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2014年 35卷 2期
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简报
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109
2D-C/SiC拉伸损伤的声发射信号聚类分析
童小燕 张佳丽 姚磊江 李斌 吕胜利
摘要：对2D-C/SiC复合材料进行常温拉伸试验，利用声发射（AE）仪在线监测其损伤过程。应用K-均值聚类算法对AE信号进行模式识别，结合扫描电镜观察，发现2D-C/SiC复合材料拉伸过程的损伤模式包括基体开裂、界面层脱粘、层间剥离、纤维断裂以及纤维束断裂等，并得到了各种损伤模式AE信号参数的中心值。通过对不同损伤模式AE累积事件数和累积能量随时间变化的统计分析，描述了2D-C/SiC复合材料拉伸损伤演化过程。
2014 Vol. 35 (2): 109-114 [
摘要
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115
花岗岩动静态压剪复合加载实验研究
章超 徐松林 胡时胜
岩石为天然含有微裂纹微孔洞等缺陷的复杂介质，其在复杂应力状态，尤其是在压剪应力状态下的性能研究，对工程应用有着十分重要的意义。本文利用双斜面垫块改进现有装置对花岗岩进行了动静态下的压剪复合加载实验，其中静态实验基于MTS材料试验机，动态实验基于分离式Hopkinson压杆（以下简称SHPB），由此得到不同压剪载荷联合作用下花岗岩的静态和动态力学性能。通过改变倾斜端面的角度就能够得到岩石在不同压剪加载路径下的力学性能，由此可以得到岩石的静动态破坏面。结果表明:花岗岩的破坏强度具有明显的加载速率效应。本研究为探讨岩石在复杂应力状态下的力学性能提供了新的方法。
2014 Vol. 35 (2): 115-123 [
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124
基于离散元模型的土石混合体直剪试验分析
赵金凤 季顺迎
土石混合体是由高强度块石和低强度土体组成的一类特殊工程地质材料，其力学性质可通过直剪试验进行确定。本文针对土石混合体的细观材料特性，分别采用球形颗粒单元和非规则组合颗粒单元模拟土体和块石材料，对其在不同含石量和颗粒粘结强度下的直剪试验过程进行离散元分析。计算结果表明，土石混合体的抗剪强度随着含石量和粘结强度的增加而增加；通过不同法向应力下直剪试验的离散元分析，确定了不同含石量下土石混合体材料的内摩擦角和粘聚力。本文研究结果有助于进一步揭示土石混合体的抗剪强度特性。
2014 Vol. 35 (2): 124-134 [
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135
一维六方压电准晶对称条形体中共线双半无限快速传播裂纹的解析解
霍华颂
利用复变函数方法, 通过构造保角映射, 分析了一维六方压电准晶中对称条形体中共线双半无限快速传播裂纹的反平面问题, 给出了在电非渗透型与电渗透型两种情况下动态应力强度因子的解析解. 当速度趋于0时可退化为已有的对应的静力问题的解. 得到的解析解对准晶材料的工程应用中有一定的理论价值.
2014 Vol. 35 (2): 135-141 [
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142
基于DDA的弹性力学全高阶多项式位移逼近方法及其实例验证
邬爱清
基于维尔斯特拉斯多项式函数的逼近定理，通过DDA高阶全多项式位移函数条件下的弹性力学推导，提出了一个逼近弹性力学连续位移函数真解的全多项式位移函数逼近方法。该方法采用完整的高阶多项式位移函数，以不同阶次条件下的多项式系数为未知数，以单纯形积分为解析积分方法，通过建立和求解平衡方程，逐步逼近弹性体真解。在对单纯形积分计算过程研究的基础上，给出了三维空间单纯形计算图解法，该图解法诠释了三维空间单纯形积分公式中各变量间的逻辑关系及计算过程的图形表达。基于上述方法，编写了相应计算程序，并以一个三维简支梁受均布荷载及一个四周固定的弹性薄板受集中力作用两算例为实例，验证了所提方法的可行性。实例计算结果表明，随着逼近函数阶次的提高，数值方法获得的多项式函数计算值均单调地逐步逼近解析解。在文中所用的6阶多项式函数逼近中，简支梁实例位移计算误差小于0.2%，弹性薄板实例位移误差小于0.91%，并且，两算例与解析解位移差值都在微m级。
2014 Vol. 35 (2): 142-149 [
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150
基于邓肯-张的冻结粉质粘土本构模型试验研究
张向东 刘家顺 张玉
为研究冻结粉质粘土强度和变形特性，以沈阳地铁DK11+395联络通道处人工冻结粉质粘土为研究对象，通过冻土三轴剪切试验，研究了不同试验条件下冻结粉质粘土的强度和变形特性。试验结果表明：围压、温度和试件初始含水量是影响冻结粉质粘土强度和变形的主要因素。冻结粉质粘土偏应力-应变曲线呈应变硬化型，其破坏强度和切线弹性模量随围压和试件初始含水量的增加而增大，随温度的升高而减小，破坏偏应力比Rf取值在0.79~0.96之间。基于试验数据建立了以上述三因素为影响因子的冻结粉质粘土Duncan-Chang模型。通过回归分析，建立了模型参数a和b与围压、初始含水量和温度之间的线性回归公式。将依据模型计算的偏应力-应变曲线与对比试验曲线相比较，发现两者具有较好的吻合程度，说明建立的模型能够准确反映围压、初始含水量和温度等条件对冻结粉质粘土强度和变形的影响规律。上述研究成果为冻结粉质粘土强度和变形特性的研究提供了参考，为人工冻结法施工提供了指导，具有重要的理论意义和工程应用价值。
2014 Vol. 35 (2): 150-159 [
摘要
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160
基于节点密度的自适应EFG法拓扑优化方法研究
杜义贤 杜义贤
针对无网格法拓扑优化中设计变量庞大、计算效率低的问题，提出了基于节点密度的自适应EFG拓扑优化方法。该方法以节点相对密度为设计变量，建立了以结构柔度最小为优化目标的自适应EFG拓扑优化模型，给出了拓扑优化中自适应节点加密准则、节点加密方法和新增节点设计变量更新规则。算例结果表明，采用本文提出的自适应EFG拓扑优化方法进行结构拓扑优化时，可以减少结构分析和优化的设计变量数目，提高优化效率。
2014 Vol. 35 (2): 160-166 [
摘要
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简报
167
原子尺度摩擦行为的分子动力学模拟
刘静 段芳莉
应用大规模分子动力学方法，模拟了具有原子级光滑和原子级粗糙形貌的刚性球形探头与弹性平面基体的干摩擦行为，研究了无/有粘附条件下的载荷与摩擦力、载荷与真实接触面积，以及摩擦力与真实接触面积之间的关系，对纳米尺度下的摩擦行为规律进行了分析。几种系统的真实接触面积－载荷关系都与相应的连续力学接触模型定性的一致，它们分别是Hertz光滑表面接触模型、Greenwood-Williamson粗糙表面接触模型和Maugis-Dugdale粘着接触模型。无论是由光滑表面还是粗糙表面构成的摩擦系统，在无粘附条件下摩擦力与载荷成正比，而摩擦力与真实接触面积之间没有一个简单的关系；在粘附条件下摩擦力与真实接触面积成正比，而摩擦力与载荷之间表现为Maugis-Dugdale模型预测的亚线性关系。我们的研究表明，当表面作用从无粘附到粘附时，控制摩擦力的决定因素从载荷转变为接触面积，摩擦行为从载荷控制摩擦转变为粘着控制摩擦。
2014 Vol. 35 (2): 167-172 [
摘要
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173
高过载下桥丝式电雷管损伤和性能变化规律研究
孙晓霞 刘卫 沈瑞琪 叶迎华 李创新 胡博
采用空气炮在6万g、8万g、10万g和12万g高过载环境下对制式桥丝式独角和双脚线电雷管进行实验，讨论了加速度峰值、加载方向和产品结构对损伤和性能的影响，获得了高过载下的损伤规律和损伤模式，结合产品结构用动力学理论进行了分析。研究表明：损伤模式有局部塑性变形、相对位移和结构脆性破坏，表现为撞击端变形、电极塞内陷、电极和脚线倾斜、电极塞裂纹、电阻增大、桥丝断裂、输出威力散布增大。输出端加载时长度变化率随加速度增加而增大，独角雷管长度减小由电极塞内陷引起，双脚线雷管长度减小由撞击端变形导致；独角雷管横向加载时电阻变化显著，发生断桥和爆炸；过载后输出威力散布增大。
2014 Vol. 35 (2): 173-181 [
摘要
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182
考虑载荷流泄时盾构机T形焊接结构疲劳可靠性分析
刘杰 卿启湘
T形焊接结构是盾构机刀盘的关键结构之一，焊接处裂纹在亚临界的扩展是其疲劳失效的关键因素。文章考虑载荷流泄情况下，基于概率断裂力学的一次二阶矩方法提出了一种新的结构疲劳可靠性分析方法。将该方法应用到某盾构机T形焊接结构，给出了考虑与不考虑载荷流泄两种情况下结构疲劳可靠性计算结果，并用Monte Carlo方法验证了文章方法的有效性；利用最小二乘法拟合出了载荷流泄系数对该T形焊接结构疲劳可靠性的影响曲线，将该曲线划分了三个区域：即高、中、低疲劳失效区。结果表明在考虑和不考虑载荷流泄时，T形焊接结构的疲劳失效概率分别是8.2644e-05和3.4314e-04，即载荷流泄能一定程度上提高了结构的疲劳可靠度；实际工程在盾构机T形焊接结构疲劳可靠性设计时，T形焊接结构的厚度作为一个设计变量，而低失效区可以作为一个可靠度约束条件。研究成果为实际工程上盾构机刀盘的维修、检验计划和设计都有一定的理论指导意义。
2014 Vol. 35 (2): 182-188 [
摘要
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189
基于最优概率配点的向量型层递响应面法分析结构可靠度
杨绿峰 杨显峰 余波
概率配点的选取策略是响应面法研究的关键问题之一. 本文提出了配点矩阵行满秩原则，据此筛选层递响应面的最优概率配点. 首先利用结构总体刚度矩阵和荷载列阵定义预处理随机Krylov子空间，并利用该空间的层递基向量近似展开结构的总体节点位移向量，建立层递响应面表达式；然后利用层递基向量所对应的基本随机变量组合构造随机行向量，并形成配点矩阵，根据配点矩阵行满秩原则筛选确定层递响应面的最优概率配点，进而通过回归分析确定层递响应面的待定系数. 分析表明，层递响应面法具有良好的全域性且待定系数极少；基于配点矩阵行满秩原则筛选最优概率配点能够排除大部分作用不大的配点，大幅减少概率配点数目，与传统响应面法和随机响应面法相比，层递响应面法能够取得更好的计算效率和精度.
2014 Vol. 35 (2): 189-198 [
摘要
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199
Reddy高阶组合梁弯曲的一般解析解法
杨骁 何光辉
基于Reddy高阶梁的轴向位移模式，考虑组合梁界面滑移变形，利用最小势能原理建立了Reddy组合梁弯曲问题的控制微分方程和边界条件,，并将控制方程转化为含12个基本未知量的一阶常微分方程组，给出一般求解方法和解表达式。其次，研究了横向均布荷载作用下Reddy简支组合梁的弯曲，所得结果与有限元解吻合良好，说明本文解析解的有效性和可靠性。最后，数值分析了组合梁界面滑移剪切刚度kcs、弹性模量-剪切模量比E/G、梁长-高比L/h和子梁厚度比hs/hc等参数对Reddy简支组合梁弯曲的影响。分析表明：滑移刚度显著影响横截面应力的分布；组合梁长-高比越小、弹性模量-剪切模量比越大或界面滑移刚度越大，组合梁的剪切效应对其挠度影响越显著，此时不宜忽略其剪切变形。
2014 Vol. 35 (2): 199-208 [
摘要
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209
初始和边界不同恒温时二维梯度板瞬态温度场
许杨健 王飞 杜海洋
为了研究二维功能梯度板的平面瞬态温度场及影响因素，假设热导率和容积比热容在板的高和宽方向为同一类型指数函数分布，基于该板的瞬态热传导基本方程，采用分离变量法，导出在初始和边界不同恒温时该板平面瞬态温度场的级数解析解。通过两种方法的对比，验证了本文研究结果的正确性。结果表明：方板内的等温线，在梯度参数ALFA=BETA时，对称于板的450对角线分布，在ALFA=BETA=0时，对称于板的中心分布；在ALFA不等于BETA时，板的等温线不具对称性；随着冷却时间的增加，非均匀板的等温线向左下（或右上）角移动，右上（或左下）角等温线间距变宽，左下（或右上）角等温线间距变窄，且矩形板的冷却过程比方板更快。因此，可选择适合的梯度参数和几何形状来满足设计、应用和热应力分析的需要，该解析解可作为检验其他近似方法的参考标准。
2014 Vol. 35 (2): 209-216 [
摘要
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179
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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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