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2011年 32卷 2期
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       论文
0 周期性点阵桁架材料力学性能分析的一种新的多尺度计算方法
张洪武;吴敬凯;付振东
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本文提出一种周期性点阵桁架材料力学性能分析的新的多尺度方法。方法的主要思想是通过数值构造能反映周期性桁架材料单胞内部非均质性的多尺度基函数，从而在大尺度上求得单胞的等效刚度阵，大大减小了模型计算量。通过引入基函数的耦合附加项，以考虑多维矢量场问题不同方向间的耦合作用。数值研究表明，采用线性边界条件构造基函数有时会产生较强的边界效应，而超样本技术的振荡边界和周期性边界条件能很大程度地减少单胞边界强制变形产生的误差。特别是对于非均质特征尺度跟宏观单元尺度相近的单胞，本文提出的周期性边界条件具有很好的效果。所提出的方法的优点是，在所构造的多尺度有限元法的基础上，能较容易地进行降尺度计算，较准确地得到单胞内部小尺度上的应力应变信息，为材料强度分析的多尺度计算打下基础。
2011 Vol. 32 (2): 0-118 [摘要] ( 1399 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 740 )
0 基于柔顺性与热变形双目标的多孔材料与结构几何多尺度优化设计
阎军;邓佳东
DOI:
航天器结构轻量化是航天工程的永恒追求。但是航天器的承载结构受到苛刻的飞行载荷和热环境，热变形和热应力成为影响飞行器和关键器件性能的关键。多孔陶瓷材料以其出色的高温力学性能和轻质多功能应用潜力，成为构成此类结构最有竞争力的材料之一。本文采用拓扑优化技术针对由具有均一微结构的多孔陶瓷材料构成的结构，从结构和材料两个方面进行优化设计，在轻量化的同时使得结构具有较高的刚度和特定区域较小的热变形。 以机械载荷下的结构柔顺性和热载荷下结构特定区域的热变形为目标，以宏观密度和微观密度为两类独立的设计变量，对两个目标进行归一化处理，建立多目标优化模型。采用伴随法进行灵敏度分析，采用体积守恒的Heaviside密度过滤函数获得清晰的最优拓扑构型，采用序列二次规划算法求解此多目标优化问题。针对宏观结构与材料微结构两个几何尺度，在微观层次上采用SIMP惩罚策略，在宏观层次上采用带惩罚的多孔各向异性材料法（PAMP），借助均匀化方法建立两个尺度间的联系，通过优化自动确定实体材料在结构与材料两个尺度上的分配，实现宏观结构构型和材料微结构的多尺度并发优化设计。以机械载荷与热载荷作用下的夹层结构为例，给出了不同体积份数下的最优夹层结构及构成此夹层结构的多孔陶瓷微结构的最优构型。数值算例表明，给定材料用量较少时，多孔材料的使用可以使结构特定区域的热变形显著减小，同时保证结构具有一定的刚度。同时算例发现对此双目标优化问题存在一个“最优材料用量”，超过此最优用量后，继续增加材料用量无法进一步改善系统的多目标性能。最后讨论了夹层结构上下面板的不同壁厚对优化结果的影响。
2011 Vol. 32 (2): 0-132 [摘要] ( 1337 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 698 )
0 涂层结构中温度场的边界元解
张耀明;谷岩;袁飞;李功胜
DOI:
涂层结构由于其优良的物理化学性能而备受人们关注，但受其厚度尺寸的影响，涂层材料中物理量的数值计算一直是工程中的难点。边界元法分析涂层结构时，难点在于涂层子域的数值分析，边界量计算既涉及奇异积分又涉及几乎奇异积分。本文基于间接规则化边界积分方程，准确高效地计算奇异边界积分。针对计算边界量及内点物理量时涉及的几乎奇异积分，采用一类非线性变量替换法，有效地改善了被积函数的震荡特性，从而消除了积分核的几乎奇异性。通过采用二次单元逼近几何边界，使得高效准确地计算超薄的涂层结构成为可能。
2011 Vol. 32 (2): 0-141 [摘要] ( 677 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 615 )
142 粘塑性金属材料蠕变实验及流变模型研究
罗迎社
对固体金属材料Lc4铝合金、TC11钛合金及优质碳素结构钢（20#、35#）在高温下进行了多组进行了多组蠕变实验，对电沉积镍薄膜在常温下进行了多组加、卸载和蠕变实验,根据实验曲线，采用修正的Burgers流变模型来描述这些材料的蠕变行为，建立了积分型蠕变本构方程和微分型应力应变本构关系，确定了蠕变积分核函数，并对由蠕变方程推导的理论结果和实验结果进行了比较，理论值与实验值吻合较好。同时，利用蠕变实验数据，求出了粘塑性材料本构方程中表征粘性性质的材料常数 ，并对前者在高温下的粘性系数进行了比较；对后者在常温下的多组加、卸载和蠕变实验曲线进行了力学特征分析。
2011 Vol. 32 (2): 142-148 [摘要] ( 1451 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 520 )
149 基于摄动法分析重力坝损伤的概率密度演化过程
徐强;陈健云;李静
本文提出了一种对重力坝进行损伤概率演化过程分析的方法。首先，本文使用虚拟激励法和Mazars损伤模型分析了初始迭代过程中，在坝体在确定性静力荷载和随机的地震荷载激励下的重力坝损伤因子期望值与方差的计算；然后基于摄动法分析了在其余迭代过程中，重力坝损伤因子的概率密度演化过程。最后，给出了实例分析，并分析了坝体的损伤分布情况以及本文方法的收敛性与稳定性。
2011 Vol. 32 (2): 149-157 [摘要] ( 668 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 578 )
158 金属互连焊球的电迁移试验设计研究与灵敏度分析
张元祥;梁利华;刘勇
综合考虑多种电迁移驱动机制, 基于ANSYS软件和FORTRAN程序提出电迁移失效算法, 导出了电迁移灵敏度分析方程, 并建立相应的数值算法. 在此基础上考虑设计变量为激活能、初始自扩散系数和材料力学性能参数等对金属互连焊球进行电迁移灵敏度分析, 同时基于三维有限元分析的全因子试验设计法对CSP封装结构的电迁移寿命进行仿真预测.
2011 Vol. 32 (2): 158-166 [摘要] ( 673 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 626 )
167 高温条件下混凝土墙体的非线性分析研究
李荣涛
本文建立了一个弹塑性-损伤耦合本构模型用于数值模拟高温下混凝土的真实破坏过程。导出了一个利用Newton-Raphson迭代的一般的直接应力返回映射算法。同时求解应力向量和塑性、损伤的内状态变量。并推导了用于化学-热-湿-力学耦合分析的全局守恒方程Newton-Raphson迭代过程的一致性切线模量矩阵。建议了一个用于弹塑性-损伤耦合分析的两级求解过程。给出的数值例题结果显示了所提出的数法和公式的正确性，表明了所发展的弹塑性-损伤耦合本构模型在模拟高温下混凝土墙体中复杂破坏过程的能力。
2011 Vol. 32 (2): 167-175 [摘要] ( 586 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 509 )
176 轴向运动复合材料圆柱壳的非线性振动研究
李健;郭星辉;杨坤;颜云辉
采用Runge–Kutta法和多尺度法对轴向运动分层复合材料薄壁圆柱壳的非线性振动特性进行了研究。首先根据层合壳理论建立轴向运动分层复合材料薄壁圆柱壳的波动方程，利用Galerkin法对方程进行离散，得到相互耦合模态方程组。然后应用Runge –Kutta法分析了不同参数条件下的幅频特性曲线，得到了系统由于固有频率接近所导致的内共振现象，以及系统呈现软特性等非线性特性。最后采用多尺度法进行了系统1:1内共振时的近似解析分析，对系统在不同参数下的振动研究表明，激振力幅值、阻尼、速度等参数对位移响应幅值、共振区间、模态间的耦合度及系统软特性程度均有影响，其结论与数值计算结果一致，并同时对解的稳定性进行了研究。
2011 Vol. 32 (2): 176-185 [摘要] ( 689 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 983 )
       简报
186 多目标稳健优化设计方法在车身设计制造中的应用研究
孙光永;李光耀;钟志华
传统的稳健优化设计方法只是针对单目标响应进行的优化设计。然而，评价一个产品的质量特性应该是多方面的并且各个质量特性之间可能会发生相互冲突，因此，研究实用和高效的多目标稳健优化设计方法具有非常重要的现实意义。本文提出了采用双响应面思想分别构造出每个产品特性和约束条件的均值和方差的响应面模型，在此基础上，将质量工程中的6 理念与双响应面相结合，构造出了基于6 质量工程的多目标稳健优化设计方法。将该方法分别应用到了汽车碰撞和板料成形优化设计中，优化设计的结果显著提高了汽车碰撞和板料成形质量的稳健性。算例表明，该方法具有较高的精度和较强的工程实用性。
2011 Vol. 32 (2): 186-196 [摘要] ( 619 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 552 )
197 点间隙约束下弹性梁的湿热过屈曲问题
李世荣
基于轴向可伸长Euler-Bernoulli梁的几何非线性理论, 采用数值打靶法研究了具有中点间隙约束的两端不可移弹性梁在湿热载荷作用下的过屈曲行为。着重分析了梁的中心点挠度达到给定间隙值而受到点约束后的湿热过屈曲变形和内力变化特性，给出了与中点约束力相关的平衡构形和平衡路径曲线。
2011 Vol. 32 (2): 197-202 [摘要] ( 627 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 498 )
203 直接有限元法求解广义磁热弹二维旋转问题
何天虎;关明智
为了验证直接有限元法求解广义磁热弹耦合问题的有效性及准确性，本文基于Lord和Shulman(L-S)广义热弹性理论，采用直接有限元方法，求解了置于磁场中的旋转半无限大体受热冲击作用的动态响应问题。文中给出了L-S型广义磁热弹耦合的控制方程，建立了L-S型广义磁热弹问题的虚位移原理，推导得到了相应的有限元方程。通过求解有限元方程，得到了半无限大体中无量纲温度、无量纲位移、无量纲应力及无量纲磁场的分布规律，从温度分布图上可以清晰地观察到热波波前的特有属性，即热波波前处存在明显的温度的突变。同时，由于旋转效应，位移、应力、感应磁场的幅值有不同程度的降低，而旋转对温度几乎没有影响。结果表明，采用直接有限元法求解L-S型广义磁热弹性耦合的二维旋转问题是十分有效和准确的。
2011 Vol. 32 (2): 203-209 [摘要] ( 540 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 553 )
210 薄板的多变量小波有限元分析
张兴武;王修专
摘 要：基于区间B样条小波和广义变分原理，提出了多变量小波有限元法，构造了一种新的方形薄板和斜形薄板多变量小波有限单元。由广义变分原理推导结构的多变量有限元列式，区间B样条小波尺度函数作为插值函数构造的多变量小波有限元法中，广义应力和应变被作为独立变量进行插值，避免了传统方法中应力应变求解的微分运算，减小了计算误差。区间B样条小波良好的数值逼近性能可进一步保证求解精度。通过方形薄板和斜形薄板的弯曲和振动分析，验证了此方法的有效性和在广义应力求解中的优越性。
2011 Vol. 32 (2): 210-216 [摘要] ( 1264 ) HTML (0 KB)  PDF   (0 KB)  ( 522 )
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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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