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大型漂浮式风电装备耦合动力学研究: 历史、进展与挑战

温斌荣, 田新亮, 李占伟, 彭志科

2022, 52(4): 731-808. doi:10.6052/1000-0992-22-018

摘要(2984)

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PDF(916)

摘要:
风电是可再生能源的主力军, 在优化能源结构、缓解气候变化方面发挥着重要作用. 经过数十年的发展, 风电装备逐渐向大型化和离岸化方向发展, 并由此形成“由陆向海, 由浅入深, 由固定式向漂浮式”的演变之路. 在水深大于50米的深远海域, 采用漂浮式支撑基础搭载大型或超大型风电机组是兼顾技术可行度和成本优势的理想选择. 如今, 大型漂浮式风机已成为下一代深远海风能大规模开发的主力装备, 是深化海洋风能开发的先导战略性高端装备, 是风电领域的研究热点和技术高地. 本文围绕大型漂浮式风电装备耦合动力学问题, 综述了国内外浮式风电技术的发展历程和研究现状, 结合作者团队多年的研究与实践经验, 介绍了浮式风机耦合动力学及其优化控制中的基础问题与研究现状, 总结了现阶段浮式风机耦合动力学研究中的困难与挑战, 为浮式风电研究人员提供参考.

热端部件低温热腐蚀疲劳损伤机理、寿命模型和抗腐蚀设计方法

赵高乐, 齐红宇, 李少林, 刘扬, 杨晓光, 石多奇, 孙燕涛

2022, 52(4): 809-851. doi:10.6052/1000-0992-22-020

摘要(1704)

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PDF(341)

摘要:
对于沿海地区或海洋环境中使用的航空发动机来说, 由于高温、机械载荷和盐雾环境的共同作用, 热腐蚀疲劳破坏是影响其热端部件服役寿命的主要因素. 本文对热端部件低温热腐蚀疲劳损伤机理、寿命模型和防腐蚀设计方法进行了总结、归纳及评述, 提出了未来的研究趋势与发展方向. 首先介绍航空发动机热端部件的热腐蚀疲劳故障案例、损伤演化机理; 其次, 重点分析了低温腐蚀疲劳寿命的唯象模型、损伤力学模型、断裂力学模型以及机器学习模型; 再次, 对几种代表性的考虑腐蚀演化不同阶段的分段式腐蚀疲劳全寿命模型进行综述, 还分析指出了腐蚀疲劳全寿命模型的发展趋势; 从次, 对航空发动机材料选择、零件制造、结构强度设计和外场运行维护不同阶段的抗腐蚀方法进行了综述. 最后, 对增材制造零部件的热腐蚀疲劳问题以及无损检测技术、人工智能等与热腐蚀疲劳研究的结合进行了展望.

近场动力学在断裂力学领域的研究进展

张恒, 张雄, 乔丕忠

2022, 52(4): 852-873. doi:10.6052/1000-0992-22-023

摘要(2498)

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PDF(668)

摘要:
近场动力学采用非局部积分计算节点内力, 利用统一数学框架描述空间连续与非连续, 避免了非连续区局部空间导数引起的应力奇异, 数值上具有无网格属性, 可自然模拟材料结构的断裂问题. 本文概述了近场动力学的弹性本构力模型, 系统介绍了近场动力学临界伸长率、临界能量密度以及材料强度相关的键失效准则. 详细介绍了近场动力学在断裂力学领域的研究进展, 包括断裂参数能量释放率与应力强度因子的求解、J积分、混合型裂纹、弹塑性断裂、黏聚力模型、动态断裂、材料界面断裂以及疲劳裂纹扩展等. 最后讨论了断裂问题近场动力学研究的发展方向.

虚单元计算方法的最新理论与应用进展

刘传奇, 许广涛, 魏宇杰

2022, 52(4): 874-913. doi:10.6052/1000-0992-22-037

摘要(2004)

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PDF(828)

摘要:
虚单元方法是近几年在计算领域迅速发展的一种先进数值方法, 相比于有限元方法, 该方法放松了对单元凸凹性的限制, 可适用于任意形状的多边形单元, 因而在处理悬挂节点、接触、多晶体变形等特定问题方面具有优势, 是当前计算力学领域的国际前沿与热点方向. 本文全面综述了虚单元方法的理论发展, 通过介绍该方法在泊松方程、线弹性、非线性等问题中的应用, 向读者展示了虚单元法的理论核心以及它和有限元方法的异同. 尽管虚单元法的发展目前还处在起步阶段, 但该方法在诸多的非线性问题、接触问题、裂纹扩展以及多场耦合等方面展现出了巨大潜力. 通过对虚单元方法最新理论与应用进展的综述, 为面临单元凸凹性等问题苦恼的计算领域科研工作者提供一种新的解决方案; 同时为对工程科学计算感兴趣的青年科研人员提供关于虚单元方法的快速而系统的全面认知, 以期青年学者能融会贯通, 发展出适应我国计算力学需求的新型算法与高性能软件.

我国航空航天结构强度事业的开拓者——黄玉珊

索涛, 李玉龙, 郭万林

2022, 52(4): 914-947. doi:10.6052/1000-0992-22-038

摘要(1917)

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PDF(153)

摘要:
黄玉珊先生是我国著名的力学家、航空航天科学家, 新中国航空高等教育的奠基人. 他不满14岁考入大学, 不满23岁时师从国际著名力学大师铁摩辛柯获博士学位, 随即义无反顾地回到战火连绵的祖国, 受聘中央大学教授. 新中国成立后, 面对航空工业初建时期技术基础薄弱、人才储备不足、教育体系不完善的困境, 他呕心沥血, 鞠躬尽瘁, 建立新学科, 开创新局面, 毕生致力于祖国航空航天教育和科技事业. 他被认为是我国旧飞机疲劳定寿和延寿、损伤容限评定和新飞机损伤容限设计最早的创始人之一, 也是我国飞机自激励振动研究和航天结构环境强度事业的开拓者. 本文通过回顾黄玉珊先生在固体力学、航空航天结构强度领域的主要学术成果和卓越贡献, 缅怀其坚定不移的报国情怀、严谨求实的治学态度、勇于开拓的创新精神、高瞻远瞩的学术视野以及求真务实的教育思想.

声学/弹性相位梯度超表面设计: 原理、功能基元、可调和编码

陈阿丽, 汪越胜, 王艳锋, 周红涛, 袁思敏

2022, 52(4): 948-1011. doi:10.6052/1000-0992-22-031

摘要(2303)

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摘要:
声学/弹性超表面是一类亚波长厚度的二维超材料, 具有很强的声波/弹性波操控能力, 在声学成像、通信、隐身、伪装、振动/噪声控制、能量收集、无损检测等领域具有潜在的应用. 本文主要综述了声学/弹性相位梯度超表面的最新发展, 包括设计原理、功能基元设计、波场操控及其应用、可调超表面设计, 以及新兴的数字编码超表面. 最后, 展望了该领域未来的研究方向.

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