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文章快速检索     高级检索 2022年 43卷 5期 刊出日期：2022-10-28 综述 研究论文        综述 519 多模态原子力显微术研究进展 周锡龙 黄震阳 李法新 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2022.031 材料纳米尺度的各种性能中，纳米力学性能是纳米材料和器件服役所需要保证的最基本性能。因此，发展可靠的定量化纳米力学测试技术就显得尤为关键。原子力显微镜(Atomic Force Microscope，AFM)作为纳米力学测试的重要平台，目前广泛应用于材料纳米尺度形貌和力学性能成像。作为原子力显微术的前沿应用模式之一，多模态原子力显微术通过同时激励探针的两个或多个振动模态对样品进行测试或成像，可实现对被测样品高分辨率、高灵敏度、定量化和无损的纳米力学快速成像及检测，具有极其广泛的应用前景。围绕多模态原子力显微术，首先介绍了多模态原子力显微术的基本成像原理和力学模型基础。随后，综述了多模态原子力显微术探针动力学以及成像技术相关研究的主要进展。然后，对多模态原子力显微术的几类典型应用进行了总结和评述。最后，对多模态原子力显微术未来可能的研究方向进行了展望。 2022 Vol. 43 (5): 519-540 [摘要] ( 118 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 93 )        研究论文 541 双材料界面裂纹的改进广义有限差分法 江崧维 谷岩 傅卓佳 屈文镇 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2022.006 采用数值方法进行断裂力学分析时，裂纹尖端奇异区域处理的好坏直接关系到最终断裂力学参数的求解精度。与传统均匀介质不同，复合材料界面裂纹渐近位移和应力场表现出剧烈的振荡特性，许多用于表征经典的平方根和负平方根物理场渐近性的传统方法也因此失效。论文提出了一种改进的广义有限差分法，该方法基于多元函数泰勒级数展开和移动最小二乘法的思想，将节点变量的各阶导数由相邻点集函数的加权线性累加来近似，具有无网格、无数值积分、数据准备简单、稀疏矩阵快速求解等优点。为提高该方法求解断裂力学问题的计算精度和数值稳定性，论文引入了裂尖奇异区域局部点簇的自动创建技术和一种基于局部点簇几何尺寸的矩阵正则化算法。数值算例表明，所提算法稳定，效率高，在不增加计算量的前提下，显著提高了裂尖近场力学参量和断裂力学参数的求解精度和数值稳定性。 2022 Vol. 43 (5): 541-550 [摘要] ( 132 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 85 ) 551 蒙皮点阵一体化支撑结构的移动可变形组件优化设计及空间站应用 张啸雨 刘畅 施丽铭 蒋旭东 曾惠忠 周浩 郭旭 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2022.010 中国空间站是我国研制的系统最为复杂的载人航天器，其中有效载荷支撑结构的高效轻量化设计是工程研制过程中遇到的技术难题。本文介绍了受晶体对称性启发的增材制造自支撑三维点阵结构设计方法，发展了基于蒙皮点阵一体化结构形式的移动可变形组件（MMC）拓扑优化方法，完成了面向增材制造的中国空间站某相机支撑结构的优化设计，该结构采用激光选区熔化成形（SLM）工艺制造，通过了力学试验考核，实现结构减重50%，基频提高35%，完成了基于MMC方法的蒙皮点阵一体化结构在我国载人航天领域的首次型号应用与在轨验证。 2022 Vol. 43 (5): 551-563 [摘要] ( 353 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 107 ) 564 基于扭曲Kagome点阵结构的一模材料设计 刘晓宁 万力臣 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2022.011 零能模式超材料指弹性矩阵的特征值中有若干为零的弹性材料，根据零特征值的个数可将其分类为一模至五模材料。当前，针对五模材料已有较深入研究，并在水声和弹性波调控方面获得重要应用，而对其他类型零能模式材料的研究尚未展开。本文对扭曲Kagome周期桁架这样一类欠约束点阵材料的有效弹性性质进行了研究，结果表明通过调节点阵材料的微观几何构型和杆件刚度，该类结构能够涵盖一系列一模材料谱系。针对给定一模弹性张量，发展了软-硬模式分离的微结构逆向优化设计策略。通过特定一模材料中的波传播现象对有效性质预测和微结构设计进行了数值验证。 2022 Vol. 43 (5): 564-576 [摘要] ( 148 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 88 ) 577 仿生齿接结构损伤行为的几何参数研究 孙瑜珮 赵蓉 刘凤楠 麻肖妃 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2022.012 受到自然界几何连接接口的启发，提取出数学模型，通过3D打印建立了齿接结构，并结合Python和MATLAB GUI对ABAQUS前处理进行二次开发，生成了齿接结构的有限元模型，通过实验和数值仿真探究不同基线形状和齿顶角对齿接结构损伤模式和力学性能。并在验证仿真模型有效性的前提下，通过数值仿真探究弧基线幅值的互锁效应对齿接结构承载能力的影响。 2022 Vol. 43 (5): 577-584 [摘要] ( 104 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 114 ) 585 考虑孔洞影响的铸造镁合金ZM6疲劳寿命预估方法 梅威威 胡伟平 高同州 王计真 詹志新 孟庆春 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2022.015 铸造镁合金ZM6是一种应用于直升机减速器机匣制造的典型材料。然而，在铸造过程中产生的内部缺陷对材料的疲劳性能有显著影响。本文研究了含内部孔洞缺陷ZM6材料的疲劳损伤模型和寿命预估方法。首先，采用X射线断层扫描技术，对三个批次毛坯料制成的试验件进行扫描观察，获得了试验件内部孔洞的分布特征。进而，对48件试验件进行了两种应力比下多级应力水平的疲劳试验，获得了各批次试验件寿命结果，并通过观察与分析，得出了孔隙率和近表面较大孔洞为影响试验件疲劳寿命的两个关键因素。然后，基于损伤力学理论提出了通过材料初始弹性模量和等效孔洞局部应力应变场来分别反映孔隙率和近表面较大孔洞影响的疲劳损伤模型和寿命计算方法，并结合ABAQUS软件平台实现了含孔洞试验件的疲劳损伤计算和寿命计算。最后，采用所提理论模型和计算方法给出了试验件的疲劳寿命预测结果，并与试验结果进行了不同维度的对比，验证了所提模型与方法的有效性和适用性。 2022 Vol. 43 (5): 585-602 [摘要] ( 185 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 102 ) 603 基于无网格法的Timoshenko曲梁动力分析 谢臻 黄钟民 陈思亚 彭林欣 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2022.016 曲梁具有外形美观、受力性能良好的优点，故在工程中得到广泛应用。本文基于移动最小二乘近似和一阶剪切变形理论，提出一种对Timoshenko曲梁自由振动和受迫振动进行分析的无网格方法。通过一系列离散点离散曲梁，建立曲梁无网格模型，然后推导曲梁势能和动能方程，通过哈密顿原理给出曲梁自由振动和受迫振动的控制方程，因为本文方法不能直接施加边界条件，所以使用完全转换法处理本质边界条件，最后求解方程得到频率和振动模态。文末通过算例验证了本文方法的有效性，且通过收敛性分析表明本文方法具有较好的收敛性，并进一步分析了不同边界条件、跨高比和变截面变曲率对曲梁自由振动和受迫振动的影响，将计算结果与文献解或ABAQUS解进行对比分析，表明本文方法具有较高的精度，且适用于实际工程情况。 2022 Vol. 43 (5): 603-613 [摘要] ( 151 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 111 ) 614 混凝土梁三点弯曲断裂模式转变的近场动力学模拟 吴攀 周志昆 陈子光 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2022.017 混凝土结构的宏观损伤开裂与其非均质微观结构紧密相关。底部带切口的混凝土梁在进行三点弯曲破坏时，随着切口的位置由梁中向梁边转移，裂纹由从切口处萌生并生长转变为从梁的中部萌生。本文采用半均质化近场动力学（IH-PD）模型和全均质化近场动力学（FH-PD）模型，分别对混凝土梁三点弯断裂问题进行模拟研究。IH-PD模型根据混凝土中骨料体积分数随机生成不同键的组合方式，将微观尺度的非均质性引入模型，无需详细描绘骨料形状和分布即可考虑混凝土非均质性。本文将IH-PD与FH-PD模型得到的断裂模式随切口位置的变化关系，与实验结果对比，分析微观结构对混凝土梁开裂的影响；基于非均质材料特征尺寸与IH-PD模型网格参数的相关性，模拟骨料大小对混凝土梁断裂模式的影响；另外，通过在IH-PD模型中设置预损伤的方式引入随机分布的孔隙，探讨孔隙率对混凝土断裂模式的影响。 2022 Vol. 43 (5): 614-624 [摘要] ( 121 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 88 ) 625 多层氧化石墨烯的三维弹性常数及氧化度对力学性能的影响 张金涛 文聘 晏石林 何大平 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2022.019 宏观氧化石墨烯膜由多层石墨烯组成，其法向拉伸和层间剪切性能远比面内性能低。本文视多层氧化石墨烯为一种特殊的三维正交各向异性材料——横观各向同性材料，通过建立羟基和环氧基在石墨烯表面随机分布的多层氧化石墨烯三维模型，采用分子动力学方法模拟多层氧化石墨烯的面内拉伸、法向拉伸和层间剪切行为，分别得到了多层氧化石墨烯材料的全部五个独立弹性常数E2、E3、μ12、μ32和G23，进而确定了三维弹性矩阵（柔度矩阵和刚度矩阵），并进一步分析了氧化度对弹性常数和强度的影响规律。结果表明：随着氧化度R逐步增大，多层氧化石墨烯面内杨氏模量E2和拉伸强度σ2max逐步降低，法向杨氏模量E3和拉伸强度σ3max、层间剪切模量G23和剪切强度τ23max均逐步增大，而对泊松比的影响较小；拉伸和剪切断裂破坏位置由氧化基团(羟基和羧基)与碳原子结合键能大小所决定。 2022 Vol. 43 (5): 625-635 [摘要] ( 193 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 101 ) 636 基于奇异强度因子的V型切口应力场和N-SIF评估方法 谌伟 殷乐 左某 邱屿 梁贵明 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2022.020 根据线弹性断裂力学理论，V形切口处的应力场具有奇异性，应力值趋于无穷大，峰值应力不能直接用于评定疲劳强度。通过引入了奇异强度因子“as”，单边缺口应力分布和缺口应力强度因子(N-SIF)的半解析公式被推导。考虑张开角和几何尺寸等因素，基于奇异强度因子拟合得到了切口应力评估的简易公式，可用于切口应力场和N-SIF值的快速评估。将简易公式评估结果与有限元结果以及传统文献结果进行对比分析，结果表明，本文简易公式可以准确地预报拉伸载荷下单边V型切口角平分线上的应力场和N-SIF值，实现了切口试样应力场的快速评估。 2022 Vol. 43 (5): 636-645 [摘要] ( 151 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 88 ) 646 冲击扰动下泥页岩块剪切蠕变损伤特性研究 马利遥 胡斌 刘霁 崔凯 魏二剑 丁静 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2022.021 矿体爆破是大多数露天矿山开采作业中的必要环节，然而持续爆破作业产生的冲击扰动作用会降低露天边坡的长期稳定性，甚至促使滑坡灾害的发生。为研究冲击扰动效应对边坡岩体蠕变特性的影响，以露天石灰石矿山二叠系软弱夹层中的炭质泥页岩为研究对象，利用自主研发的岩石冲击-剪切蠕变试验系统开展了不同冲击能量扰动下的剪切蠕变试验。试验结果表明：（1）冲击扰动对软岩剪切蠕变破坏具有明显的促进作用，随着冲击扰动能量的增加，软岩进入加速蠕变历时缩短，蠕变破坏总时长与剪切蠕变破坏强度亦随之降低。（2）冲击能量可改变泥页岩剪切破坏面的发育特征，冲击扰动能量越大，剪切面裂隙发育越充分且岩样结构形态越破碎。（3）岩样总体变形量与冲击能量呈正相关关系，随着冲击能量的增加，其造成的总变形中塑性永久变形占比越大而弹性变形占比约小，当冲击能量为7.09J时两次冲击后的塑形永久变形占比均不小于73.1%。根据试验结果，引入基于冲击能量的损伤因子D，建立了考虑冲击扰动效应的软岩剪切蠕变损伤模型。采用BFGS算法和1stOpt通用全局优化数学软件进行了模型参数辨识，采用损伤模型对试验结果进行拟合后发现，所建立模型能够较好地描述冲击扰动下泥页岩剪切蠕变变形的全过程，可为爆破扰动效应下的矿山边坡长期稳定性研究提供一定的理论基础。 2022 Vol. 43 (5): 646-657 [摘要] ( 105 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 79 ) 658 包裹层结构对轻质声子晶体低频振动带隙的影响 刘威 何泽银 陶平安 孙世政 王承登 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2022.022 基于局域共振机理提出新型轻质声子晶体包裹层结构设计方法。借助有限元法，计算新型声子晶体能带结构、本征模态，分析包裹层总缺口度数一定时不同包裹层缺口数量及布置位置对第一完全带隙截止频率的影响；设计包裹层与散射体连接形式为线连接与点连接两种新型声子晶体模型，分别得到起始频率为37.4Hz及19.0Hz的第一完全带隙，分析第一完全带隙起始频率处散射体本征模态，揭示新型声子晶体极低第一完全带隙起始频率产生机理；进而，与传统面连接型声子晶体通过增加散射体质量降低第一完全带隙起始频率的方法对比。研究结果表明，包裹层总缺口度数一定时，采用缺口数量更多且缺口位置距离连接短板更大的包裹层布置形式能得到更宽的第一完全带隙；提出的包裹层与散射体线连接与点连接型声子晶体在获得极低第一完全带隙起始频率的同时，显著降低了声子晶体质量，突破了传统声子晶体通过增加散射体质量降低第一完全带隙起始频率的限制，为轻质声子晶体获得极低局域共振带隙起始频率的研究设计提供了参考。 2022 Vol. 43 (5): 658-668 [摘要] ( 95 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 88 )

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）   下载中心 固体力学学报投稿模板 固体力学学报(中文版)版权协议(保密协议) 固体力学学报（英文版）版权协议   友情链接 Acta Mechanica Solida Sinica 投稿系统 (Springer) Acta Mechanica Solida Sinica 主页 (Springer) 中国力学学会 中国力学学会期刊网

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