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2013年 34卷 2期
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简报
论文
论文
109
具有初始构型的MEMS驱动器的跳跃和吸合现象研究
胡育佳 朱媛媛 程昌钧
在曲梁变形后以弧长为参数的自然坐标系中，利用曲梁大变形分析理论，建立了具有任意初始构型的微电驱动器大变形电动力学分析的数学模型，并采用微分求积法(DQM)进行空间离散，得到了一组具有强非线性的微分-代数系统方程，运用Petzold-Gear BDF方法进行时间域内的求解。研究了MEMS驱动器在电场力作用下的瞬态动力学特性，包括跳跃(snap-through)和吸合(pull-in)现象，并与已有实验结果进行了比较。
2013 Vol. 34 (2): 109-116 [
摘要
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117
跌落冲击载荷下焊锡接点金属间化合物层的动态开裂
秦飞
跌落冲击载荷作用下，含铅焊锡接点与无铅焊锡接点的破坏模式明显不同，而导致这种差异的原因目前尚不明朗。本文提出了一种可用于模拟焊锡接点在跌落冲击载荷下破坏行为的有限元模型，此模型中，金属间化合物（IMC）与焊料间的界面采用粘性区模型（CZM）来模拟其损伤开裂过程，而IMC层内的破坏程度则通过计算其能量释放率来判断。通过对板级封装跌落冲击过程的数值模拟发现，与无铅焊锡接点（Sn3.5Ag）相比，含铅焊锡接点（Sn37Pb）与IMC间的CZM层更容易发生损伤破坏，而该层的开裂会减小IMC层的应力，即降低了其内部的裂纹驱动力，从而缓解了IMC层裂纹的起始和扩展。
2013 Vol. 34 (2): 117-124 [
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125
中心刚体-旋转悬臂板耦合系统碰摩动力特性解析法研究
寇海江 袁惠群 闻邦椿 吴文波
针对大型旋转机械叶片与机壳间发生的碰摩故障，建立了中心刚体-旋转悬臂板耦合系统碰摩动力学模型，考虑了离心刚化效应，利用Hamilton原理推导出运动微分方程。基于实验和有限元分析碰摩力的结果，给出了碰摩力的近似数学表达式，得到了系统振动响应解析解，通过与文献中实验结果的对比，验证了模型及方法的准确性，讨论了叶片梁模型和薄板模型在不同点碰摩及线碰摩情况下各自的适用范围，分析了转速对碰摩动力响应的影响。结果表明：论文解析解具有较高精度；薄板模型能够更全面地反映叶片各种不同碰摩情况下的动力特性，比梁模型更准确、可靠；随着转速的增大，碰摩力导致薄板自由端幅值突变，这是引发工程中叶片掉角，甚至折断的重要原因。
2013 Vol. 34 (2): 125-132 [
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133
三维结构安定分析的直接算法
原园
基于线性随动强化理论和Von. Mises屈服准则，对蒙板结构直接安定分析法进行了扩展，建立了结构的三维安定直接分析法。根据投射原理，推导出结构发生塑性安定的存在条件，便于调整控制加载步长和载荷历程。采用逐次增量加载方式，确定出背应力的偏移范围，克服了原始直接分析法不能获得安定极限的缺陷，并得到安定极限条件下结构中残余应力与应变的分布状况。该数值方法将弹塑性问题分解为弹性问题和特征应变决定的残余问题，节约计算时间，提高计算效率，将该算法应用于相关算例，并与有关数值结果相比较，验证了该算法的有效性。
2013 Vol. 34 (2): 133-139 [
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140
二维三轴编织复合材料的弹性性能分析
严雪
提出了二维三轴编织复合材料的几何模型，模型考虑了纤维束的弯曲扭转状态及空间交错特性等几何元素。基于体积平均法，建立了预测二维三轴编织复合材料弹性性能的理论分析模型；通过引入更普遍适用的周期性位移边界条件，结合二维三轴编织复合材料的细观实体结构，建立了分析其力学性能的有限元模型。两种模型预测结果均与试验结果吻合，证明了方法的合理有效性。分析了材料受载下的细观应力分布，并讨论了编织参数对材料性能的影响。研究表明，二维三轴编织复合材料轴向性能得到了增强，应力分布更均匀，编织角以及纤维体积含量对材料弹性性能影响较大。
2013 Vol. 34 (2): 140-151 [
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简报
152
应力波传播与屈曲耦合情况下结构动力屈曲控制方程探讨
毛柳伟 王安稳
从应力波作用下结构动力屈曲的特点出发，指出应力波作用下结构动力屈曲与结构中应力波传播的耦合导致时间成为结构动力屈曲的参变量，从而应力波作用下结构动力屈曲问题中结构的真实运动与邻近运动是不同时刻、不同扰动区域的比较，这使得其动力屈曲控制方程的建立不宜采用传统的等时积分变分原理；以压应力波作用下弹性直杆为例，应用能量守恒原理，根据屈曲时刻结构能量的转换关系，建立了弹性压应力波作用下半无限长直杆的动力屈曲控制方程，并得到了波前附加约束条件；最后，讨论了波前附加约束条件的物理意义，指出波前附加约束条件出现的根本原因是轴向应力波的传播与屈曲不能解耦。
2013 Vol. 34 (2): 152-157 [
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158
基于不同时间步长时域非结构有限体积法模拟声-弹性耦合问题
宣领宽 张文平 明平剑 李川 龚京风
介绍一种改进的时域非结构有限体积法(FVM)，并将其应用于声-弹性耦合问题。在流体与固体介质中分别求解声波动方程与弹性波方程，根据交界面上的力平衡与质点振速连续条件考虑二者的相互作用。同时考虑双线性四边形单元的线性变化项及常数项，并结合常应变三角形单元处理混合网格问题。分别对三角形单元和四边形单元进行色散分析，给出声波动方程的稳定性条件。在不同介质中采用不同时间步长，提高计算效率。求解弹性波问题、声-弹性耦合问题，结果表明，改进后的方法求解声-弹性耦合问题是有效和准确的，并且具有良好的数值稳定性。
2013 Vol. 34 (2): 158-168 [
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169
含埋藏椭圆形裂纹金属构件电磁热止裂时热应力场分析
付宇明 周红梅 郑丽娟
对带有椭圆埋藏裂纹金属构件在脉冲放电瞬间的热应力场进行了理论分析。在热应力场的求解中，利用了热传导和非定常热应力理论，由求解的热应力场公式发现：在脉冲放电瞬间，电磁热在裂纹尖端形成热压应力场，热压力场可有效地抑制裂纹的扩展。以Cr12MoV模具钢中埋藏椭圆裂纹止裂为例，具体计算了脉冲放电瞬间的热应力场分布情况，为空间裂纹电磁热止裂技术的实际应用提供了理论基础。
2013 Vol. 34 (2): 169-173 [
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174
变边界粘弹性轴对称问题的复变函数法
王华宁 何平 曹志远
对边界几何形状、位置随时间变化的变边界结构，给出了用复变函数求解粘弹问题的解析方法。文中用拉普拉斯变换结合平面弹性复变方法，对内外边界变化时粘弹性轴对称问题进行求解。引入两个与时间、空间相关的解析函数，给出了变边界情况下应力、位移以及边界条件与解析函数的关系。当解析函数形式部分确定，则可用边界条件求解其中与时间相关的待定函数。求解待定函数的方程一般情况下为一系列积分方程，特殊情况可求得解析解。对轴对称问题中应力边值问题、位移边值问题以及混合边值问题，分别利用边界条件求得相关系数，从而得到了应力与位移的解析表达。当取Boltzmann粘弹模型时，进行不同边值问题的分析。分析显示，应力、位移的形态与大小均与边界变化过程相关，与固定边界粘弹性问题有较大不同。本文解答可用于粘弹性轴对称问题内外边界任意变化及各种边值问题的力学分析。此外，该法可进一步进行荷载非对称、复杂孔型变边界问题的求解。
2013 Vol. 34 (2): 174-180 [
摘要
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181
2.5维自愈合C/SiC复合材料弹性性能预测
梁仕飞 矫桂琼
试验研究了2.5维自愈合C/SiC复合材料（2.5D-C/SiC）的面内弹性性能。根据复合材料的细观结构特点，建立了2.5D-C/SiC的弹性模量预测模型。计算结果与试验值吻合较好，证明了模型及计算方法的正确性。通过改变经纱编织角、纤维束中纤维数以及经纱穿过纬纱的层数，得到了经纱体积含量、纬纱体积含量、纤维总体积含量以及弹性模量随上述参数的变化规律。保持碳化硅与碳化硼总体积分数不变，改变碳化硼与碳化硅的体积比α，得到了弹性模量随α的变化关系。
2013 Vol. 34 (2): 181-187 [
摘要
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188
人工肌肉作动器的参数优化设计
李晖敏 何天虎
由于电活性聚合物材料在电场作用下所表现出的许多优异的力学性能，如大应变、响应快、能量转换率高等特点，使得这种高分子智能材料引起了广泛关注，有望被加工成作动器、传感器及俘能器等能量转换器，在工程应用中发挥巨大作用。 但是，由于描述电活性聚合物材料变形的状态方程的非线性性，及其在力电载荷作用下多种失效模式的存在，使得设计电活性聚合物能量转换器面临诸多的困难。本文针对美国人工肌肉公司(Artificial Muscle Inc.)开发的一款电活性聚合物薄膜作动器的优化设计开展研究，主要研究了不同初始预拉伸对薄膜厚度、拉伸变形、应力及电场强度等的影响效应，结果表明，在某一预拉伸下，薄膜中的电场分布将趋于均匀。本文所提供的研究方法，可为此类作动器的优化设计提供基本的分析模式。
2013 Vol. 34 (2): 188-193 [
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194
第Ⅱ类尺寸效应影响下金属薄板液压胀形本构模型研究
梁伟 杨晓翔 傅明旺 邓将华
尺寸效应是微成形研究中的热点和难点之一。目前采用经典塑性理论仍不能对金属薄板液压胀形中尺寸效应对应力变化现象的影响进行较好的解释。为了深入分析该问题，结合应变梯度塑性理论，建立了第Ⅱ类尺寸效应影响下金属薄板液压胀形本构模型。基于该模型，分析了板料厚度变化以及胀形凹模直径变化对液压胀形过程流动应力变化的影响。研究结果表明应用该本构模型能较好地解释金属薄板液压胀形中尺寸效应对应力变化的影响，验证了该本构模型的正确性。
2013 Vol. 34 (2): 194-199 [
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200
模糊约束集合下结构疲劳寿命估计方法
孙文彩
针对刚性凸集模型在表达实际参数不确定性时的局限，提出了寿命参数的模糊集合模型及寿命估计方法。将超椭球模型的尺度参数作为一个正模糊数，根据区间模型的内切和外接椭球确定了模糊集合边界的内、外缘及超椭球尺度参数的隶属函数，从而确定了疲劳寿命估计的模糊约束集。提出了基于Taylor二次展式和Lagrange条件极值法的寿命估计方法，构建了疲劳寿命的模糊极大集和模糊极小集。通过超椭球凸集的归一化和球坐标转换，实现了模糊集合域内样本点的抽取和模糊约束下的疲劳寿命估计。通过工程算例，对模糊集合方法、凸模型方法和概率方法进行了比较，结果表明当统计数据缺乏时，模糊集合方法更贴切实际，计算结果更准确合理，是对凸模型方法和概率方法的发展和完善。
2013 Vol. 34 (2): 200-204 [
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205
缺口件疲劳寿命分布预测的有效应力法
奚蔚 姚卫星
本文提出了一种由光滑件疲劳寿命试验数据预测缺口件疲劳寿命分布的有效应力法。该方法中缺口件的裂纹可能萌生表面被分解成一个个微元，整个表面可看成是这些微元组成的一个串联模型，按照串联概率失效模型，缺口件的疲劳强度失效概率就可以由各微元的疲劳强度失效概率计算得到，其中微元的疲劳强度失效概率是由光滑件的疲劳强度失效概率通过最弱环节理论计算得到的。在缺口件的疲劳强度失效概率表达式中，引入了有效应力的概念，用它查取光滑件的疲劳寿命试验数据就可以直接得到缺口件的疲劳寿命分布。该方法可以同时考虑到应力梯度和试件尺寸对缺口件疲劳寿命分布的影响。进行了材料LY12CZ的带中心孔缺口件的寿命算例分析，预测结果和试验结果吻合良好，表明该方法是有效的。
2013 Vol. 34 (2): 205-212 [
摘要
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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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