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2017年 38卷 5期
刊出日期：2017-10-28
论文
简报
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       论文
379 一种求解瑞利波散射问题的修正边界元方法
笪益辉 王彬 钱征华
边界元法的一大优势是用于求解半空间等无限域问题，然而对于弹性波的传播问题，传统边界元法在采用全平面或全空间格林函数时，在截断边界处仍会产生虚假的反射回波，直接影响到散射场的求解准确性。因此，本文在传统边界元法基础上提出一种修正边界元法，用于计算无限大半平面中的弹性波场问题。该方法以瑞利波形式的远端散射场代替原本因截断而舍去的部分，通过互易定理建立单位瑞利波和全平面格林函数的积分方程，求得修正系数，并代入修正边界元矩阵，计算出瑞利波的散射场。为验证本文所提方法，文中将多个算例的结果与解析解对比，并用该方法计算了不同缺陷的散射场。这些对比结果表明，本文所提修正边界元法可准确求解瑞利波散射场，为基于表面波的缺陷反演问题研究提供了有效的正演途径。
2017 Vol. 38 (5): 379-390 [摘要] ( 366 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 383 )
391 轻质金属泡沫夹芯曲板的抗爆炸冲击响应研究
秦庆华 张建勋 艾伟龙
夹芯结构具有高比强度、高比刚度和优异的吸能能力，已经被广泛应用于工程结构用来抵御高强度的爆炸冲击载荷。本文采用有限元数值模拟方法研究了爆炸载荷作用下四边固支夹芯曲板的动力响应。比较了同等质量下夹芯曲板、夹芯平板、实体曲板和实体平板四种结构的抗爆炸冲击性能，讨论了不同曲率和非对称因子对结构动力响应的影响，得到了使得夹芯曲板抗爆炸性能最佳的非对称因子。研究结果表明：夹芯曲板的抗爆炸冲击性能优于等质量的夹芯平板、实体曲板和实体平板结构，增大夹芯曲板的曲率能够提高结构的抗爆炸冲击性能。
2017 Vol. 38 (5): 391-399 [摘要] ( 286 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 377 )
400 基于整体位移模式的平面孔洞结构数值模拟方法
郭聪 罗景润
针对平面孔洞问题提出了一种新的数值模拟方法。本文通过水平集方法引入孔洞边界、力边界和位移边界水平集函数，利用边界水平集函数来构造边界试探项，将试探空间表示为二元幂级数与边界试探项的线性组合；同时提出一种基于水平集方法的位移边界条件施加方法，利用位移边界水平集函数来构造满足位移边界条件的近似位移场，并给出了相应的刚度矩阵和载荷矩阵表达式。与FEM、XFEM、无网格法等方法相比，该方法无需将求解域离散，具有较低的计算成本、特性良好的刚度矩阵和较为广泛的适用性。数值算例验证了该方法的有效性。
2017 Vol. 38 (5): 400-407 [摘要] ( 323 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 316 )
408 炭黑填充橡胶材料改进Mooney模型
付宾 杨晓翔 李庆
本文讨论了炭黑填充橡胶材料的唯象本构模型。考虑到Mooney模型无法表征橡胶类材料大变形阶段的力学特性，首先利用实验数据，对Mooney模型进行了分析，讨论了炭黑含量与Mooney模型准确表征橡胶材料应变区间大小的关系，Mooney模型对纯剪切和等比双向拉伸等复杂变形的预测能力，同时也分析了材料参数对Mooney模型的影响。最后在Mooney模型的基础上添加了一个修正项，且改进后的Mooney模型满足Treloar和Ogden六项假设。通过与实验数据对比分析，改进Mooney模型可以较好地描述橡胶材料大变形阶段的应力应变关系，同时提高了预测橡胶材料复杂变形的能力。
2017 Vol. 38 (5): 408-415 [摘要] ( 283 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 465 )
       简报
416 橡胶粘结颗粒材料粘弹性性能的试验研究与离散元模拟
张江涛 易廷军 张梅 刘立胜 翟鹏程 张清杰
制备了颗粒规则四方排列和六方排列的橡胶粘接颗粒材料试样，实验测试了所制备试样在单向拉伸载荷下的应力松弛曲线和不同应变率时的应力应变曲线。基于所测试的应力松弛曲线，采用曲线拟合方法得到了所测试材料的宏观Burger’s粘弹性本构模型参数。采用离散元模型中单元间连结模型代表颗粒间橡胶粘接剂的作用，并基于试样的宏观Burger’s模型参数与离散元模型中细观Burger’s连结模型参数间的关系，建立了橡胶粘接颗粒材料的无厚度胶结离散元分析模型。最后采用所建立的离散元模型计算了所测试试样的松弛和拉伸力学性能。离散元预测结果与实验结果的对比表明，采用无厚度胶结离散元模型能较好的计算颗粒规则排列的橡胶粘接颗粒材料松弛和拉伸力学性能，但基于应力松弛实验拟合而来参数不能准确反应橡胶粘接剂在高应变率条件下其力学性能的应变率相关性。
2017 Vol. 38 (5): 416-425 [摘要] ( 353 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 368 )
426 多场作用下输流单层碳纳米管的动力学特性
李明
以非局部弹性理论为基础，采用欧拉-伯努利梁模型，考虑管型区域内滑移边界条件以及碳纳米管的小尺度效应，应用哈密顿原理获得了温度场与轴向磁场共同作用下的输流单层固支碳纳米管（SWCNT）的振动控制方程以及边界条件，依靠微分变换法（DTM法）对此高阶偏微分方程进行求解，通过数值计算研究了多场中单层固支输流碳纳米管的振动与失稳问题。结果表明：温度场、轴向磁场强度、Knudsen数及小尺度参数都会对系统振动频率以及失稳临界流速产生影响。
2017 Vol. 38 (5): 426-432 [摘要] ( 359 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 376 )
433 连体结构基于时域显式法的瞬时最优控制算法
李雪平 余超 苏成 何克晶
本文针对受到非平稳地震激励作用下的连体结构提出一种基于时域显式法的瞬时最优控制算法。该算法可以利用有限元模型施加脉冲荷载快速建立受控模型，可以避免系统状态部分可观测的问题，而且可以根据需要单独调控子结构受控效果的优点。一连体高层建筑结构算例用来说明该算法，并将该算法与传统瞬时最优控制算法比较，结果表明本文算法具有良好的控制效果。
2017 Vol. 38 (5): 433-441 [摘要] ( 296 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 396 )
442 考虑塑性屈服的井下弹道式煤矸分离理论研究
刘瑜 周甲伟 罗晨旭
为完善井下弹道式煤矸分离方法的理论体系，对煤和矸石碰撞反弹过程中的弹塑性行为进行研究。以Hertz接触理论为基础，结合Drucker-Prager准则确定了煤和矸石碰撞过程中初始屈服点相对位置的表达式，指出该位置与泊松比近似呈线性关系，并得到初始屈服时相对变形量、接触力和相对速度的数学模型。基于线性强化弹塑性模型，得到接触力与变形量的函数关系，并依据能量守恒定律，确定碰撞分离时刻的相对速度，进而得到反弹距离的理论模型。在单颗粒冲撞实验台上对煤和矸石进行碰撞反弹试验，试验表明：反弹距离随初始速度的增加基本呈增大趋势，当初始速度较小、煤和矸石破碎较少时，采用材料参数平均值计算得到的反弹距离理论解与试验平均值的一致性较好，当煤和矸石有破碎产生时，由于能量的损失，试验平均值小于理论解。
2017 Vol. 38 (5): 442-450 [摘要] ( 219 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 357 )
451 不同化学溶液下砂岩I型断裂韧度及其强度参数相关性的试验研究
韩铁林 师俊平 陈蕴生
本文通过长期浸泡的方法，以陕西铜川新区龙潭水库典型的库岸边坡的砂岩为研究对象，研究了浸泡在不同化学溶液下砂岩的力学特性及其损伤劣化机制，分析了经不同化学溶液腐蚀后试样的物理力学特性随化学腐蚀时间的劣化规律。研究发现：化学腐蚀后砂岩的物理力学特性均发生不同程度的劣化，其随化学腐蚀时间的劣化规律基本一致；但不同化学溶液下试样物理力学特性的劣化程度有所差异，酸性溶液（pH=3.0）加剧了砂岩的劣化程度，中性化学溶液对其损伤劣化程度也有一定的影响，试验初期，强碱性溶液下砂岩的劣化程度最小，但随着化学腐蚀时间的加长，强碱性溶液下的劣化程度逐渐加剧，大于中性溶液下的，但仍小于酸性溶液。化学腐蚀后砂岩试样均呈现出明显的弱化趋势，其断裂韧度KIC、抗压强度和抗拉强度的劣化程度显著，但各力学特征的劣化程度存在明显的差异，其中抗压强度的劣化程度相对减小，而其KIC的劣化程度较大；同时，化学腐蚀后砂岩的断裂韧度与抗拉强度、抗压强度间的一致性比较明显，存在明显线性关系。可以利用不同化学溶液下砂岩的裂纹扩展半径r来间接说明其力学特征发生损伤劣化的程度。
2017 Vol. 38 (5): 451-464 [摘要] ( 223 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 465 )
465 薄钢板低周疲劳测试技术研究
张水强 吴荣 张东升
汽车钢板材料由于厚度较薄，在低周应变疲劳性能测试中，试样容易发生屈曲，并且受限于试验段的标距，无法使用传统机械式引伸计进行应变的测量，在工程中，其低周疲劳性能的测试是一项技术难点。本文基于数字图像相关技术，提出了一种非接触式的光学引伸计，结合光学显微镜头和防屈曲装置，实现材料表面应变的实时监测。该动态应变测量系统使用普通的CCD相机，采用了优化的计算方法，应变测量的频率可以高达60Hz。该动态应变测试技术可以广泛地应用于各个工程领域的动态变形测量。
2017 Vol. 38 (5): 465-472 [摘要] ( 210 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 316 )
473 初应力条件下超临界CO2气爆致裂规律研究
孙可明 辛利伟 吴迪 王金彧
为研究地下爆破工程中初始地应力条件下超临界CO2气爆的致裂规律，利用自主研发的三轴加载式超临界CO2气爆实验系统，对不同应力组合工况下混凝土试件进行了超临界CO2气爆致裂实验，实验结果表明超临界CO2气爆爆破峰值压力低且高压持续时间长，致裂过程不同于传统炸药爆破，分为动态和准静态过程：应力波将气爆孔附近介质压碎形成粉碎区，在环向拉应力作用下粉碎区周围介质产生径向裂隙的动态过程，高压CO2气体进入裂隙形成气楔，促使裂隙继续扩展的准静态过程，得到了气爆后试件沿最大初始压应力方向开裂的规律。通过理论计算的方法分析了初应力作用下气爆过程中介质应力状态的变化规律，揭示了初应力影响裂纹起裂和扩展的机理：位于气爆孔最大初始压应力方向的介质产生初始环向压应力最小，在超临界CO2径向冲击产生的环向拉应力作用下首先发生开裂；位于气爆孔最小初始压应力方向介质中初始环向压应力最大，开裂所需的径向冲击压力增大，开裂滞后；垂直裂隙方向的应力抑制裂隙的张开而阻碍CO2气体的进入，同时增大了裂隙扩展所需的气楔压力，气楔作用效果大幅减弱，对裂隙扩展的阻碍作用显著。裂隙的扩展速度与扩展距离呈“S型”曲线关系，初始压应力越大，裂隙扩展相同距离降低的速度值越大，且压碎区和裂隙扩展范围逐渐减小。
2017 Vol. 38 (5): 473-482 [摘要] ( 232 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 386 )
  编辑部公告
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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