流体力学为何友声院士创建的我国首个以水动力学研究为特色的博士点,曾被评定为上海市重点学科(2002,2007)、国家重点学科(2007)。2008年成立水动力学教育部重点实验室。2017年,水动力学学科被国防科工局评为国防特色学科方向。该学科在水动力学、环境流体力学、计算流体力学和生物流体力学方向形成了稳定的学术团队,已成为我国水动力学研究的重要据点,在国际上有一定影响。
自“七五”以来,学科积极参与飞航弹从预研到定型的系列国防科研项目,解决了若干水下发射水动力学关键技术问题。近十多年来,主持完成国家自然科学基金重点项目、面上项目与青年基金项目、国防973项目(一级课题)、国防预研重点项目和型号研制关键技术攻关等科研项目,与国防工业部门保持着长期稳定的合作关系。作为核心单位之一,积极参与某型号预研和型号关键技术攻关,承担了相关总体单位委托的关键技术研究课题,为该重大型号的研制提供了系统性的技术支持,做出了不可替代的贡献。近五年来,获省部级二等奖以上奖励5项,其中国防科技进步二等奖2项。
针对海洋与海岸带资源开发与防灾减灾事业发展的需求,在近海海洋环境动力要素及其对结构物作用的数值模拟、海洋隔水管涡激振动的预报与抑制技术、跨海大桥与海上风电支撑结构的波流力、海啸模拟与南海海啸预警方法等方面取得显著进展。近10多年来,研究工作得到973项目(一级课题,2项)、国家重点研发计划(一级课题)、国家自然科学基金重点项目、面上项目和青年基金项目以及来自水利与水运、中海油等部门委托的科研项目。曾获大禹水利科技奖(二等奖)、周培源水动力学优秀论文奖(二等奖)等。
本学科在流固耦合数值分析、多相复杂流动的精细测量技术等方面形成了具有特色的研究能力,为高速水动力学、海洋环境流体力学、生物流体力学等学科方向的发展提供了有力的支撑。
本学科与国内外学术界建立了较为广泛的联系,并取得实质性的国际合作研究成果。多位教师任中国力学学会流体力学专业委员会主任、中国力学学会流体力学专业委员会水动力学专业组组长和副组长、国际理论与应用力学联合会流体力学评审组成员、国际水动力学会议(ICHD)执行委员会共同主席、上海市力学学会理事长和副理事长、上海市水利学会副理事长等。
围绕城市发展、沿海开发和环境保护以及海洋渔业资源开发,在近岸波浪和海啸数学模型、海啸预警技术、水生植物消浪和深海渔网与波浪耦合作用等研究方向开展了相关工作,发展了新的理论分析模型和模型实验方法,研发了具有自主知识产权的水动力学计算软件,全面支持了上海地区重大涉水工程的建设。
智利海啸诱导地磁异常 | 上海化学工业区海堤防护工程 | 深海渔业网箱 |
在国内率先开展了自然空化、超空泡、通气空泡等研究,取得了系列成果。针对水中兵器的出筒、出水过程的水动力、水弹道、水载荷等水动力学问题开展了一系列的机理研究、理论分析与数值模拟工作,取得显著成绩,有力地支持了国防建设。
海上能源开发的流固耦合问题
基于数值波浪水池技术,实现了波浪作用下浮式风力机浮式基础运动响应的数值模拟。开展了固定式海上风力机支撑结构波浪力实验研究。针对水中细长结构的涡激振动问题,基于TVD–FVM 的三维流动数值模型和细长结构动态响应方程,数值研究了利用尾流控制抑制细长结构涡激振动的机理,提出了可随水流流向改变方向的仿鱼尾式整流罩抑制涡激振动的新概念。
针对低雷诺数下的细胞和生物体的运动特征,围绕流固耦合、剪切应力对细胞的力学生物学刺激、分子-细胞多尺度耦合等复杂问题,开展了人体微循环系统疾病、癌症及其转移、以及鱼类仿生流动的多学科交叉研究,取得有特色的研究成果。
以先进结构材料和智能材料的力学分析为特色的固体力学学科,长期致力于复合智能材料与结构的力学行为的研究,在界面力学及损伤理论、近场动力学、材料与结构损伤检测和反分析、多尺度力学与表征、材料和结构的断裂、疲劳、蠕变、微纳米力学等方向上形成了显著的研究特色,参与我国大型飞机创新工程,为复合材料结构稳定性和非线性大变形设计做出了贡献。
本学科与国内外学术界和企业建立了广泛的合作。参与大飞机创新工程和复合材料在飞机工程应用分析,与中国商飞和西安第一飞机设计院等建立了广泛科研合作。与国外著名大学(如美国加州大学欧文分校、加州大学伯克利分校、澳大利亚西悉尼大学等)开展深入科研合作和学术交流。多名老师在国际学术期刊担任副主编、编委等学术职位。
复合材料与结构的力学行为
围绕土木工程、航空航天工程和电子工业等中棘手的力学问题,在钢管-混凝土结构、FRP-混凝土结构、复合材料、金属材料和压电材料等研究方向开展相关研究,开展相关理论和试验研究,给出了相关材料和结构的理论模型和失效机理,为这类结构和材料的安全使用提供了原始试验数据和数学模型。
围绕混凝土结构老化加固和涂层结构疲劳失效,在FRP加固混凝土结构和金属基薄膜涂层等研究方向开展研究工作,发展了新的理论分析模型和模型试验方法,揭示了界面的真实失效机理,全面支持了双材料结构的发展和应用。
围绕新型材料和结构的发展,在纳米纤维增强复合材料、可持续混凝土、纳米材料穿膜和微纳米谐振器等研究方向开展研究,发展了全新的多尺度实验表征和建模方法,全面支持了微纳米材料和结构的应用和发展。
由刘延柱教授创建的上海交通大学一般力学(动力学与控制)学科是国内最早具有博士与硕士学位授予权的单位之一,长期开展陀螺动力学、多体系统动力学、时滞系统动力学和非线性动力学研究。陀螺动力学与多体系统动力学在国内处于领先水平。曾获省部级以上奖6项。
近十年来,本学科在洪嘉振教授带领下,将基础理论、计算方法和应用软件工程紧密结合,出版了多部专著。发展了多体系统刚-柔耦合动力学建模理论和计算方法,并开发了具有自主知识产权、能处理任意拓扑的刚-柔耦合多体系统动力学与控制问题的仿真软件系统。主持完成多项国家自然科学基金重点项目、面上项目与青年基金项目、军口863项目。以航天工程为背景,为复杂航天器系统结构总体与控制总体的预先研究项目和型号关键问题服务,发挥了重要作用。
同时,时滞动力学与控制研究方向在多项国家自然科学基金项目的支持下,在线性和非线性系统、连续时间和离散时间系统的时滞控制律设计、时滞系统稳定性、时滞辨识、时滞正反馈和负反馈控制设计等方面进行了深入和卓有成效的探索,开展了大量柔性结构时滞反馈控制的实验研究。研究成果获得上海市自然科学奖,多本研究生学位论文获得上海市优秀博士和硕士学位论文。
学科教师心系学生,教学成绩突出,曾获上海市教学成果二等奖、上海交通大学首届教师育人团体一等奖和教学成果特等奖、宝钢优秀教师奖、唐立新教学名师奖、校最受学生欢迎的教师奖等。
本学科与国内外学术界建立了广泛的合作。多名教师曾任中国力学学会理事、教学工作委员会副主任、动力学与控制专业委员会副主任和委员;中国振动工程学会非线性振动专业委员会委员、结构动力学专业委员会委员;中国自动化学会空间及运动体控制专业委员会副主任;上海市力学学会理事、动力学与控制专业委员会主任和委员、振动力学专业委员会委员;亚洲多体系统动力学学术会议执行委员会副主席,国际多体动力学联合会议执行委员会委员等。
以航天工程为背景,为复杂航天器系统(包括卫星、空间站、运载器与武器)的结构总体与控制总体的预先研究项目与型号关键问题服务。在多体系统动力学与控制领域的建模理论、控制设计、计算方法、应用软件开发与工程应用等方面进行了系统而有成效的研究工作,其研究特色是将建模理论、计算方法与应用软件研制三者紧密结合,取得了多项成果。
围绕主动控制中的时滞问题开展科学研究,在时滞控制律的设计、时滞系统稳定性、时滞实验等方面开展了大量的深入探索。
以随机激励的工程结构/机械系统为背景,系统地研究了多自由度系统随机振动的基础理论问题,包括首次穿越、随机响应、随机稳定性等问题。
工程力学实验中心建制于1996年9月,由1956年成立的流体力学实验室、固体力学实验室和1977年成立的一般力学实验室及计算机房组成,实验室面积3630多平方米,仪器设备7000多万元。中心现有专职人员16名,其中教授2名,副高职称以上人员10名,研究生学历人员10名。1997年中心通过上海市教委评估成为首批上海市基础实验室,2007年被评为上海市和国家级实验教学示范中心建设单位,2012年通过教育部验收。2013年力学性能测试平台纳入学校分析测试中心,并通过国家CMA计量认证资质认定。
中心面向全校工科专业包括船舶海洋工程、土木工程、机械工程、动力与能源、航空航天、材料工程、环境工程、精密仪器等17个专业,开设了理论力学、材料力学、流体力学、工程力学、材料与结构力学性能、疲劳与断裂、复合材料力学、实验应力分析、振动测试与控制、流场测量等现代力学测试技术及实验教学课程,建立了完善的分层次、模块化,全面开放的实践教学体系,满足不同层次不同专业本科生和研究生课内外创新实践能力培养的需要,是学校最重要的创新实践教学基地之一。中心建设国家精品课程3门,上海市精品课程3门。2009年获得国家教学成果二等奖。学校力学基础课教学团队的主要成员,2010年评为国家级优秀教学团队。2010年“工程力学实验”课程获得上海市精品课程称号。2014年“工程力学实验教学体系建设”获得上海市教学成果一等奖。
中心拥有MTS疲劳试验机、高低温材料试验机、激光扫描测振系统、振动台、原子力显微镜、三维云纹干涉仪、循环风洞、水洞、风浪流水槽、PIV流场测试系统、高速采集系统等一批先进的测试仪器和试验装备,在结构材料力学性能、应力应变测试、疲劳强度试验、复合材料性能研究、动力学与振动控制、振动和噪声测量、流体力学试验研究等方面有着丰富的经验。中心依托力学国家一级重点学科,完成了国家重点和重大项目。长期以来中心积极扩大对外交流和服务,与国内外知名公司和研究所建立了紧密的合作关系,近几年与美国MTS公司成立联合疲劳断裂力学实验室,与韩国国立首尔大学成立仪器压痕技术联合实验室,与国家核电成立燃料组件联合试验基地等,为解决船舶、土木、能源、交通、航空航天、核工程等领域中的重大问题做出了重要的贡献。
科学研究
合作项目
实验教学环境
试验设施
气浮动力学仿真平台 | 扫描式激光测振仪 | 100kN电磁振动台 |
高速全场应变DIC测量系统 | 岛津高低温万能试验机 | MTS疲劳试验机 |
波浪水槽 | 重力式循环水洞 | CAP1400自主化燃料组件机械试验台架 |