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2017年 38卷 6期
刊出日期：2017-12-28
论文
简报
论文
 
       论文
483 含初始裂纹巴西圆盘劈裂问题的非局部近 场动力学建模
黄丹
巴西圆盘劈裂是弹性力学及岩石力学与工程中的经典问题。在非局部键型近场动力 学理论的基础上，引入物质点对的转动自由度构建双参数微观弹脆性近场动力学本构力模型 以突破常规模型的应用范围限制，并考虑岩石混凝土类材料的宏观拉压异性和断裂特征。引 入动态松弛、粒子系统力边界条件和系统平衡弛豫等算法，实现了含不同倾角中心裂纹巴西 圆盘受压劈裂破坏全过程的近场动力学数值模拟，裂纹扩展路径及破坏形式均与试验结果高 度吻合，为裂纹扩展和断裂破坏问题的数值模拟提供了新的选择。
2017 Vol. 38 (6): 483-491 [摘要] ( 280 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 344 )
492 沿指定应力路径加载的有限元RVE模型研究
马迎松 张克实
在细观尺度上建立能反映材料微观组织结构又能反映统计意义上宏观力学性能的代表性体积单元（Representative Volume Element, RVE），对其进行复杂加载下的数值研究，是目前预测材料宏观力学性能较有效的方法。本文从理论上分析并提供了对正六面体RVE在任意应力状态及任意应力路径下加载及宏观应力、应变计算的方法，用有限元软件ABAQUS实现了数值计算过程，并用此方法对循环加载下缺口圆棒颈部中心和边缘位置进行了RVE分析。结果表明：（1）此方法能准确的控制并实现正六面体RVE在任意应力状态及应力状态路径下加载；（2）通过RVE分析，可用于复杂加载下试样局部细观结构变化的研究。
2017 Vol. 38 (6): 492-502 [摘要] ( 460 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 394 )
503 不同化学腐蚀下砂岩冻融力学特性劣化的试验研究
韩铁林 师俊平 陈蕴生
通过研究砂岩试样在酸性Na2SO4溶液、中性Na2SO4溶液和碱性NaOH溶液中浸泡并经历冻融作用后的物理力学特征，分析了砂岩在不同化学溶液中腐蚀30d后及再经历不同冻融循环次数作用后其物理力学特征的变化规律，同时，借助于体视显微镜和SEM扫描电镜对试样微细观结构的损伤劣化进行了观察，并基于孔隙率的变化建立损伤变量来定量的描述试样的损伤劣化程度。试验结果表明：随着冻融循环次数的增加，浸泡在不同化学溶液中砂岩试样的峰值强度及其弹性模量均呈现出指数函数的劣化趋势，而其峰值应变却按指数函数的趋势增加。不同化学溶液下砂岩试样的损伤程度随着冻融循环次数的增加而逐渐加剧，酸性溶液下试样的损伤程度大于中性溶液和碱性溶液下的损伤程度，碱性化学溶液下试样的冻融损伤程度最小。酸性溶液加剧了冻融作用下砂岩试样的损伤劣化程度，而中性至碱性溶液下起冻融损伤程度却得到一定的缓解。化学腐蚀作用与冻融循环作用相互促进、共同影响着砂岩试样的损伤劣化程度。
2017 Vol. 38 (6): 503-520 [摘要] ( 220 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 496 )
521 基于微凸体接触压力分布的粗糙表面法向接触建模
王东 徐超 万强 胡杰
提出一种考虑微凸体弹塑性接触变形影响的粗糙表面法向接触力学模型。采用有限元模拟微凸体弹塑性接触过程，分析不同塑性屈服条件对微凸体接触载荷和实际接触面积的影响。再根据微凸体接触面上压力分布的变化规律，将微凸体的接触状态分为完全弹性接触阶段、弹塑性接触阶段、完全塑性接触阶段。分析接触面压力变化规律对微凸体法向接触载荷-变形的影响，再利用GW模型的数理统计分析的方法得到粗糙表面的法向接触载荷。将本文提出的模型与完全弹性模型、CEB模型、ZMC模型、KE模型、JG模型进行对比，并且研究了塑性指数对粗糙面接触载荷-平均高度距离的影响。结果表明，本文提出的模型能够更好地描述微凸体法向接触载荷与接触变形的变化趋势，模型预测粗糙表面法向载荷与ZMC、KE模型具有较好的一致性；粗糙面接触载荷随着平均接触距离增加而减少，随着塑性指数的增加，不同模型预测的法向接触载荷差异逐渐增大。
2017 Vol. 38 (6): 521-529 [摘要] ( 293 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 334 )
       简报
530 考虑表面效应时正三角形孔边裂纹反平面剪切问题的断裂力学分析
肖俊华
基于表面弹性理论和保角映射，研究了远场反平面剪切载荷作用下考虑表面效应时正三角形孔边裂纹问题的断裂性能。给出了孔边应力场解答，获得了裂纹尖端应力强度因子解析解答。数值算例讨论了应力强度因子随三角形孔尺寸、裂纹长度和表面性能的变化规律。结果表明：当三角形孔尺寸在在纳米量级时，无量纲应力强度因子受孔隙尺寸影响显著；随着三角形孔尺寸的增大，本文结果趋近于经典断裂理论解答；无量纲应力强度因子随裂纹长度的增加，数值先增大而后减小；裂纹相对长度较小时，表面效应影响较弱；应力强度因子的尺寸效应受表面性能影响显著。
2017 Vol. 38 (6): 530-536 [摘要] ( 210 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 392 )
537 内含弹性介质功能梯度压电球壳的径向振动调控
刘承斌 陈伟球 吕朝锋 王惠明
针对内含弹性介质的功能梯度压电球壳的径向振动问题，利用变量替换技术，求得了解析解。该解适用于材料参数沿厚度按幂律变化且密度的梯度指标可与其它物理量的梯度指标不同的功能梯度压电球壳，克服了以往分析中所有材料参数梯度指标均假设为相等的局限。数值结果表明，功能梯度压电球壳的径向振动特性可利用材料参数梯度指标和内部弹性介质的刚度进行有效调控。
2017 Vol. 38 (6): 537-543 [摘要] ( 229 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 309 )
544 准脆性单晶材料动态压痕试验研究
鲍小伟 吴艳青 黄风雷
本研究设计了由钛合金压杆与金刚石压头组成的动态压痕试验装置，研究准脆性单晶材料(冰糖和RDX含能晶体)等的高应变率响应。试验装置引入了动量缓冲块，可以避免压杆造成的多次压痕加载，对样品施加产生80μs脉冲宽度的动态压痕载荷。对比了多次与单次加载压痕加载的冰糖单晶压痕坑，其动态硬度值约为5.18MPa。RDX单晶在压痕载荷作用下非常容易发生断裂破碎，测得动态硬度值为1.304MPa。相比RDX单晶，冰糖单晶的塑性变形能力更好。用光学显微镜观察到了压痕坑的径向裂纹和侧边裂纹，试验研究给出了准脆性晶体在动态压痕载荷下的裂纹扩展模式。
2017 Vol. 38 (6): 544-550 [摘要] ( 219 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 376 )
551 基于唯象相变理论的磁致伸缩材料耦合滞回动力学模拟
杜修全 王林翔 唐志峰 吕福在
本文基于改进的Landau唯象相变理论，构造一个耦合的非线性常微分方程模型来模拟一维磁致伸缩材料的磁滞动态特性。模型的构造通过引入一个非凸的自由能函数来模拟磁致伸缩磁材料中不可逆的磁极化翻转与磁致应变，该自由能函数的每一个局部极小值都对应材料的一个磁化方向。通过热力学平衡条件建立能刻画磁致伸缩效应的非线性本构关系。所构造的模型成功地模拟出了磁场与弹性场之间的磁滞曲线和蝶形曲线，并采用实验结果对模型进行了验证。
2017 Vol. 38 (6): 551-557 [摘要] ( 182 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 381 )
558 基于孔隙弹性的水力压裂耦合方法与压裂状态参数数值研究
王利 张新生 曹运兴 陈亚娟
本文系统地阐述基于多孔介质渗流-损伤耦合原理，进行水力压裂FEM的数值实现方法。基本架构为：(1)引入孔隙流体压力膨胀系数将孔隙流体压力与应力场进行耦合；(2)基于损伤局部化模型，提出裂缝张开度表达式; (3)提出水力压裂引起的多孔介质水-力学属性的各向异性表达式; (4)提出全流量加载的耦合分析方案。最后作为实例，模拟三维地层水压裂缝扩展形态，通过比较模型的数值解和经典理论解，验证该方法的正确性。
2017 Vol. 38 (6): 558-569 [摘要] ( 211 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 337 )
570 基于扰动状态概念的软岩蠕变本构模型与试验验证
黄明
软岩材料的蠕变过程从初始加载阶段开始即容易产生塑性变形，这与硬岩存在较大差异，而传统的元件模型仅在应力超过某一阈值后才开始描述其粘塑性行为。通过分析岩石加卸载时效变形过程中弹塑性状态的演变规律，以扰动状态理论为基础，确定了以塑性变形为变量的扰动因子函数，并通过塑性变形随时间的变化特征进一步建立了以时间为自变量的蠕变扰动因子演化方程。在此基础上，针对泥质页岩的蠕变变形过程，选取Burgers和Bingham模型分别描述扰动状态理论中的相对完整状态和完全调整状态，并选取蠕变扰动因子为权重函数建立了基于扰动状态理论的蠕变本构模型。通过泥质页岩的室内蠕变特性试验对模型进行有效性检验表明，理论曲线与实测曲线的逼近程度较高，蠕变扰动函数能随时间的发展持续调整相对完整状态向完全调整状态转换的过程，较高应力状态下软岩进入完全调整状态的速率较快，相对传统模型该模型具有更好的非线性及阶段协调性，可较好地描述软岩的初始、稳定和加速蠕变阶段。
2017 Vol. 38 (6): 570-578 [摘要] ( 325 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 381 )
579 饱和超固结黏性土的三剪弹塑性本构模型研究
胡小荣 董肖龙 陈晓宇 胡勃阳
针对饱和超固结黏性土现有下加载面修正剑桥模型中破坏应力比为定值、土体黏聚力为零，以及不能准确反映不同应力状态下土的强度差异这些问题，基于三剪统一强度准则以及应力坐标平移法得到了扩展破坏应力比，其特点是能更好地反映应力状态变化以及土体黏聚力的影响。在此基础上提出了饱和超固结黏性土的三剪弹塑性本构模型，该模型的特点是能描述土体受力时的中间主应力效应，应力区间效应和拉压差影响，同时也能更好地考虑土体黏聚力的影响。基于该模型对ABAQUS软件进行了二次开发，并利用其模拟了饱和超固结黏性土在排水和不排水条件下的真三轴和常规三轴压缩试验特性。对常规三轴压缩条件下土体力学特性作了模拟和试验结果对比。结果表明所提模型能很好地反映不同超固结比下土体的变形、剪胀、孔隙水压力变化特性。
2017 Vol. 38 (6): 579-590 [摘要] ( 281 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 419 )
591 基于CT扫描的花岗岩三维数值试件重构模型及应用
杨振琦 王述红 孟嫣然 邓远刚
本文以花岗岩试件为研究对象，借助于先进的CT技术获取试件内部结构切片图像，利用数字图像处理技术实现了基于CT图像的花岗岩试件结构的识别和表征，基于矢量化方法和岩石破裂过程分析系统RFPA3D建立了花岗岩三维数值试件，对花岗岩试件单轴压缩破裂过程进行了数值模拟。通过数值试验结果与物理实验结果对比发现，基于CT扫描的花岗岩数值试件的破裂模式与室内实验得到的破裂模式相似，为深入研究岩石、复合材料等力学特征提供了一种可行方法。
2017 Vol. 38 (6): 591-600 [摘要] ( 309 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 380 )
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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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