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2013年 34卷 1期
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论文
简报
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       论文
1 离子交换膜金属复合材料力－电耦合变形数值模拟
樊建平
本文基于电场-化学场-机械场耦合作用机理，采用数值模拟方法，研究离子交换膜金属复合材料(Ionic Polymer Metal Composites 简称IPMCs)宏观变形的细观机理。借用大型商业有限元软件ANSYS开发平台，结合MATLAB编制用户子程序，制定了数值分析流程，给出了典型IPMC悬臂梁宏观挠曲变形结果。文章重点研究了IPMC板迭层结构的输出力效率、金属电极层的厚度最佳值和非均匀挠曲变形细观机理的宏观分析方法，计算结果与实验比较以显示数值方法的正确性。文章的研究结果对材料工作者合理的制作IPMC致动器产品，具有理论指导意义。
2013 Vol. 34 (1): 1-6 [摘要] ( 283 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 369 )
7 点蚀演化及腐蚀疲劳裂纹成核的能量原理
黄小光;许金泉
作为一种不可逆的热力学过程，腐蚀疲劳的点蚀演化受到体系应变能、表面能和电化学能的共同影响。基于能量学原理,对腐蚀疲劳点蚀演化过程中的能量问题进行探索性研究。引入双变量半椭球模型描述点蚀的演化过程，推导了点蚀形状参数在演化过程中的变化方程。基于应力强度因子准则建立点蚀向疲劳裂纹转化的临界条件，同时分析应力振幅对腐蚀疲劳裂纹成核寿命的影响。
2013 Vol. 34 (1): 7-12 [摘要] ( 279 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 357 )
13 裂纹扩展独立于网格的一种有限元单元子划分方法
潘清;ZHOU Chu-wei
提出了一种有限元模拟裂纹扩展的单元子划分结合子结构的方法。本方法中，裂纹可以进入或穿过一个单元，或沿单元的边界扩展，因此裂纹可以沿任意路径扩展而不受初始网格的限制。对上述几类包含裂纹的单元按照裂纹的路径进行子划分，覆盖一条裂纹的所有子划分单元就组成了一个子结构，子结构规模随裂纹的扩展而增大。子结构中因单元子划分而新增的结点自由度，通过自由度的凝聚用初始网格结点的自由度表示，因此结构整体分析的总自由度不变。以上述方法为基础建立了裂纹萌生和扩展的准则。用本文的方法分析了单（双）材料无限大平面中心（界面）裂纹的裂尖场，验证了本文方法的精度，并模拟了颗粒复合材料中微裂纹在颗粒、基体和界面中逐步扩展的过程，考核了本文方法对复杂裂纹扩展问题模拟的适用性。
2013 Vol. 34 (1): 13-19 [摘要] ( 297 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 388 )
20 无量纲载荷分离法在延性断裂韧性测定中的应用
包陈;蔡力勋;石凯凯
鉴于现行载荷分离理论中存在的量纲不对等问题，依据相似原理提出了无量纲载荷分离法。弹塑性有限元分析结果较好地验证了对应于CT和SEB试样的无量纲载荷分离的普适性。基于无量纲载荷分离新方法，提出了改进的分离参数Spb法。新方法消除了参考钝裂纹试样及标定点选择的影响，通过同卸载柔度法的对比研究，新方法的可行性得到了验证。采用新方法完成了某输气管道焊接球阀的CTOD评定。
2013 Vol. 34 (1): 20-30 [摘要] ( 232 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 351 )
31 复合型裂纹断裂的新准则
任利;朱哲明;艾婷;谢凌志;张茹
以Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹为研究对象，对裂纹尖端的塑性区分布规律进行了理论分析。引入两组评价裂纹尖端应力场对裂纹扩展影响的参数，考虑裂纹尖端存在的局部塑性变形，并采纳如下两个假设，(1)裂纹沿最短路径穿过塑性区向弹性区扩展，(2)当在扩展方向上的弹塑性边界极半径r大于其临界极半径rC时，裂纹开始扩展。在此基础上，导出了新的复合型裂纹断裂准则，并与现有部分断裂准则及实验结果进行了对比。结果表明：新建立的复合裂纹断裂准则与实验结果吻合程度非常高。最后，阐明了以单一KIC或KIIC建立的复合裂纹扩展准则的局限性以及考虑裂纹尖端当前应力场的必要性。
2013 Vol. 34 (1): 31-37 [摘要] ( 563 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 406 )
38 复杂裂纹问题的多边形数值流形方法求解
张慧华;祝晶晶
数值流形方法是一种能统一处理连续和不连续问题的有效数值方法。该方法采用的数学覆盖系统可完全独立于物理域，能很好地求解各类裂纹问题，而n边形单元（n>4）则具有网格划分灵活，求解精度高等优点。本文基于数值流形方法，采用正六边形数学单元求解线弹性复杂裂纹问题。在导出相关方程的基础上对典型裂纹问题进行了分析，通过互能积分法得到了裂尖的应力强度因子，计算结果与参考解吻合得较好。除此之外，文中还对不同单元上的求解精度进行了比较，结果表明采用正六边形单元的求解精度较正四边形单元和正三角形单元上的精度均更高。
2013 Vol. 34 (1): 38-46 [摘要] ( 227 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 425 )
       简报
47 基于拓展多尺度有限元的点阵材料结构最小柔顺性设计
阎军;胡文波;段尊义
本文应用拓展的多尺度有限元法（Extended Multiscale Finite Element Method)，以微观构件的截面积为设计变量，研究了体积约束下点阵材料构成结构的最小柔顺性设计问题。建立了适应具有复杂几何形状和载荷边界的点阵材料结构的优化模型，应用序列二次规划算法对悬臂梁和L形梁算例在线性边界条件和周期性边界条件下进行了优化设计，讨论了点阵材料微结构尺寸效应对优化结果的影响，验证了优化模型和求解算法的可靠性，为点阵材料应用于复杂实际工程结构的优化设计提供了新的技术手段。
2013 Vol. 34 (1): 47-54 [摘要] ( 392 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 415 )
55 正交各向异性板中非主轴方向的Lamb波
何存富;刘宏业;刘增华;吴斌
基于线性三维弹性理论，采用勒让德正交多项式展开法，推导了波沿正交各向异性材料非主轴方向传播时的Lamb波耦合波动方程，并对耦合波动方程进行了数值求解。为验证该方法的适用性和正确性，首先将此方法应用于各向同性材料，并与已知的数据结果进行了比较；然后以单向纤维增强复合材料为例，计算了耦合Lamb波沿不同的非主轴方向传播时的相速度频散曲线，并分别研究了传播方向改变时低阶模态Lamb波和高阶模态Lamb波频散特性的变化。最后，针对潜在用于各向异性复合材料结构健康监测的耦合Lamb波低阶模态，给出了其在不同传播方向时的相速度分布和群速度分布。同时，结合低阶模态Lamb波的位移分布特性和材料的各向异性特点，阐释了S0模态对波的传播方向变化最为敏感的原因。
2013 Vol. 34 (1): 55-62 [摘要] ( 281 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 352 )
63 复合材料层板冲击损伤响应的能量和接触力研究
王一飞;张晓晶;汪海
摘 要：本文以复合材料层压板标准冲击试样，用落锤试验、冲击后压缩试验的手段研究了三种不同铺层的低速冲击特性。分析了冲击响应接触力、能量的基本特性和变化规律，发现冲击能量相对于板阻抗水平的不同会导致接触力-时间曲线形状的差异。从冲击总能量、吸收能量和损伤耗散能量的角度阐释了能量和接触力与层压板损伤、变形、压缩剩余强度的关系，损伤直接取决于吸收能量，与冲击总能量有较好的正相关关系，但与接触力无明显联系。最大接触力是仅取决于板损伤阻抗性能的一个门槛值。同时，进行了冲击过程动态有限元模拟，得到了冲击响应参数曲线和损伤结果，与试验结果有较好的对应关系。
2013 Vol. 34 (1): 63-72 [摘要] ( 261 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 392 )
73 空心颗粒填充复合材料的建模与弹塑性仿真计算
梁希;李慧剑;余为;姜鑫;张遵乾
空心玻璃微珠（hollow glass microballon，简称HGM）填充复合材料称为复合泡沫材料，近来已被广泛应用在工业中。利用RSA(Random Sequential Adsorption)方法生成了含不同体积比的HGMs填充代表体元模型，然后用有限元方法计算得出了材料的应力-应变关系，将材料属性简化为双线性随动强化模型，分析了HGM填充比、壁厚对材料的有效弹性常数、屈服极限的影响，并分析了材料内部细观应力场和塑性应变分布情况。结果发现，HGM壁厚比对材料有效弹性模量和屈服极限的增减起着决定性作用，而对于任意填充模式来说，其比模量和比强度总是大于纯树脂，这一点体现了该材料轻质的优良特性。材料基体的应力集中部位分布以及塑性应变区域的分布也取决于HGM的壁厚比。
2013 Vol. 34 (1): 73-82 [摘要] ( 294 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 385 )
83 基于重构相空间的结构损伤识别方法
聂振华;马宏伟
介绍了混沌理论中相空间重构技术，应用到结构损伤检测与健康监测中。以单自由度弹簧振子为例分析了基于相空间拓扑结构变化的损伤检测方法的可行性，结果表明，当弹簧的刚度降低，相空间拓扑结构发生明显变化，表明该检测方法是可行的。利用相空间重构技术，直接将结构动态响应以相空间的形式展开，根据损伤前后相空间拓扑结构的变化，提出了新的损伤因子。为了验证本方法的可行性与可靠性，进行了圆拱结构动态实验并进行损伤识别。实验结果表明，本方法能够成功地识别出圆拱结构的损伤位置及损伤程度，且灵敏度较之常用的动力指纹方法有了很大的提高。本方法只需单个测点就能计算出该点损伤因子的值，可作为结构整体参量来监测结构是否存在损伤以及结构健康状况
2013 Vol. 34 (1): 83-92 [摘要] ( 313 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 358 )
93 基于离散-连续耦合方法的地下结构在地震中破坏过程模拟
金炜枫;周健
基于改进后的土体离散-连续耦合算法，对坂神地震中产生塌陷的神户大开地铁车站的破坏过程进行了数值模拟。通过改进适用于Lagrange乘子法求解的优化模型，来强化离散和连续模型在耦合边界上力的相容性，将改进后的算法嵌入离散-连续耦合动力模型。在耦合边界通过交换速度和力保证耦合模型的连续性，通过自振柱模拟和循环双轴模拟使离散区域土体的宏观动力属性与连续土体模型一致。土体离散-连续耦合方法可以从细观尺度描述重点考察区域土体和结构的破坏过程，并有效降低离散元的模拟规模。模拟得到的车站破坏形式与文献中现场情况非常接近，并且从定量角度与已有文献中基于连续体的模拟结果进行比较。
2013 Vol. 34 (1): 93-102 [摘要] ( 227 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 374 )
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22 Acta Mechanica Solida Sinica入选2021年国际影响力TOP期刊榜单
22 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”
22 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”
22 2020年度Acta Mechanica Solida Sinica 影响因子达到2.161
22 重要通知
22 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
22 Acta Mechanica Solida Sinica (AMSS) 入选“2019中国最具国际影响力学术期刊”
22 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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