一类功能梯度材料表面接触力学研究进展

陈培见, 陈少华

陈培见, 陈少华针对一类杨氏模量梯度变化的功能梯度材料, 考虑摩擦、微动磨损和黏附等因素, 综述了梯度材料有限尺寸、梯度变化规律、梯度涂层厚度、界面摩擦热、压头形状等对表面接触力学性能的影响; 根据不同接触模型中接触界面应力场分布, 分析多种因素影响下功能梯度材料表面抵抗磨损的能力; 最后给出了功能梯度材料接触力学研究中仍存在的主要科学问题及进一步研究展望. 力学进展. 2014 44(1): 201401-.

Recent progress and challenges in fundamental combustion research（燃烧基础研究的进展和挑战）

琚诒光

琚诒光超过80%的世界的能源转换是由燃烧方法来实现的. 发展可利用替代燃料的清洁和高效的新型发动机是解决可持续能源发展的关键之一. 在燃烧研究领域，实现这一目标的挑战是要揭示从燃料分子到发动机的多尺度燃烧过程中化学反应和火焰动力学机理，发展高效，定量的数值模拟方法和开发新的燃烧技术. 本文从7个方面综述最近几年燃烧领域的基础燃烧研究的进展和挑战. 它们包括低温清洁燃烧的发动机技术，极限条件下的燃烧机理和现象，替代燃料和混合燃料模型，多尺度化学反应模拟方法，高压燃烧反应动力学，基础燃烧的实验方法，和先进测量技术. 本文首先介绍均值充量压缩点火（HCCI），反应控制压缩点火（RCCI）以及增压燃烧等新型发动机的概念，评述燃料特性和低温燃烧反应过程对湍流燃烧和发动机的影响，讨论发展基础燃烧研究的必要性. 第二，综述燃料浓度分层燃烧，稀薄燃烧，冷炎燃烧，以及等离子体助燃等极限燃烧条件下的新的燃烧现象和火焰机制. 第三，以航空煤油和生物柴油为例来讨论建立模拟真实燃料和替代燃料的混合燃料模型的方法. 介绍活性基指数和输运加权的反应焓的概念并用来比较燃料的高温反应特性和评价燃料的分子结构对燃烧特性的影响. 第四，评述详细化学反应机理简化的方法. 介绍多时间尺度（MTS）的化学反应的模拟和动态关联性自适应机理简化（CO-DAC）的方法来提高详细化学反应机理的计算效率. 第五，讨论高压燃烧的火焰传播速度的实验测量结果以及高压燃烧化学反应机理所存在的问题，并分析高压燃烧的关键组分和反应路径. 第六，评述测量火焰速度和组分等基础燃烧实验方法和模型中的问题和误差来源. 介绍一些改进测量方法和提高测量精度的方法. 最后，介绍测量低温燃烧中的关键组分和自由基的测量方法和最新进展. 力学进展. 2014 44(1): 201402-.

侧加热腔内的自然对流

徐丰, 崔会敏

徐丰, 崔会敏开展侧加热腔内自然对流的研究具有重大的环境及工业应用背景. 总结侧加热腔内水平温差驱动的自然对流的最新研究进展, 并概述相应的流动性质、动力机制和传热特性以及对不同无量纲控制参数的依赖也有重要的科学价值. 已取得的研究结果显示突然侧加热的腔内自然对流的发展可包括初始阶段、过渡阶段和定常或准定常阶段. 不同发展阶段的流动依赖于瑞利数、普朗特数及腔体的高宽比, 且定常或准定常阶段的流态可以是定常层流流动、非定常周期性流动或者湍流流动. 此外, 回顾了对流流动失稳机制的研究成果以及湍流自然对流方面的新进展. 最后, 展望了侧加热腔内的自然对流研究的前景. 力学进展. 2014 44(1): 201403-.

智能软材料热-电-化-力学耦合问题的研究进展

杨庆生, 魏巍, 马连华

杨庆生, 魏巍, 马连华本文重点评述了自然界中的典型智能软材料：聚合物胶体和水凝胶以及关节软骨的多场耦合力学问题的国内外研究现状。基于唯象热力学理论和哈密顿原理，建立了一般性的热-电-化-力学多场耦合理论。重点针对等温过程的化学-力学耦合本构关系和控制方程，通过哈密顿原理，建立了化力耦合系统的有限元列式。证明了化学-力学耦合理论架构的封闭性。通过数值算例分析了水凝胶和关节软骨的多场耦合作用。最后展望了智能软材料多场耦合研究的未来发展趋势。力学进展. 2014 44(1): 201404-.

流向振荡柱体尾流控制研究进展

邵传平, 陈野军, 王赛, 秦广素

邵传平, 陈野军, 王赛, 秦广素详细介绍了近几年采用尾部喷射、隔离板和小窄条控制件等3 种方法对流向振荡柱体绕流旋涡脱落的抑制情况. 在研究范围内存在非锁频和3种锁频旋涡脱落模式. 风洞实验表明, 尾部喷射对这4 种模式都有抑制效果,窄条控制件对非锁频和2种锁频模式具有抑制效果, 而隔离板仅对非锁频和1 种锁频模式有效. 在不同流动和振荡条件下找出了每种方法的有效控制区, 研究了减阻和减少脉动力的效果, 并探讨了控制机理. 力学进展. 2014 44(1): 201405-.

石墨烯热学性能及表征技术

白树林, 赵云红

白树林, 赵云红 2004 年石墨烯的发现立刻引起了全球科技界的高度关注, 掀起了从碳纳米管问世以来对于碳族材料的又一个研究高潮, 人们迅速开展了针对石墨烯的制备、性能表征、甚至应用的研究工作. 从石墨烯问世到目前, 主要研究工作集中在石墨烯电学性能的研究, 特别是集中在用石墨烯制备超级电容器方面. 相比之下, 人们对于石墨烯热学性能的研究还比较少. 然而, 鉴于石墨烯具有极高的热导率和负的热膨胀系数, 以及作为热界面材料的工程应用价值, 对其热学性能的研究正逐渐成为研究的一个重要分支. 以石墨烯热学性能如热导率到热膨胀系数为研究对象, 全面总结国际上的发展现状. 内容涉及单层石墨烯、多层石墨烯和石墨烯泡沫. 研究手段包括理论研究、数值模拟和实验测定3 个方面. 在综合研究成果的基础上, 最后对于存在的问题和可能的发展方向给出了合理的建议. 力学进展. 2014 44(1): 201406-.

激波诱导下的气体界面不稳定性实验研究

罗喜胜, 翟志刚, 司廷, 杨基明

罗喜胜, 翟志刚, 司廷, 杨基明界面不稳定性, 特别是Richtmyer–Meshkov (RM) 不稳定性, 是流体
力学中一项重要的研究内容, 无论在学术研究领域还是工程应用领域都有着
重要的研究价值和应用背景. RM 不稳定性问题自提出以来, 得到了学术界
广泛的关注, 其研究无论是在实验方法、数值模拟还是在理论分析方面都取
得了很大的进展. 在激波管中开展激波与界面相互作用的实验研究, 即研究
界面初始扰动在激波诱导下的演化规律, 是目前研究RM 不稳定性的重要手
段. RM 不稳定性实验研究包括3 个部分, 分别是激波的产生、界面的形成
以及流场的观测. 综述了RM 不稳定性的实验研究进展, 并针对目前研究的
局限性提出了RM 不稳定性今后实验研究的重点和方向: 汇聚激波作用下界
面不稳定性的发展规律; 激波冲击下多种形状及大振幅界面的演化机理; 三
维界面的RM 不稳定性发展规律; 可压缩湍流的形成与混合机理. 力学进展. 2014 44(1): 201407-.

地球重力场空间探测: 回顾与展望

罗子人, 钟敏, 边星, 董鹏, 董玉辉, 高伟, 李洪银, 李玉琼, 刘河山, 冉将军, 邵明学, 唐文林, 徐鹏, 杨然, 靳刚

罗子人, 钟敏, 边星, 董鹏, 董玉辉, 高伟, 李洪银, 李玉琼, 刘河山, 冉将军, 邵明学, 唐文林, 徐鹏, 杨然, 靳刚地球重力场的科学数据在地球测绘学、冰川学、陆地水循环、固体地球物理、灾害监控及国防军事等领域具有重要应用价值. 美、德合作研制的地球重力场反演与气候实验(gravity recovery and climate experiment, GRACE)卫星, 有力地推动了地球重力场测量、反演和应用. 为进一步提高重力卫星科学数据的时、空分辨率, 扩展应用领域, 中国及欧美等国都考虑发射升级的重力卫星, 即后GRACE 计划(GRACE-follow-on). 本文将简单回顾重力卫星的发展历程, 介绍重力卫星的数据采集技术和反演方法, 亦着重阐述后GRACE计划的测量方法学、关键技术及预期结果. 力学进展. 2014 44(1): 201408-.

新型纳米结构金属材料的力学性能及变形机制

曲绍兴, 周昊飞

曲绍兴, 周昊飞 “纳米结构” 化是金属及其合金材料获得优异力学性能的有效途径.纳米结构金属材料表面或内部的缺陷, 包括晶界、位错、孪晶、孔洞、裂纹、第二相等, 其形核、演化及互相作用对材料的强度和韧性具有重要影响. 该文综述了与上述科学问题相关的新型纳米结构金属材料的微观组织结构表征及力学性能测试、强韧化机制计算模拟方面的研究进展. 并讨论了急需从微观尺度上就新型纳米结构金属材料的特征力学行为和关键变形机制开展深入、系统研究. 力学进展. 2014 44(1): 201409-.

虚拟飞行中气动、运动和控制耦合的数值模拟技术

张来平, 马戎, 常兴华, 赵钟, 赫新

张来平, 马戎, 常兴华, 赵钟, 赫新随着计算机科学和计算流体力学的发展, 以非定常数值模拟为核心, 开展气动/运动/控制等多学科耦合的“数值虚拟飞行” 模拟成为可能. 数值虚拟飞行有助于飞行器设计师在设计之初和整个设计过程中分析和评估飞行器的非线性飞行力学和稳定性与控制性能. 该文综述了国内外数值虚拟飞行中“气动/运动/控制” 耦合的一体化模拟技术的研究进展, 分析了其中的关键科学和技术问题, 重点介绍了气动/运动/控制耦合一体化计算方法, 并介绍了作者在一体化耦合计算方法方面取得的进展及初步应用情况. 最后探讨了数值虚拟飞行中的一些挑战性问题, 并对未来发展趋势进行了展望. 可以预期, 随着E 级计算的到来, 在不久的将来, 数值虚拟飞行将给新型飞行器设计带来革命性的变化. 力学进展. 2014 44(1): 201410-.

自振荡凝胶的力--化耦合行为调控及其应用研究

王鹏飞, 赵兴红, 林敏, 卢天健, 徐峰

王鹏飞, 赵兴红, 林敏, 卢天健, 徐峰自振荡凝胶是一类由特殊振荡化学反应驱动而产生周期性变形的新型智能软材料. 该智能材料无需通过调节外界激励因素便可产生自治的交替性膨胀和收缩, 从而持续性地将化学能转化为机械能, 在工程和生物医学领域具有广阔的应用前景. 自振荡凝胶内部存在复杂的力学与化学的非线性耦合效应, 其动力学行为特征受试样的边界约束情况、外部作用力大小与形式等力学因素和反应物浓度、催化剂类型等化学因素的显著影响, 亦受试样的几何形状、外界光照强度、环境温度等其他物理因素的调控. 自振荡凝胶已在力学与化学信号传播、材料结构自组装、微量物质运输、微型作动器、新型力学传感器等基础和应用领域取得众多突破性研究进展. 基于相关研究, 系统论述了自振荡凝胶的力-- 化耦合行为调控及其主要应用现状, 为进一步深入研究新型智能软材料及其应用提供参考. 力学进展. 2014 44(1): 201411-.

Isolation of circulating tumor cells under hydrodynamic loading using microfluidic technology(基于微流控技术在流体动力载荷下分离循环肿瘤细胞)

赵聪, 李贻昆, 徐睿, 梁纯, 刘大渔, 马薇, PIYAWATTANAMETHA Wibool, ZOHAR Yitshak

赵聪, 李贻昆, 徐睿, 梁纯, 刘大渔, 马薇, PIYAWATTANAMETHA Wibool, ZOHAR Yitshak 在世界范围内, 癌症的死亡率仍在逐年上升. 循环肿瘤细胞(circulating tumor cells, CTCs) 是指从原发肿瘤脱落并进入血液循环系统的细胞, 可能引发肿瘤转移并
入侵其他正常组织和器官. 因此, CTCs 的检测结果可以作为癌症病人疗效和预后的评价指标. 但是CTCs 的数量及其稀少, 使得CTCs 的检测尤为困难. 在癌症转移的病人中, 每毫升血液约含有10-100 个CTCs. 利用经生物活性材料表面修饰的微流控器件, 可以从血液中分离出CTCs. 这是一项跨学科的挑战, 需要来自不同学科背景的专家们共同参与, 如细胞生物学、表面化学、流体力学及微纳加工技术等. 该文首先介绍了CTCs 的细胞生物学基础, 然后总结了当前分离CTCs 的主要微流控技术, 包括基于细胞-- 配体作用、磁力作用和过滤等, 最后综述了基于微流控技术的CTC 检测和计数、在体CTC 成像等最新研究进展. 力学进展. 2014 44(1): 201412-.