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2020年 41卷 3期
刊出日期：2020-06-28
研究论文
研究论文（多尺度专辑）
 
       研究论文（多尺度专辑）
193 基于尺寸效应的FG-SMA微梁非线性自由振动特性研究
贾晓丽，计朝晖，柯燎亮，刘志乾
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2020.024
形状记忆合金具有相变温度低、输出应力高、能耗小、驱动电压低、可恢复应变大、生物相容性好等特性。随着形状记忆合金制备技术的进一步发展，有学者提出将功能梯度形状记忆合金材料用于微机电系统等智能微结构，将使其具有更优良的特性。因此开展机电多场耦合功能梯度形状记忆合金微结构的非线性自由振动特性研究具有重要研究价值。本文基于冯卡门几何非线性理论，综合考虑静电力和分子间作用力的影响，考虑尺寸效应，基于修正偶应力理论，建立两端固定的功能梯度形状记忆合金微梁模型，对功能梯度形状记忆合金微梁相变前后的机电耦合非线性自由振动问题进行深入研究，分析了尺寸效应参数、几何结构参数和相变参数等对功能梯度形状记忆合金微梁自由振动特性的影响。
2020 Vol. 41 (3): 193-205 [摘要] ( 321 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 194 )
206 恒磁场作用下压磁/压电半导体复合圆柱壳的耦合响应分析
梁超，张春利
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2020.021
本文针对由压磁材料和压电半导体材料组成的无限长复合圆柱壳结构，理论研究了其在径向恒磁场作用下结构内的多场耦合力学响应问题。为解析求解方便，文中分别采用单向耦合法和线性全耦合法，导出复合圆柱壳内位移场、电场、载流子等物理量的解析表达式。利用导出的解析表达式，数值分析了磁场大小和半导体层厚度比对结构内电势、电场和载流子的影响。计算结果表明：磁场和厚度比均可用来有效调控半导体层内的电学量，复合圆柱壳结构的厚度比有一个最优区间。
2020 Vol. 41 (3): 206-215 [摘要] ( 219 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 204 )
216 水蒸汽驱动高聚物形状记忆效应的力学模拟
戴璐，肖锐
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2019.048
部分形状记忆高聚物在相对湿度较高的环境中会从其临时形状恢复到永久形状，这种效应被称之为水蒸汽驱动形状记忆效应。由于不需要升高温度就可实现形状恢复，水蒸汽驱动的形状记忆效应在多个领域都有着潜在的应用价值。本文拟建立一个热-力-化学多场耦合的理论模型来模拟非晶态高聚物的水蒸汽驱动形状记忆行为。该理论模型采用自由体积的概念来模拟玻璃态转变，采用Fick定律来模拟水蒸汽在高聚物基体中的扩散行为。相关有限元模拟结果表明，该模型能定性地描述文献中观察到的恢复温度、相对湿度以及溶剂分子扩散速度对形状恢复行为的影响，也能模拟复杂变形条件下水蒸汽驱动的形状记忆效应。
2020 Vol. 41 (3): 216-222 [摘要] ( 252 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 201 )
223 ARB过程中β钛基SMA显微结构演化及对其超弹性能的影响
蔡文昊， 张德闯,李理,林建国
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2020.013
本文采用复合轧制（Accumulative Roll-Bonding，ARB）工艺对β钛基形状记忆合金(SMA)进行轧制，然后700℃下快速热处理（保温5min）。利用光学显微镜（OM）和X射线衍射仪（XRD）对合金轧制热处理前后合金相组成与显微组织进行分析，并用电子万能试验机对轧制试样的力学性能和超弹性能进行测试。研究了β钛基形状记忆合金复合轧制过程中显微结构演化规律及对其超弹性能的影响。结果表明：复合轧制工艺能有效细化合金晶粒，经过轧制8道次、700℃/5min快速热处理可得到全β相合金组织，其晶粒尺寸1μm；复合轧制处理后合金的超弹性能得到了改善，在预变形为6%时，其回复变形为5.94%，回复率为99%，表现出稳定的超弹性。
2020 Vol. 41 (3): 223-230 [摘要] ( 167 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 181 )
231 分子动力学模拟金属玻璃板拉伸时剪切带的形成和演化过程
巩晓雨，陈斌，吴文平
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2020.014
金属玻璃在低温高应力条件下容易生成剪切带而导致结构的破坏，大大限制了它的推广应用。本文采用分子动力学模拟研究了三种Cu64Zr36（不带缺口、一侧带缺口、两侧带缺口）金属玻璃板试样在拉伸过程中剪切带的形成和演化过程及其力学性能。结果表明：不带缺口金属玻璃板试样在低温高应力的拉伸过程中会自发出现局部剪切转变区，发生剪切局部化，继续拉伸会在与加载轴大约成45°方向上形成剪切带。剪切带的形成与剪切转变区的分布和局部化有关，带缺口比不带缺口的试样会更早出现应变局部化，即在较低的拉伸应变下便形成剪切带，其拉伸强度也相应较低。相同条件下，一侧带缺口与两侧带缺口的试样在拉伸强度上几乎相同，但两侧带缺口试样的应变局部化程度稍低，主要是两侧缺口处均出现了剪切转变区，导致其分布和局部化不够集中，这也是形成主剪切带和次剪切带的主要原因。以上结果为进一步从原子尺度理解金属玻璃剪切带的形成和演化特征提供了重要的信息。
2020 Vol. 41 (3): 231-238 [摘要] ( 280 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 195 )
       研究论文
239 非公度接触石墨烯层间摩擦对压入深度的依赖性
张红卫，王梦谣，张田忠
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2019.045
近年来, 以石墨烯为代表的层状二维纳米材料的摩擦力学行为受到广泛关注, 许多新的纳尺度摩擦现象、规律及机理被陆续报道, 推动纳米摩擦学取得了重要进展. 然而, 由于纳米级摩擦十分复杂, 在建立摩擦力与影响因素之间的直接关联方面依然进展非常缓慢. 本文利用分子动力学模拟方法, 研究了衬底支撑石墨烯基底与石墨烯滑片之间的摩擦行为, 着力考察了非公度接触情况下的摩擦规律. 结果表明, 石墨烯滑片和基底之间的摩擦力与压入深度直接相关, 说明压入深度可作为纳尺度摩擦力的重要度量指标. 特别地, 法向载荷和衬底刚度对石墨烯摩擦的影响，都可通过压入深度归一化处理. 该结果对理解二维材料表面弹性影响的摩擦规律具有重要的理论意义.
2020 Vol. 41 (3): 239-247 [摘要] ( 405 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 206 )
248 声表面波谐振器频率-温度行为分析
张艳明，江山，金俊，胡洪平
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2019.040
声表面波（SAW）器件以其优良的性能广泛应用于雷达、通讯和日常用品等领域。然而，随着器件工作频率的不断升高，温度对器件频率稳定性的影响也越来越严重。因此，研究声表面波器件的温度效应，并在变温情况下保持SAW器件的频率稳定性至关重要。本文采用增量型的拉格朗日方程分析受温度影响的声表面波频率漂移问题。用频率-温度系数（TCF）作为评价频率-温度行为的标准。设计了一个具有温度补偿层的双层SAW谐振器模型，降低了器件的频率-温度系数。通过尺寸优化，LiNbO3-AlN结构的SAW谐振器在25℃（参考温度）下的频率温度系数TCF接近0ppm/℃。SAW谐振器的波长为4μm，谐振频率为1214.9MHz。
2020 Vol. 41 (3): 248-257 [摘要] ( 429 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 191 )
258 热环境中旋转运动功能梯度圆板的强非线性固有振动
胡宇达，包海军
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2019.044
研究热环境中旋转运动功能梯度圆板的非线性固有振动问题．针对金属－陶瓷功能梯度圆板，考虑几何非线性、材料物理属性参数随温度变化以及材料组分沿厚度方向按幂律分布的情况，应用哈密顿原理推得热环境中旋转运动功能梯度圆板的非线性振动微分方程．考虑周边夹支边界条件，利用伽辽金法得到了横向非线性固有振动方程，并确定了静载荷引起的静挠度．用改进的多尺度法求解强非线性方程，得出非线性固有频率表达式．通过算例，分析了旋转运动功能梯度圆板固有频率随转速、温度等参量的变化情况．结果表明，非线性固有频率随金属含量的增加而降低；随转速和圆板厚度的增大而升高；随功能梯度圆板表面温度的升高而降低．
2020 Vol. 41 (3): 258-272 [摘要] ( 268 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 220 )
273 功能梯度压电、压磁柱对称问题的振动分析
刘兴伟，汪文帅，李星
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2020.003
本文在不考虑体力、体电流和体电荷的情况下, 假定压电、压磁柱壳的材料参数沿圆柱厚度方向呈幂函数分布时, 研究了径向载荷作用下功能梯度压电、压磁空心柱壳的空间柱对称径向振动问题. 首先在柱坐标系下, 由功能梯度材料的参数、本构、梯度和平衡方程推导得出外激励作用下以Bessel函数表示圆柱壳的应力、电势、磁势等物理量的稳态解, 进而对空间柱对称的压电、压磁功能梯度材料动力控制问题进行了理论分析. 可以看出, 当梯度参数时, 即完全退化为横观各项同性压电、压磁柱对称的振动问题, 与文献[16]的基本方程为柱坐标下得出的结果一致. 最后给出数值算例, 结果表明材料不均匀性对沿径向振动各物理量的显著影响, 且用一个特定不均匀性参数值可以优化电磁力耦合的性能, 这在现代工程设计中尤为重要.
2020 Vol. 41 (3): 273-280 [摘要] ( 242 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 197 )
281 一维六方准晶中纳米尺度开裂孔洞的III型断裂力学
苏梦雨，肖俊华，冯国益
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2019.043
研究了一维六方准晶中纳米尺度开裂孔洞的Ⅲ型断裂力学问题。基于复变弹性理论和表面弹性理论获得了考虑表面效应时椭圆孔边裂纹的应力场、应力强度因子和能量释放率的解析表达；讨论了缺陷尺寸、裂纹/孔洞比、耦合系数和施加载荷对应力强度因子和能量释放率的影响。研究表明：考虑表面效应且缺陷的尺寸在纳米尺度时，声子场和相位子场的无量纲应力强度因子以及无量纲能量释放率具有明显的尺寸依赖；裂纹相对尺寸较小时，表面效应对声子场和相位子场的无量纲应力强度因子影响较小；纳米尺度时无量纲能量释放率随耦合系数的增加而增大；耦合系数一定时，无量纲能量释放率受到椭圆孔尺寸影响；随着声子场载荷的增大，无量纲能量释放率先减小后增加，最后趋于稳定；无量纲能量释放率随相位子场载荷的增大单调减小，非常小和非常大的声子场载荷(或相位子场载荷)屏蔽了相位子场载荷(或声子场载荷)的影响。
2020 Vol. 41 (3): 281-292 [摘要] ( 220 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 191 )
  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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