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2011年 32卷 3期
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       论文
217 泡沫铝率相关本构模型及其在三明治夹芯板冲击吸能特性的应用研究
寇玉亮;陈常青;卢天健
高孔隙率泡沫铝芯体三明治板具有轻质、高比刚度和减振吸能等优良的力学特性和物理特性，被广泛地应用于碰撞吸能部件上。近年来，高孔隙率泡沫铝在动态压缩下是否具有应变率敏感性成为广大学者的研究焦点。本文建立了横观各向同性率相关本构模型来描述高孔隙率泡沫铝的应变率效应，给出了有限元的计算步骤，基于ABAQUS/Explicit平台开发了子程序VUMAT，并在单个单元模型中验证了计算结果的稳定性和可靠性。将其作为三明治板芯体的材料属性，研究了不同率敏感系数对整个结构冲击吸能能力的影响。结果表明，随着率敏感系数的增加，芯体吸收的能量也随之增加，而底面面板的变形会越小，再一次验证了该子程序可以用来描述泡沫铝的应变率效应。采用该率相关模型及其子程序VUMAT，可以对泡沫铝夹芯三明治板的冲击力学特性进行很好的有限元模拟，对工程实际应用具有一定的指导意义。
2011 Vol. 32 (3): 217-227 [摘要] ( 1392 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 367 )
228 岩石多轴与常规三轴强度的关系
张传庆;周辉;冯夏庭
在各向异性应力状态下，岩石强度的中间主应力效应已被很多的试验所证实。基于真三轴试验结果和多轴强度准则，研究了同一中间主应力系数下岩石的多轴强度与常规三轴强度之间的关系。结果表明，在相同的中间主应力系数下，岩石的多轴与常规三轴的强度曲线具有相同的形式。对于常规三轴强度特征符合Mohr-Coulomb准则的岩石，中间主应力对岩石强度中的粘结效应影响明显，随着中间主应力系数的增大，粘结效应先增大而后降低；而其对岩石内摩擦效应的影响甚微，可以忽略。不同岩石多轴强度中间主应力效应的强弱主要取决于该种岩石的内摩擦角，内摩擦角越大，其中间主应力效应越强烈。研究还表明，在已知中间主应力效应函数的前提下，可采用岩石常规三轴的强度参数直接作为其多轴强度准则的参数，这对于解决众多工程因缺乏真三轴试验数据而无法应用多轴强度准则的问题具有重要的意义。
2011 Vol. 32 (3): 228-234 [摘要] ( 1326 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 376 )
235 高强度钢的超高周疲劳裂纹扩展模型研究
黄志勇;陈伟;吴铁鹰
当疲劳寿命在106或107周时，Wöhler S-N 曲线被看作渐近于水平轴，107的疲劳强度被看成是疲劳极限。现代应用要求延长零件的工作寿命，实际齿轮部件应用超过107循环的疲劳失效。本文应用压电超声疲劳试验机对经过热处理和渗碳处理后的低铬合金钢材料进行研究，采用红外摄像仪观测试件表面的温度场随疲劳裂纹萌生和扩展的过程。试验条件是室温，应力比为0.1（R=0.1），频率为20KHz。通过对表面渗碳处理后试件的断口分析，探讨表面渗碳处理、微观结构和与杂质有关的断裂机理，根据Paris公式建立超高周疲劳裂纹扩展模型。对裂纹扩展过程中裂纹尖端的塑性区的分析结果，结合传热学原理，建立热耗散模型，有限元方法的数值解结果较好地符合红外摄像仪的观测的试验结果。
2011 Vol. 32 (3): 235-241 [摘要] ( 1299 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 405 )
242 一种脆性材料动态本构损伤参数的计算反求方法
伍乾坤;韩旭;胡德安
提出一种利用平板撞击的瞬态速度剖面响应来反求陶瓷脆性材料的动态本构损伤参数的方法。通过数值模拟再现平板撞击试验中的正平面波在飞片、样品和窗口材料中的传播情况，分析了“样品/窗口”界面瞬态速度剖面响应与材料参数之间的映射关系，进而建立了用响应反求本构参数的反问题，且通过一些数值试验验证该反问题是适定的。基于平板撞击速度剖面响应反求的方法，为快速地获得高应变率下一些传统方法难以测定出的本构参数提供新途径。
2011 Vol. 32 (3): 242-248 [摘要] ( 1171 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 351 )
249 一种适用于强非线性结构力学问题数值求解的修正小波伽辽金方法
王记增;刘小靖;周又和
本文通过对有限区间上的任一连续函数在边界处采用基于泰勒展开的延拓处理，构造了一种与任意边界条件相协调的改进小波尺度基函数及在此基础上建立了小波逼近格式，由此可有效避免小波逼近在求解微分方程时在边界处的跳跃或抖动问题。在此基础上，未知函数的任意非线性项的小波展开可以显式地用原未知函数展开系数表征，然后结合本文后两位作者提出的广义小波高斯积分法，建立了一种可适用于求解任意强非线性的梁弯曲问题的小波伽辽金方法。该方法具有解的封闭性与计算简单等特点。通过定量求解包含幂次非线性与非幂次非线性项梁的两例大挠度弯曲问题，所得结果表明本文所建立的方法具有良好的数值精度。
2011 Vol. 32 (3): 249-257 [摘要] ( 664 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 409 )
258 旋转SMA纤维混杂复合材料薄壁梁的自由振动
任勇生;杜向红;姚文莉
提出一个具有SMA主动纤维的旋转复合材料单闭室薄壁截面梁的耦合自由振动分析模型。基于Hamilton原理并结合SMA纤维复合材料薄壁梁的二维截面内力（矩）与位移（转角）关系方程，导出旋转单闭室截面薄壁复合材料梁的1D耦合自由振动分析模型。该模型还考虑薄壁梁调矩角和预锥角的作用。采用Galerkin法求解振动模型,获得梁耦合振动固有频率的近似解。将本文建立的模型与计算方法，应用在周向均匀刚度配置（CUS）构型和周向反对称刚度配置（CAS）两种典型的复合材料薄壁的振动分析，获得了挥舞-摆振耦合、解耦扭转振动以及挥舞-摆振-扭转耦合振动固有频率近似解。通过数值计算揭示了SMA纤维含量与初始应变、铺层角、旋转速度、调矩角以及预锥角对各种耦合形式的振动固有频率的影响规律。
2011 Vol. 32 (3): 258-276 [摘要] ( 711 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 397 )
       简报
277 应用内聚力模型研究人牙本质裂纹扩展的升阻能力
张东升;安兵兵
目的 研究裂纹沿牙本质小管和垂直于牙本质小管扩展的断裂韧度，揭示牙本质各向异性的阻力曲线性质。 方法 采用断裂力学中的内聚力模型，结合有限元法分析牙本质中裂纹扩展的阻力曲线。 结果 分析表明牙本质的断裂韧度随着裂纹扩展而增大，表现出上升的阻力曲线(R-curve)特性，但裂纹沿牙本质小管扩展的断裂韧度要大于裂纹垂直于牙本质小管扩展的断裂韧度。 结论 基于内聚力模型所得到的数值模拟结果与实验结果吻合，本文的研究揭示了牙本质各向异性的阻力曲线性质。
2011 Vol. 32 (3): 277-281 [摘要] ( 1281 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 348 )
282 有效弹性模量微分法的一种近似解法
吴云章;兑关锁
鉴于Eshelby张量在整个微分法的“取出—添入”过程中的变化对等效模量变化影响较小，从而推出了微分法的近似显式解。该近似解形式简捷，计算方便，不仅适用于球形颗粒夹杂，也可以适用于随机短纤维夹杂等情况。所得结果与实验数据相当接近，从而促进微分法在实际工程中有着更广泛的应用。
2011 Vol. 32 (3): 282-286 [摘要] ( 646 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 384 )
287 纳米夹杂复合材料的有效反平面剪切模量研究
肖俊华;徐耀玲
基于Gurtin-Murdoch表面/界面理论模型，利用复变函数方法，获得了考虑夹杂界面应力时夹杂/基体/等效介质模型的全场精确解，发展了能够预测纳米夹杂复合材料有效反平面剪切模量的广义自洽方法，给出了复合材料有效反平面剪切模量的封闭形式解。数值结果显示：当夹杂尺寸在纳米量级时，复合材料的有效反平面剪切模量具有尺度相关性，随着夹杂尺寸的增大，本文结果趋近于经典弹性理论的预测值；夹杂尺寸对于有效反平面剪切模量(本文结果)的影响范围要小于其对有效体积模量与剪切模量(各向同性材料)的影响范围；有效反平面剪切模量受夹杂的界面性能和夹杂刚度影响显著。
2011 Vol. 32 (3): 287-292 [摘要] ( 1206 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 397 )
293 水泥基材料在宽围压范围的本构模型
张研;邵建富
本文首先进行了水泥石的三轴试验和静水试验，根据试验结果分析了宽围压范围下不同力学机理对水泥石宏观力学性能的影响。提出了基于热力学定律的剪切塑性、孔隙塑性与破坏准则相互作用的弹塑性损伤本构模型。该模型有效的考虑了围压对材料主要力学特征的影响，提出了与损伤准则相关联的塑性硬化函数。数值解答与试验结果比较表明，该本构模型可以很好地描述水泥石在低围压状态下的脆性、中围压下的脆-塑性转换以及高围压下的孔隙塑性为主的力学特征。
2011 Vol. 32 (3): 293-298 [摘要] ( 1287 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 361 )
299 基于空间连续尺寸场的动态均匀化方法
龙凯;左正兴;赵红伟
摘 要：提出了基于空间连续尺寸场的动态均匀化方法。方法以均匀化理论为基础，将各向同性蜂窝状微孔结构作为材料描述方式，合理的物理描述自然克服了动态优化中的局部模态现象。不同于将微孔结构尺寸变量依附于单元或节点，采用物质点对应的微孔尺寸为设计变量，基于修正过滤公式的形函数，构造了具有空间连续性的尺寸场，从而克服了棋盘格等数值不稳定性问题。基于复合函数求导法则，推导了总刚度阵、总质量阵等敏度表达式。以动态结构响应量最小化或最大化为目标，体积比为约束，建立了动态结构拓扑优化模型，通过二维结构数值算例对理论方法进行验证。结果表明，方法在连续体结构动态拓扑优化设计中具有可行性和有效。
2011 Vol. 32 (3): 299-305 [摘要] ( 649 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 381 )
305 旋转相似载荷下轴对称结构弹性响应的快速算法：旋转叠加法及其应用
毛勇建;李玉龙;黄含军;邓宏见
基于叠加原理，采用坐标旋转和线性叠加的方法，建立了求解旋转相似载荷下轴对称结构弹性响应的快速算法——旋转叠加法。文章首先给出了“旋转相似载荷”的定义，推导了相关计算公式，然后给出了一个应用实例，验证了算法的正确性和有效性，最后对相关问题进行了讨论。旋转叠加法巧妙利用了叠加原理和结构的轴对称性，对同一结构只需一次分析，即可通过简单算术运算得到多种载荷下的结构响应，为多工况结构分析提供了高效的计算手段。
2011 Vol. 32 (3): 305-312 [摘要] ( 604 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 364 )
313 夹杂角端部奇异热应力场分析
陈梦成
本文提出了一种分析热载荷作用下夹杂角端部奇异应力场的简便方法。该方法是通过三个物理过程来完成的，研究结果发现夹杂角端部奇异热应力场问题可以等效地表示成一个双向等拉伸载荷作用下的奇异应力场弹性问题。换句话说，我们可以直接利用双向拉伸载荷作用下夹杂角端部奇异应力场现有数值结果计算奇异热应力场数值解。与有限元热弹性分析结果表明，本文提出的等效方法是正确的、有效的
2011 Vol. 32 (3): 313-318 [摘要] ( 1199 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 394 )
319 SPH-FEM接触算法在冲击动力学数值计算中的应用
张志春
为了充分发挥光滑粒子流体动力学方法（smoothed particle hydrodynamics, SPH）易于处理大变形以及有限元（finite element method, FEM）计算精度和效率高的优势，本文基于无网格粒子接触算法，在有限元节点处设置背景粒子，通过接触力的方式计算SPH粒子和有限单元之间的接触问题。使用SPH-FEM接触算法分别对球头钢弹斜冲击钢板和平头钢弹正冲击钢板的情况进行了三维数值计算，SPH采用完全变光滑长度算法，FEM采用矩阵向量积的EBE（Element-By-Element）算法。将SPH-FEM接触算法的计算结果与LS-DYNA的计算结果以及实验结果进行了对比验证。
2011 Vol. 32 (3): 319-324 [摘要] ( 778 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 361 )
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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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