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2025年 46卷 5期
刊出日期：2025-10-27
研究论文
研究论文
571
基于数据-物理融合驱动方法的Ti6Al4V多轴疲劳寿命预测研究
孙兴悦 刘耘宇 马玉娥 张卫红
随着增材制造Ti-6Al-4V合金在航空航天与高性能结构领域的广泛应用，其在复杂载荷条件下的疲劳性能研究日益重要。针对传统数据驱动方法在小样本和多轴加载条件下存在预测精度不足与物理一致性欠缺的问题，本文基于Mises等效应力方法构建了一系列数据-物理融合驱动模型，通过引入先验物理信息以强化数据驱动模型对多轴疲劳机理的建模能力。以激光粉末床融合（L-PBF）Ti-6Al-4V材料为研究对象，对比了人工神经网络、随机森林与支持向量机等多种数据驱动方法性能，并评估了包括物理信息特征工程、物理信息损失函数和物理信息残差连接等不同先验物理信息嵌入策略对数据驱动模型性能的影响。结果表明，所提出的物理信息残差网络模型在低寿命区间和多轴加载条件下表现出更高的预测精度与物理一致性，为构建物理可信的疲劳寿命预测模型提供了借鉴和参考。
2025 Vol. 46 (5): 571-588 [
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应力函数法计算角度非均质材料切口奇异应力场
潘伟 杨永育 程长征
提出了一种将有限元分析与应力函数相结合的方法，来确定角度非均质材料V形切口结构的奇异应力场。首先，基于奇异性特征分析，得到角度非均质材料切口的应力奇性指数。然后，通过引入Williams渐近展开表示的应力函数，将角度非均质材料控制方程和相容方程转化为常微分方程，求解获得应力函数的具体表达式。进而，由有限元应力结果计算出应力函数渐近展开中的系数。最后，重构出角度非均质材料切口尖端附近奇异应力场。论文分析了选取的有限元结点数，特征距离和截断项数对应力强度因子计算结果的影响。选取不同的有限元结点数时，应力强度因子呈水平线，说明有限元结点数的选取不影响计算结果的稳定性。当截断项数较少时，应力强度因子随着特征距离的增大而逐渐变化，而当截断项数取到五至六项时，应力强度因子随着特征距离的增大而保持稳定。
2025 Vol. 46 (5): 589-597 [
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598
基于特征函数展开-变分法的多涂层纳米纤维复合材料纵向剪切有效性能
肖俊华 郑欣 信玉岩
本文基于细观力学单胞法和Gurtin-Murdoch表面弹性理论，研究了周期纳米多涂层纤维复合材料在纵向剪切载荷作用时的弹性场和有效弹性性能。利用周期微结构的单胞泛函变分方法和特征函数展开法，给出了周期纳米涂层复合材料有纵向剪切有效模量的解析解。所得解答与已有结果比较的一致性说明了本文方法的有效性。通过改变多涂层的微结构参数，可以调控周期纳米纤维复合材料材料的宏观有效性能。算例中讨论了涂层力学性能、涂层几何参数、表面性能和纤维体积分数对复合材料有效性能的影响。本文提出的方法和所得结果为周期纳米涂层纤维复合材料力学性能的预测和调控提供了理论依据。
2025 Vol. 46 (5): 598-609 [
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610
主系统有阻尼的负刚度动力吸振器的参数优化与实验研究
吴浩 赵艳影 涂建文 肖相志 周龙华
传统的动力吸振器参数设计通常忽略主系统阻尼，但在实际结构中，阻尼是不可避免的，忽视这一因素可能导致结果的显著误差。本研究针对含放大机构的负刚度动力吸振器，首先建立了系统的运动微分方程并求得其解析解。由于主系统存在阻尼，固定点理论失效，只能通过数值方法求解出系统的最优参数。随后，对主系统振幅的表达式进行无量纲化，采用最小化-最大振幅的优化方法得到了系统的最优参数，并通过数值仿真验证了解析解的准确性。研究表明，与传统的动力吸振器相比，考虑主系统阻尼可有效提高系统减振效率，并减少主系统振幅对激振频率的依赖性。最后，设计了含放大机构的动力吸振器减振实验，通过采用不同类型动力吸振器和不同阻尼值的对比验证了接地负刚度装置良好的减振性能。
2025 Vol. 46 (5): 610-625 [
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626
夹杂物尺寸对圆形介电弹性体薄膜作动器力电行为的影响
缪广红 赵思露 袁 成 李 顺 朱仕强
基于平衡态热力学理论并结合Gent超弹性材料模型，本研究建立了描述内压和电压共同作用下圆形介电弹性体薄膜作动器的力电耦合本构模型。通过理论分析和数值计算，系统研究了夹杂物尺寸对圆形薄膜力电响应行为的影响。数值模拟结果显示，夹杂物尺寸变化主要影响薄膜内边界而非外边界。更重要的是，增大夹杂物尺寸能有效抑制电压作用下薄膜竖向位移、拉伸比和真实应力的剧烈波动，显著改善薄膜的电场分布特性：一方面使薄膜内边界电场分布趋于稳定，另一方面提升了整体电场的均匀性，使得薄膜的临界电场强度得到明显提高。该研究为优化设计高性能介电弹性体薄膜作动器提供了重要的理论依据和技术指导。
2025 Vol. 46 (5): 626-641 [
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642
基于格栅增强的端部折纸复合管件能量吸收性能研究
李海燕 明世朝 周才华 滕晨皓 宋志博
为提升轻质薄壁管件能量吸收性能，将轻质格栅结构引入至端部折纸管件内部，提出一种新型高吸能性能复合构型。针对复合管件开展准静态轴压试验与有限元分析可知，复合管件变形过程中外部折纸管件可引导内部格栅结构变形。相较于单一端部折纸管件，内部格栅结构的引入可使整体结构平均力提升14.77 %。进而，开展了格栅及管件厚度比、格栅纵向胞元数目、格栅构型宽度比等关键参数对复合管件吸能性能的影响研究。结果表明，关键参数的变化可较大程度影响复合管件刚度，使其发生对称变形、钻石变形、延展变形及混合变形等多类变形模式，使其吸能性能出现较大差异。其中，改变内部格栅厚度及宽度比可使结构平均力提升达30.75 %。最后，基于超折叠单元法开展了复合管件平均力理论预测，理论预测结果与试验结果误差为12.1%。综上所述，本研究提出的格栅增强端部折纸复合管件兼具工艺简便性与优异吸能特性，其创新构型设计可为同类复合管件的结构优化与性能提升提供重要理论指导与工程参考。
2025 Vol. 46 (5): 642-654 [
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655
含渐近状态边界面的粗粒土亚塑性模型
何锋 胡盛亮 徐勇清 童晨曦 蔡靖 李海潮
粗粒土的力学行为受相对密度、应力水平和加载路径等因素影响，具有低围压剪胀和高围压剪缩等变形特点。对此，本文建立了含渐近状态边界面的粗粒土亚塑性模型，考虑渐近状态边界面几何形状对模型计算结果的影响，并在此基础上确定粗粒土在剪切过程中的流动方向。其次，定义了新的密度因子，根据 e-p 平面中当前状态点和临界状态线之间的相对位置关系确定密度因子的大小，据此考虑粗粒土力学行为的状态相关性。将模型计算结果和长河坝I型堆石料以及粗粒土的三轴压缩试验结果进行对比，初步验证了该模型的有效性。结果表明，在排水剪切过程中，增大围压会减弱粗粒土的剪胀变形趋势，其应力-应变曲线主要表现为应变硬化。而在不排水试验条件下，试样内部产生的超孔隙水压随轴向应变有减小的趋势。对此，本文建立的粗粒土亚塑性模型可以进行合理描述，为岩土数值分析提供了新的技术手段。
2025 Vol. 46 (5): 655-666 [
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667
置换式混杂芯层构型下点阵夹芯结构的力学性能与变形机制
黄职榮 丁晟 李毅波
本文基于混杂点阵夹芯结构的力学性能调控需求，探究了其芯层点阵结构单元的混杂组合方式对其力学性能和变形机制的影响规律。基于8种典型点阵结构单元在压缩载荷下的比模量与屈服应力的响应，筛选出几何参数、力学性能差异显著的4种单元，并依据空间排列可行性构建了10种置换式混杂芯层结构。采用熔融沉积成型（FDM）技术制备了其对应的点阵夹芯结构，结合压缩试验与有限元数值模拟，揭示了置换方式对结构承载特性与变形模式的作用机理。研究表明：置换单元与基体单元的性能差异主导着混杂结构的变形模式演变，弱单元置换强基体时芯层优先进入承载阶段，较同构基体整体比模量分别下降41.78%和25.58%、屈服应力分别下降45.19%和26.07%，且在相同置换体积分数条件下，各组合的性能表现趋于一致；而强单元置换弱基体则延后了芯层的致密化过程，使上下层承担更多载荷，其比模量最大偏差与平均偏差均不足10.5%和4.2%、屈服应力偏差分别为14.0%和6.6%。
2025 Vol. 46 (5): 667-680 [
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金属含能射流作用钢靶的侵彻深度工程模型研究
王健 李强 王在成 王沛涵 王启云 安豪
针对现有的侵彻深度工程模型未能充分考虑金属含能射流冲击释能反应与侵彻深度的耦合作用效果，通过分析金属含能射流侵彻钢靶的物理过程和射流冲击释能反应特性，结合准定常理想不可压缩流体力学理论，引入射流瞬态反应作用时间，分阶段考虑冲击释能反应超压峰值到达时机和弹靶强度效应对侵彻深度的影响，建立了金属含能射流弹靶耦合作用侵彻深度工程模型，基于工程模型研究了侵彻深度随射流瞬态反应作用时间的变化规律。试验验证工程模型预测值与试验实测值误差在10%以内，模型对聚能装药结构设计及装甲目标的破坏效果评估具有一定的指导作用。
2025 Vol. 46 (5): 681-692 [
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693
新型蜂窝结构的耐撞性能研究
李成兵 肖 可 李 锐 冯旭鹏 彭俊恒
为提升金属蜂窝结构抗冲击能力，提出了封闭弯折型蜂窝、内凹填充型蜂窝、星形曲边型蜂窝三种新型抗冲击防护结构。采用显示动力学方法对蜂窝的耐撞性进行了数值模拟，分析各冲击速度下三种蜂窝的变形特征和能量吸收能力。研究结果表明：三种蜂窝结构的变形模式与胞元结构和冲击速度有关。封闭弯折型蜂窝名义应力和能量吸收效率优于其他结构；蜂窝胞元的几何参数不影响名义应力-应变曲线的变化趋势。封闭弯折型蜂窝弯折角度越大、平台应力值越高，密实应变值降低。在中速冲击时，60°封闭弯折型蜂窝结构的平台应力相较45°结构提升了19.5%；提高相对密度能有效的提高蜂窝结构的吸能效率，高密度60°封闭弯折型蜂窝结构的比吸能相较于低密度提升了207.6%。
2025 Vol. 46 (5): 693-706 [
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编辑部公告
Acta Mechanica Solida Sinica入选2021年国际影响力TOP期刊榜单
祝贺！AMSS和《固体力学学报》编委清华大学张一慧教授喜获第三届“科学探索奖”
祝贺！《固体力学学报》编委湖南大学姜潮教授喜获第三届“科学探索奖”
2020年度Acta Mechanica Solida Sinica 影响因子达到2.161
重要通知
固体力学学报2020年第2期和第3期刊出《固体材料的多尺度与多场耦合力学》专辑
Acta Mechanica Solida Sinica (AMSS) 入选“2019中国最具国际影响力学术期刊”
余寿文教授、黄玉盈教授获得AMSS特别贡献奖（Special Contribution Award）
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