第二章 物理学
第二节 力学、振动
一、空气动力学 在空气动力学的研究方面，中国科技大学韩肇元、童秉纲、庄礼贤等取得丰硕成果。 韩肇元等完成的“弱运动激波与尖锥头激波斜相互作用的实验研究”，运用自行研制成功的电控双驱动激波管和激波风洞，在分析和比较国外的“运动模型”和“固定模型”实验方案之后，提出新的实验方案。该实验与国外方案的差别在于，可同时获得平面运动激波与头激波斜相互作用的流场照片，以及锥面瞬态压力曲线。在激波风洞的具体实验条件下，获得了峰值压比随干扰角变化的曲线，及由规则反射向M ach反射转变的干扰角。 韩肇元等还进行了“用于研究平面运动激波与头激波迎面相互作用的电控双驱动激波管实验技术”研究，这是采用电控双驱动激波管，通过自然破膜和高压放电破膜方法，使激波管中产生相互间隔可控的两道激波。实验的技术关键在于两激波之间的同步，以及第二激波到达模型的时刻与光源的闪光时刻同步。该研究把放电破膜时间控制在100微秒之内；以第二激波作为纹影照相的同步信号，实现了±2微秒的同步精度，获得单次闪光和两次闪光的双波迎面相互作用时的流场照片。 1986年，庄礼贤等完成“战术导弹动导数计算方法研究”。各种动导数是飞行器飞行动力学分析和控制系统设计所必需的技术参数，该项研究提出一套有创新特点的动导数计算方法。研究中还对所创立的理论编制了计算机软件。该项研究成果在学术上有开拓性和独创性，在应用上经济性和实用性较好。 童秉纲在七机部有关部门协作下，对高超音速中飞行器的气动力计算进行过深入研究，取得3项成果：“细长椭圆钝锥的内伏牛顿流方法”；“短钝锥的压力分布、气动力系数和俯仰阻尼导数计算方法”；“钝锥在添质作用下稳定性导数的分析”。该研究用内伏牛顿流方法，分析了引射对钝锥稳定性导数的影响，探讨了稳定性导数与质量引射率、流态和转捩位置，热延迟相位角、减缩频率和攻角等诸因素的关系，提供了计算小攻角下层流、湍流或转捩态下钝锥的稳定性导数值的一套计算方法。 夏南、徐书轩研究了“有攻角钝头旋成体气动加热率和温度计算”，用轴对流比拟方法计算卫星在有攻角姿态下再入大气层时表面的热流分布，为卫星防热设计提供了新的计算方法。 韩肇元等研制的“JB－430反射型激波风洞”，能进行飞行器表面热流率测量，还能进行“双波干扰”、“激波边界层干扰”等实验研究。 二、受力分析 〔弹性元件的理论研究〕 1979年，中国科技大学刘人怀进行“弹性元件的理论研究”，完成2篇论文：波纹圆板的特征关系式；具有光滑中心的波纹圆板的特征关系式。刘人怀在他与叶开源共同提出的修正迭代法的基础上，对全波纹圆板和具有光滑中心的波纹圆板进行了求解，获得比较精确的解析解，较已有的国际上结果精确，应用区域广泛，并首次解决了特别困难的具有光滑中心的波纹圆板的大挠度问题。 〔弹塑性波的理论和应用研究〕 中国科技大学朱兆祥、王礼立等9人历时3年，于1984年完成的“弹塑性波的理论和应用研究”，取得多方面成果。如弹塑性边界的传播特性研究，三维非线性弹性固体中沿任意方向上冲击波的传输方程，弹塑性平面击波由于卸载波引起的衰减的研究，多材料变截面杆中无屈服面粘塑性波的二维分析，非线性弹性固体中非线性复合波和“应力路径”方法的研究，以及反向屈服效应引起的“正面层裂”现象的发现等，都获得了属于国际上首次提出的创新性成果，是一组理论研究和应用研究结合得很好的成果。 〔有限元分析〕 1979年5月，在安徽蚌埠市召开全国第一届有限元法学术会议。全国力学学者近千人参加，著名科学家钱伟长等人出席。1981年5月，在合肥召开有限元法国际学术会议，这是首次在国内举行的有限元法国际学术会议。 中国科技大学黄茂光等研究的“关于厚薄板有限元分析的一组新模式”，包括3个有限元计算模型。一为计入剪切效应的厚薄板通用应力杂交元，二为中厚板屈曲问题的混合元，第三种计算模型为满足收敛准则的非协调板弯曲元。3种模型的共同特点是，在确保收敛的前提下，以较少的自由度就能获得数值结果，特别是对工程上关心的内力计算，这些单元体明显改善了目前国内、外使用的位移有限元模型。 〔Nielsen方程的推广〕 Nielsen方程是1935年提出的分析动力学运动方程，安徽师范大学丁光涛对此作了深入研究与推广，得到连续系统（场论）的、广义力学的和广义场论的Nielsen型运动方程。有关论文在国际上属首次发表。 〔样条函数法分析加劲板〕 60年代以来，对加劲板的静力、振动和稳定性的分析，一直采用有限元法，计算量大，对于具有规则形式的加劲板很不经济。合肥工业大学沈鹏程等认为，对于一般对称规则的结构型，用样条函数法分析是合理的、经济的，进而拟定了样条有限元的一般计算格式，并具有通用有限元稀疏性的良好特点；应用样条函数法求解斜板的振动和稳定性问题；应用样条函数法分析圆柱壳、双曲扁壳的振动问题；应用双3次B样条函数分析加劲板的静力、振动及稳定问题，并编制出计算机程序。他们还应用能量原理导出加劲板的总刚度矩阵、几何刚度矩阵、质量矩阵和荷载矩阵。 三、振动分析 〔交叉梁系的极振状态分析法〕 交叉梁系属高次超静定结构，其计算一般都很复杂。江大魁根据极限力矩概念，提出交叉梁系的内力极振状态分析法。应用该方法只需求出屈服线上各塑性铰处的极限弯矩，然后截取各节点为脱离体，用结点法列出力的平衡方程，即可求出各节间的杆件内力。这种计算方法简便易行，充分考虑到结构特征和材料特性，若按该方法设计可以节约钢材15％～20％。 〔机械能流与地球的纬向振动〕 80年代初，合肥工业大学陆正亚在研究连续介质中机械能流密度矢量时，导出了该矢量是应力张量与速度的点积（即）的结论。并由此结合地球自转，证明了地球有纬向振动存在。依能流方向，说明地轴与黄道面法向夹角的存在，是板块离散边界的旋转轴与地轴夹角的成因。 “力学、振动”重要论文简表 表2－2－1   |
