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2021年 42卷 5期
刊出日期：2021-10-28
研究论文
研究简报
 
       研究论文
501 土遗址楠竹锚固界面力学行为与传力机理研究
芦苇 李东波 毛筱霏 何海军 姜昊天
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2020.048
楠竹锚固技术是处理纵向裂隙引起的大型土遗址稳定问题的重要手段，但此类锚固系统传力机理尚不明确，成为制约其科学化、规模化应用的瓶颈。通过现场拉拔试验研究锚固界面力学行为，将识别出的完全脱粘现象通过摩擦段后的零剪应力段进行表征，建立适用于此类锚固界面的修正三线型粘结-滑移模型。在此基础上，提出基于ANSYS中非线性弹簧单元的锚固界面力学行为数值模拟方法，系统研究锚固系统传力机理。最后，通过与试验结果的对比验证了该模拟方法的可靠性。结果表明：锚杆/浆体界面的滑移失效是锚固系统破坏的主要原因，此类界面微段的受力过程可分为弹性、软化、摩擦和完全脱粘四个阶段，随荷载增加锚固界面高应力区逐渐由加载端向锚固端转移，界面进入完全脱粘阶段后剪应力趋近于零，极限锚固力和有效锚固长度均存在临界值；第一锚固界面传递至第二锚固界面的剪应力非常有限，遗址土体应力处于较低水平。研究结果能够为基于“安全第一，最小干预”原则的土遗址文物锚固优化设计提供参考。
2021 Vol. 42 (5): 501-517 [摘要] ( 167 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 119 )
518 316L不锈钢随动强化模型改进研究
杨超 吴昊
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2021.018
本文对316L不锈钢进行了单轴与多轴非比例路径下的应力控制棘轮试验，考察了应力幅值、平均应力和加载历程对棘轮特性的影响。同时进行了应变控制循环试验以研究材料的应力松弛特性。试验结果表明轴向棘轮效应在对称剪切荷载下效果明显,同时棘轮应变随应力幅值和平均应力的增加而增加。研究了Chen-Jiao随动强化模型与Jiang-Sehitoglu随动强化模型采用的单轴与多轴参数对背应力分量增量方向的影响，将Chen-Jiao模型中的多轴系数替换为界面饱和率，并在此基础上引入新的参数对塑性模量系数进行修正，计算结果表明修正后的模型能提升应力控制下多轴棘轮的预测精度，并能很好的预测应力松弛现象，表明了新模型的正确性与有效性。
2021 Vol. 42 (5): 518-531 [摘要] ( 155 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 122 )
532 聚合物分子链微结构-力学性能关系的数据驱动模型
刘传志 杨庆生
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2021.019
聚合物一般由随机分布的大分子链组成，分子链的分布、缠绕、交联等微结构状态显著影响聚合物的力学和物理性能。本文通过数据驱动方法，建立了聚合物分子链微结构-力学性能关系。使用有限元方法建立了两种分子链的随机微结构模型并得到了其力学性能。基于微结构-力学性能关系建立数据集，以聚合物的随机分子链微结构为输入，以聚合物的弹性刚度为响应输出，进行数据驱动模型的训练和验证。得到了精度满意的微结构-力学性能关系的分析结果。结果表明，通过数据驱动方法研究聚合物的弹性刚度问题是可靠的。
2021 Vol. 42 (5): 532-542 [摘要] ( 201 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 156 )
543 温度场下岛-桥结构屈曲薄膜的动力学分析
吴文斌 王博 王振洋 周煜棠 邓子辰
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2021.013
基于岛-桥结构的柔性电子器件已被用于健康监测和皮肤电子等领域。但是柔性电子器件在工作中极易受工作温度变化等激励产生振动，进而影响器件的灵敏度与可靠性。因此本文研究在温度场作用下岛-桥结构屈曲薄膜的动力学问题。首先，基于Euler-Bernoulli梁理论，建立温度场作用下岛-桥结构屈曲薄膜的动力学控制方程。其次，通过引入新变量，将原动力学方程引入Hamilton体系中，得到相应的Hamilton正则方程。随后，采用辛Runge-Kutta方法求解该Hamilton正则方程，并与经典Runge-Kutta方法对比，数值结果显示了辛算法在求解非线性动力学方程时高精度、高数值稳定性的优势，进一步讨论了温度变化量、预应变、阻尼系数等对屈曲薄膜动力学响应的影响。本文研究为柔性电子器件动力学设计提供了理论参考。
2021 Vol. 42 (5): 543-551 [摘要] ( 144 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 122 )
552 平面任意形状等剪切模量异质夹杂问题的解析解
李涛 邹文楠
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2021.037
本文研究任意形状夹杂域在受到远端均匀荷载和均匀本征应变作用下的弹性场问题，其中基体和夹杂的材料不同但具有相同的剪切模量。利用等效理论将远端均匀荷载引起的扰动转化为等效均匀本征应变的作用，再利用K-M势函数表达扰动场问题的界面连续条件；借助于黎曼映射定理，用洛朗多项式将平面光滑闭合曲线外部区域映射到单位圆外部区域，借助柯西积分公式和Faber多项式求解了等剪切本征应变下夹杂和基体的K-M势函数的显式解析解，其中考虑了夹杂相对于基体的刚体位移。将得到的结果与相关文献的结果进行对比，表明了本论文的方法和结果是有效的和正确的。
2021 Vol. 42 (5): 552-566 [摘要] ( 109 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 117 )
567 刚性圆形压头作用下热电材料半平面的无摩擦接触问题
张亚莉 丁生虎
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2021.022
热电材料可以将热能转化为电能,反之亦然，这一优良的性质将有助于研发更具成本效益的设备和器件。本文研究了刚性圆形压头作用在热电材料半平面的无摩擦接触问题。假定压头为电导体、热导体，且压头压入深度及与材料的接触区域宽度未知。首先求解电场和温度场，利用傅里叶变换得到了电势函数、温度、电流密度和能量通量的解析表达式。然后求解弹性场，利用积分变换和边界条件，将该热弹性接触问题转化为第一类奇异积分方程并数值求解。数值结果讨论了压头半径和热电载荷对法向接触应力、电流强度因子和能量通量强度因子的影响。结果表明，对于圆压头，热电材料的法向电流密度、法向能量通量在接触边缘表现出奇异性，而表面法向接触应力在接触边缘为零。本文建立的研究模型有助于更深层次的了解热电材料的接触行为。
2021 Vol. 42 (5): 567-575 [摘要] ( 106 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 125 )
       研究简报
576 薄宽带材局部纵向屈曲的辛弹性力学求解方法
于海军 何安瑞 孙文权
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2021.033
局部纵向屈曲是普遍存在于薄宽带材生产过程的板形缺陷，是屈曲研究的难点，精确的解析求解方法对局部纵向屈曲形成机理的研究和板形质量的提高具有重要意义。本文将任意位置的局部纵向屈曲分为带材边部和内部两类，采用辛弹性力学方法直接推导得到了局部纵向屈曲区域承受不同边界约束条件时的临界屈曲应力和屈曲挠度函数，并将求解结果与有限元和相关文献结果进行了对比。结果表明：辛弹性力学方法与有限元方法相比具有相同计算精度和更高的计算效率，计算精度高于传统能量法；带材边界的约束条件对临界屈曲应力、屈曲区域几何形状和屈曲挠度函数均存在显著影响，验证了传统能量法求解的不足，有利于提高局部屈曲计算精度。
2021 Vol. 42 (5): 576-585 [摘要] ( 129 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 127 )
586 智能材料MFC驱动双稳态板的跳变特性研究
白存平 郝育新 张伟
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2021.012
智能可变形结构能感知周围环境的变化并做出适当的反应，其主要原理是利用智能材料层产生应变以达到驱动主体结构发生变形。含有智能材料压电纤维MFC的双稳态复合材料层合板可以通过智能驱动实时调整主体结构的形状，实现稳态构型之间的跳变。本文对中心点固支的MFC压电智能驱动双稳态复合材料层合板的稳态构型、跳变规律及其影响因素进行了系统地研究。研究内容主要包括：含MFC的双稳态层合板的稳态构型、分叉行为和驱动跳变分析。利用理论模型分析了层合板的长宽比、厚度尺寸、铺层方式和MFC粘贴位置对双稳态板分叉行为的影响，并预测了双稳态层合板的临界尺寸以及驱动跳变的临界电压。双稳态板的跳变是一个大变形的非线性行为，实现和控制跳变行为的研究是其应用的基础。本文的研究结果为新型压电材料驱动双稳态板的结构设计提供了一定的理论参考。
2021 Vol. 42 (5): 586-598 [摘要] ( 137 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 116 )
599 纳米圆轴在弹性介质中的扭转振动分析
戴光韬 李皓男 姚林泉
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2021.032
基于非局部应变梯度理论，考虑周围弹性介质的影响，研究纳米圆轴的扭转自由振动。首先通过Hamilton原理推导纳米圆轴扭转振动的控制方程及边界条件，接着采用微分求积法得到控制方程及三类边界条件的离散形式，最后由数值计算结果分析扭转振动特性。讨论了两个小尺度参数和弹性介质刚度的变化对振动频率的影响，并通过小尺度参数比对振动频率的影响分析两个尺度参数的耦合作用。研究结果表明，扭转自由振动频率随非局部参数增加而减小，随应变梯度尺度参数、弹性介质刚度增加而增大；当非局部参数大于应变梯度尺度参数时，小尺度效应体现为非局部效应，相反则体现为应变梯度效应。
2021 Vol. 42 (5): 599-611 [摘要] ( 114 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 115 )
612 基于BP神经网络的风电机组钢混组合式塔架结构频率预测
汤群益 张栋梁 陈金军 付坤 李天昊
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2021.001
风电机组塔架结构固有频率设计是风力发电结构体系设计的基础。针对风电机组新型钢混组合式塔架（“混塔”）结构固有频率传统理论计算和有限元法计算的不足，提出了基于BP神经网络算法进行频率预测的新方法。首先，利用有限元计算和分析，确定了训练模型的特征量和标签；然后，利用32个有限元计算样本，基于BP神经网络算法训练了可用于混塔结构频率分析的模型。经验证，该方法对混塔的一阶频率预测误差仅约为0.1%，具有很高的准确性；利用不同的样本集训练的模型也能快速准确预测混塔一阶频率，说明算法具有高度的稳定性；该方法还可用于预测混塔的多阶频率，结果仍显示出高度的准确性。此外，与基于有限元的频率计算相比，该方法具有突出的计算效率。整体上，本文提出的基于BP神经网络的混塔结构固有频率预测新方法，具有高度的可行性、精准性和高效性，可为风力发电机组塔架结构体系设计提供重要的指导。
2021 Vol. 42 (5): 612-622 [摘要] ( 259 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 123 )
  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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