流体-弹性体-刚体耦合系统动力学与控制

流固耦合动力学是固体力学与流体力学交叉形成的一个动力学分支,主要研究变形固体和流体两种介质之间的交互作用,即在液体动载荷作用下固体产生的变形和动力学响应,而变形和动力学响应反过来影响流场,从而改变流体载荷的分布和大小。多柔体系统动力学是固体力学和动力学交叉形成的一个动力学分支,主要研究大范围的刚体运动和柔性变形的相互影响,刚体运动产生的附加的惯性力影响变形,而变形产生刚体的质心和惯性张量的变化,从而影响刚体的运动。 流体-弹性体-刚体耦合系统动力学与控制是上述两个交叉学科的坦步交叉与融合,从学科上来看涉及固体力学、流体力学、计算力学、动力学与控制等学科,从工程上来看与航天、航空、航海、机械、石化、生物等领域均有密切联系。 在输流管中流体诱发的复杂性与是流体-弹性体耦合非线性动力学的一个典型问题。对于输流管的非线性动力学研究有着广阔的工程应用背景,它的研究成果可以直接应用于海底输油管道工程、动力工程、生物工程、航空和航天工程以及核工程等领域。输流管的流固耦合非线性振动,包括流体的压力和速度的脉动、管壁的结构振动等,以及振荡流可能导致的次谐波共振、超谐波共振或者组合共振等问题在工程实际中越来越受到重视,严重的耦合非线性振动将导致系统的损坏。 流体-弹性体-刚体耦合系统具有以下一些特点: 多介质耦合。系统中刚体、弹性体、流体(液体和气体)等多种介质相互耦合作用,其特点是固体运动、流体运动、和刚体运动均不可能单独地求解,无法显式地消去液体运动的独立变量,或描述固体运动的独立变量,或描述刚体运动的独立变量。这里的刚体可能是可以处理成刚体的真实物体,也可能是刻画系统整体运动的虚拟物体。 非线性特性。刚体的运动和系统整体的运动一般是大范围的非线性运动,因此非线性因素是流体-弹性体-刚体耦合系统的固有特点。 多时间尺度效应。刚体(或系统整体)、弹性体、和流体运动的特征周期一般属于两个三个时间尺度。 变结构特性。有些系统中含有机构,可以在一定条件下锁定,如卫星的太阳能电池帆板展开锁定,机械手抓取载荷等。 对于流体-弹性体-刚体耦合系统动力学与控制领域,可以开展以下一些关键问题的研究: 耦合系统动力学建模的研究:(a) 如何建立准确描述系统耦合动力学行为的数学模型;(b) 如何建立工程上实用的简化模型(或等效模型)及其简化准则。 耦合系统计算方法的研究:由于计算对象属于多时间尺度、多介质耦合问题和非线性问题,因此其难度非常大。需要重点研究三个问题:(a) 运动的描述方法;(b) 刚性问题;(c) 计算效率等。 柔性输流管非线性动力学的研究:建立考虑流体速度脉动情况下流固耦合的非线性动力学议程,研究单柔性输流管,双柔性输流管以及多排输流管的全局非线性动力学和混沌动力学。 大长径比输流管非线性动力学的数学模型与分析方法:随着管径-跨长比的增加,输流管的动力学分析就采用圆柱壳模型。复杂输流管的壳体系统的非线性动力学分析和有限元模型相结合是一个主要研究方向。研究内容包括考虑多种流固耦合非线性因素,如壳壁附近流体黏性造成的影响、轴流和环流同时作用的影响、材料阻尼等因素的影响。 输流管道的非线性振动控制:为了减少非线性振动对输流管造成的危害,非线性振动控制方法及其实施方案的研究也是一个值得重视的问题。可以采用智能材料作为作动器、传感器、吸震器以及采样通道等元器件,利用多种控制方法进行控制,进而控制混沌吸引子。 风载作用下柔性索非线性动力学的研究:研究在风载作用和支座运动情况下柔性索和柔性梁耦合的混沌动力学,建立水平索和斜拉索与柔性梁耦合情况下的非线性动力学方程,研究这些系统在多种共振情况下的全局分岔和混沌动力学,确定多脉冲同宿轨道和多脉冲异宿轨道。 液体晃动下储液箱非线性动力学的研究:研究贮液箱中液体与贮液箱之间相互作用的非线性动力学、全局分岔和混沌动力学问题,建立合适有效的动力学控制方程,研究这些系统在多种共振情况下的全局分岔和混沌动力学。 流体-弹性体-刚体耦合系统动力学的实验研究,将实验结果与理论结果进行对比分析。 (摘自: 国家自然科学基金委员会数学物理科学部. 力学学科发展研究报告. 北京: 科学出版社. 2007. pp 35–38)    Send article as PDF   

2007年国家最高科学技术奖

闵恩泽、吴征镒两位科学家获得2007年国家最高科学技术奖。闵恩泽是石油化工催化剂专家,曾任“环境友好石油化工催化化学和反应工程”的主持人。吴征镒是植物区系研究的权威学者,从事以中国植物为中心的东亚植被和区系研究,潜心研究生物多样性。 在今天召开的2007年度国家科技奖励大会上,闵恩泽、吴征镒两位科学家获得2007年国家最高科学技术奖。 闵恩泽:石油化工催化剂专家。四川成都人。1946年中央大学化工系毕业。1951年获美国俄亥俄州立大学博士学位。1993年当选第三世界科学院院士。1994年当选中国工程院院士。中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院学术委员会主任、高级工程师。60年代开发了制造磷酸硅藻土叠合催化剂的混捏—浸渍新流程;通过中型试验提出了铂重整催化剂的设计基础;研制成功航空汽油生产急需的小球硅铝催化剂;又为重油加工,开发了微球硅铝裂化催化剂;以上催化剂都已投入生产。70—80年代领导了钼镍磷加氢催化剂、一氧化碳助燃剂、半合成沸石裂化催化剂等的研制和开发,也均投入生产和应用。1980年以后,他指导开展新催化材料和新化学反应工程的导向性基础研究,其中新催化材料有:层柱粘土、非晶态合金、负载杂多酸、纳米分子筛等;新化学反应工程有:磁稳定床、悬浮催化蒸馏。在这些研究的基础上,已开发成功己内酰胺磁稳定床加氢、烯烃与苯烷基化的悬浮催化蒸馏等新工艺。近年来,他进入绿色化学的研究领域,曾任国家自然科学基金委员会“九五”重大基础研究项目“环境友好石油化工催化化学和反应工程”的主持人。近年他还扩展至开发化纤单体己内酰胺的制造技术,正开发新的工艺,己取得长足进展。1980年当选为中国科学院院士(学部委员)。 吴征镒(1916-):中国科学院院士,我国著名的、具有国际声誉的植物学家,植物区系研究的权威学者,从事植物科学研究已逾60年,专长植物分类地理学和药用植物学。1916年出生在江西九江。1937年毕业于清华大学生物系,1950年任中国科学院植物研究所研究员兼副所长。1955年选聘为中国科学院学部委员(中国科学院院士),1979年又当选为中国科学院主席团成员。1958年任中国科学院昆明植物研究所所长,1979年兼任中国科学院昆明分院院长。后曾任云南省科委副主任,云南省科协主席。现任中国科学院资深院士,中国科学院昆明植物研究所名誉所长兼研究员,《中国植物志》(中、英文版)主编。他自1980年后任美国植物学会终身外籍会员,瑞典植物地理学会名誉会员,前苏联植物学会通迅会员。1997年当选世界自然保护协会ISCN理事。 吴征镒院士自1936年起从事植物学诸多领域的研究,先后去过除非洲之外的四大洲观察植物。多次组织领导了全国、特别是云南植物资源的调查,并指出植物的有胩物质的形成与植物种原分布区及形成历史有一定相关性,对以上各学科的造诣日深,提出了指导植物资源合理开发利用的理论,并在实践中得到证实。迄今为止,己发表140多篇各类论文,并主编或编写了数10部学术专著。他在植物分类研究中,发现并发表了1300个以上新分类群(植物亚科、族、组等新等级不下10个,新属10个),在国际植物分类学研究领域中产生了重要的影响。 吴征镒院士60多年来专心从事以中国植物为中心的东亚植被和区系研究,潜心研究生物多样性,编著了大量宝贵文献,为人类认识自然,实现人与自然和谐共存作出了巨大的贡献。鉴于他对中国和世界植物学和其它有关研究领域作出的伟大贡献,于1999年荣获号称世界园艺诺贝尔奖的日本花卉绿地博鉴会纪仿协会“考斯莫斯国际奖”(Internationnal COSMOS Prize 1999),成为世界第7位,亚洲第2位获得该奖的学者。 国家最高科学技术奖历届获奖人物 2007年 闵恩泽(石油化工催化剂专家)、吴征镒(植物学家) 2006年 李振声(小麦育种 中国科学院遗传发育所研究员) 2005年 叶笃正(中国科学院大气物理研究所名誉所长)、吴孟超(中国人民解放军第二军医大学东方肝胆外科医院院长) 2003年 刘东生(中国地球环境科学研究领域的专家)、王永志(中国载人航天工程的开创者之一) 2002年 金怡濂(巨型计算机事业的开拓者之一) 2001年 王选(两院院士 汉字激光照排系统的发明者) 黄昆(物理学家和杰出的教育家) 2000年 吴文俊 袁隆平  国家最高科学技术奖授予在当代科学技术前沿取得重大突破或者在科学技术发展中有卓越建树、在科学技术创新、科学技术成果转化和高技术产业化中创造巨大经济效益或者社会效益的科学技术工作者,国家最高科学技术奖每年授予人数不超过2名。获奖者的奖金额为500万元人民币。该奖项2000年设立。 (转自网易)    Send article as PDF   

Introduction to Fluid-Structure Interaction (FSI)

Fluid-structure interaction (FSI) occurs in all fluid-carrying pipe systems. More often than not, its consequences are minor and may be neglected for practical design purposes. In some cases, however, FSI can be responsible for unacceptable operational behaviour – e.g. sustained Continue reading Introduction to Fluid-Structure Interaction (FSI)