，以计算响应和测量响应之间的差异为目标函数，利用布谷鸟搜索算法最小化目标函数，实现动载荷的反演。为了验证算法的准确性和有效性，以受动态载荷作用的简支桥梁为例进行反演，分别讨论了鸟巢数量、测点位置、测点数量以及测量噪声对反演结果的影响。数值算例表明，该方法可准确有效地反演动载荷。

摘要:二维弹性力学Cauchy边界条件反问题的可进入测量部分边界上的全部面力和位移边界条件均已知，难进入测量部分边界上的所有边界条件需要求解。基于边界元方法，采用多项式函数近似未知的面力边界条件，将该反演问题转化为多项式系数识别问题。目标函数定义为已知边界上面力的计算值和给定值之间的最小二乘误差，利用布谷鸟算法最小化目标函数，实现对待求边界上面力边界条件的数值反演。未知位移由反演得到的面力结合其他已知边界条件代入正问题中求解得到。比较了未采用多项式和采用多项式近似的计算结果，并分别讨论了鸟巢数量、多项式阶数及测量误差对数值反演的影响。数值算例验证了布谷鸟算法联合多项式近似可准确有效地求解弹性力学Cauchy边界条件反问题。

摘要:提出了一种基于遗传算法的高增益超材料覆层型微带天线拓扑优化设计方法，设计中对超材料基元和辐射基元采用整体考量的方法，选取微带天线的最大增益值为目标函数，选取超材料覆铜区域离散化后方格子铜贴片的二进制0-1编码为优化变量，建立了24 GHz超材料覆层型微带天线的拓扑优化模型。并采用贴片方格子的冗余设计方法来消除拓扑优化中的单点连接，进而通过合适的遗传算法求解策略对10×10方格子规模的优化设计问题进行求解，获得了一种不含单点连接的新型超材料覆层型微带天线。结果表明，与普通微带天线相比，创新构型的超材料覆层型微带天线具有更佳的工作频率匹配性能，微带天线的增益性能和方向性得到明显提升，其最大增益性能从7.51 dB提升到11.54 dB，提升了53.66%。最后对比研究了12×12和14×14等两种不同方格子规模的超材料微带天线拓扑优化设计问题，结果显示得到的创新构型优化设计结果是趋于收敛的，考虑到制备性价比，10×10方格子规模下的创新构型是制备最佳选择。

摘要:为研究含液量较少情况下湿颗粒材料的筒仓卸料过程，采用接触点绑定和自定义本构两种途径模拟液桥力，数值算例分析了含水量对颗粒流动性的影响，并通过提取仓壁底端压力峰值和统计颗粒阻塞概率，对干颗粒和湿颗粒在筒仓卸料过程中宏观特性的不同作了分析。得出仓壁底端压力峰值发生在卸料过程中，干颗粒压力峰值高于湿颗粒；筒仓卸料过程中，粒径均匀分布的颗粒其阻塞概率要大于单一粒径的颗粒，湿颗粒阻塞概率大于干颗粒，液桥力整体上对颗粒流动有阻碍作用。数值算例表明了两种途径在模拟湿颗粒材料流动行为时的有效性和可行性。

摘要:采用假设模态法和有限元法两种离散方法描述柔性梁的变形场，对作大范围运动的中心刚体-功能梯度材料梁的动力学特征进行研究。假设功能梯度材料的物理参数为沿着梁厚度方向变化的幂函数，考虑梁的纵向拉伸变形和横向弯曲变形，同时计及横向弯曲变形引起的纵向缩短，即非线性耦合项，运用第二类Lagrange方程推导得到两种不同离散方法描述的具有统一形式的系统刚柔耦合动力学方程。通过与假设模态法的数值仿真结果对比，验证所建立有限元模型的正确性。通过大变形算例，说明基于小变形假设的假设模态法计算上的局限性。在此基础上讨论功能梯度指数对作大范围转动柔性梁动力学特性的影响。结果表明基于小变形假设的假设模态法并不能处理大变形问题；在功能梯度材料梁其他物理参数不变的条件下，梁的最大位移随着功能梯度指数N增大而增大；横向弯曲固有频率会随着转速的增加而变大；当转速一定时，固有频率会随着功能梯度指数N增大而减小。

摘要:针对两端扭转弹簧约束下简支单层碳纳米管（SWCNT），将非局部弹性理论引入经典欧拉-伯努利梁模型，应用哈密顿原理建立了其振动控制方程以及边界条件，并依靠微分变换法（DTM法）对此高阶偏微分方程进行求解。数值计算研究了扭转弹簧弹性系数、碳纳米管小尺度效应和黏弹性性质对该系统前四阶无量纲固有频率的影响。结论表明小尺度参数、管道黏弹性阻尼参数的增加将会降低系统的各阶固有频率，而且上述两类变化情况均是高阶模态的变化显著于低阶模态；而扭转约束弹性刚度的增加则会提升纳米管的固有频率，并且这一提升效果低阶模态显著于高阶模态。

摘要:为减轻船舶结构重量，提高船舶的承运能力，造船企业逐渐考虑采用复合材料结构替代常规的钢制舱壁结构。为得到最佳的舱壁结构设计参数，提出了一种将响应面模型与遗传算法相结合的优化设计方法。采用Box-Behnken设计方法，在设计空间中抽取样本点并进行模拟，建立舱壁最大变形、最大Mises应力及质量的响应面模型。利用遗传算法对响应面模型进行优化，得到Pareto最优解。仿真实验表明：与原先的钢制舱壁方案，优化后的质量减轻了约23%，最大变形基本与钢制舱壁方案一致。研究结果表明所提出的方案适用于工程结构多参数优化设计。

摘要:泄洪雾化实际上是水气两相流体混合运动的过程。笔者从描述流体运动的质量守恒以及动量守恒方程出发，建立描述泄洪雾化的数学模型，采用有限元法求解模型。求解过程中采取了相应的非线性项求解策略，解决了求解过程中的数值收敛性与稳定性问题。通过与传统的方腔驱动流动算例进行对比，验证了模型的正确性。根据水布垭电站溢洪道及河谷地形地貌建立了三维有限元计算网格，并对其泄洪过程进行了数值模拟，通过与泄洪实测数据对比发现，该数值方法对泄洪雾化过程中的风场、雨场具有较强的预测能力。