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2023年 44卷 3期
刊出日期：2023-06-28
综述
研究论文
综述
273
钨塑性变形与断裂行为及其辐照效应的研究综述
程杨洋 余龙 刘文斌 薛建明 段慧玲
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2022.053
金属钨具有独特的力学特性和物理化学特性，是核能、航空航天、微机电系统等领域广泛应用的结构材料。钨在服役条件下的变形和断裂行为是影响其服役状态的关键因素之一。但是，钨的塑性变形和断裂表现出异于其它金属材料的力学行为，比如，屈服强度表现出非施密特效应和拉压不对称性，断裂韧性低且具有各向异性、尺寸效应和温度效应，等等。这些特性与钨的位错特性、晶界特性、晶粒尺寸、晶粒取向等微结构紧密相关。辐照条件下高能粒子与钨原子的相互作用会引起其微观组织结构的变化，形成的位错、位错环等辐照缺陷导致钨的辐照硬化和辐照脆化，揭示钨微结构与力学行为之间的物理关系、研究辐照对钨力学行为的影响机制成为近年来关注的热点。本论文围绕钨的塑性变形和断裂行为及其辐照效应，从实验、理论、模拟三个方面综述研究者们在原子尺度、位错尺度、单晶尺度、多晶宏观尺度取得的研究成果；最后，对钨力学行为研究方面的重要问题做出展望。
2023 Vol. 44 (3): 273-316 [
摘要
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317
铁素体/马氏体钢在液态铅铋中的断裂力学试验研究进展
林强 冯金辉 陈刚 许斌 吴冰洁 石守稳
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2022.050
基于第四代核反应堆的发展与需要，具有低熔点的铅基快堆成为当前研究热点之一。作为铅基快堆中的冷却剂，铅铋共晶合金(LBE)对铁素体/马氏体钢断裂性能的影响成为了研究热点。论文总结了铁素体/马氏体钢在液态铅铋中的相容性研究进展，包括液态金属腐蚀（LMC）和液态金属脆化(LME)两个方面，分析了液态金属环境下断裂力学测试方法，阐述了液态铅铋共晶合金对铁素体/马氏体钢断裂性能的影响，最后总结了铁素体/马氏体钢在液态铅铋中断裂的微观机制。
2023 Vol. 44 (3): 317-345 [
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研究论文
346
基于光滑有限元法的热-弹相场断裂研究
马玉娥 陈鹏程 郭雯 彭帆
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2022.046
基于相场理论，本文构建了热力耦合作用下热-弹性材料的复杂断裂控制方程，采用光滑有限元法对该模型进行了数值离散；设计编写了相应的Matlab计算程序；开展了热-力载荷下的二维拉伸断裂模拟，将结果和有限元计算结果对比，吻合一致。同时采用该模型开展热冲击下陶瓷板的多裂纹扩展过程模拟，计算结果和实验结果吻合良好，验证了本文方法的有效性
2023 Vol. 44 (3): 346-354 [
摘要
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355
钢轨表面三维疲劳裂纹扩展数值分析
王梦凡 阚前华 赵吉中 温泽峰 苗鸿臣 康国政
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2023.003
在车轮循环滚动接触载荷作用下，钢轨接触表面裂纹问题频发，严重威胁高速列车运行安全，开展钢轨表面三维滚动接触疲劳裂纹扩展分析意义重大。首先，考虑不同初始裂纹角度，建立钢轨轨头含初始裂纹的三维有限元模型，对钢轨表面施加循环滚动接触载荷，进行轮轨滚动接触计算；然后，基于相互作用积分法计算裂纹前缘的应力强度因子；最后，采用最大周向应力准则和Paris公式计算当前状态下裂纹扩展方向和扩展速率，进而更新下一时刻的裂纹形状和尺寸。通过对上述过程重复实现，从而预测钢轨表面三维裂纹的扩展路径。加载过程中裂纹前缘应力强度因子计算结果表明，随着初始裂纹角度增加，KⅠ的峰值逐渐减小，KⅡ的峰值逐渐增大，裂纹前缘各位置的等效应力强度因子逐渐减小；裂纹前缘节点的位置越靠近钢轨表面，等效应力强度因子越大。疲劳裂纹扩展计算结果表明，随着循环次数的增加，不同初始角度下的裂纹都发生了偏折，逐渐朝着钢轨深度方向扩展，且裂纹的初始角度越大，发生扩展时需要的循环次数越多。对比三种初始裂纹角度下裂纹长度随循环次数的演化曲线可以发现，初始裂纹角度越小，裂纹扩展速率越大。
2023 Vol. 44 (3): 355-367 [
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368
多轴载荷作用下马氏体耐热钢中微孔洞演化行为的模拟研究
侯昱帆 郑勇刚 凌超 李东风
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2023.015
为了分析P91马氏体耐热钢中的塑性滑移对微观孔洞扩展的影响，本文提出了一种基于晶体塑性有限元的微观力学计算模型，量化了应力三轴度、洛德参数和晶体取向对微孔洞演化行为的影响。结果表明，在相对较高应力三轴度条件下，随着应力三轴度的增大，含孔洞马氏体块的等效应力应变响应呈现出快速软化的特征，同时孔洞体积分数随着等效应变的增加而快速增加。对于给定的应力三轴度，胞元的聚合应变在[111]取向时最小，在[110]取向时最大。孔洞聚合开始时，低应力三轴度下孔洞形状趋向于椭球状，而较高应力三轴度时孔洞横向略鼓。在一定的应力多轴度和洛德参数范围内，在孔洞聚合和孔洞坍塌两种胞元失效状态之间存在着一个条带状过渡状态，在[100]晶体取向时，不同洛德参数下条带的宽度不同，当洛德参数L=0 时条带最宽。
2023 Vol. 44 (3): 368-380 [
摘要
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381
基于数据驱动的增材制造铝合金的疲劳寿命预测
詹志新 高同州 刘传奇 吴圣川
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2022.045
增材制造金属材料的疲劳损伤及寿命预测问题是当前研究的热点。本文以增材制造AlSi10Mg为典型应用对象，采用数据驱动方法开展疲劳寿命预测，考虑到其疲劳试验数据有限，采用经过试验验证的可靠的理论模型和数值计算方法来获取足够的疲劳数据，以弥补试验数据的不足。首先，提出了基于缺陷特征参数的疲劳损伤模型，其次，建立了理论模型的数值实现方法，并将数值计算结果与试验结果进行对比，验证了所提方法的可靠性。然后，开展数据驱动模型的训练与预测，采用K最近邻的数据驱动算法预测了增材制造AlSi10Mg的疲劳寿命，最后，深入分析了疲劳寿命随增材制造内部缺陷、疲劳载荷的变化规律，研究了数据驱动模型的训练数据量及模型参数对预测精度的影响。
2023 Vol. 44 (3): 381-394 [
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395
大气预腐蚀下ER8C车轮钢的疲劳寿命评估
吕昭 奥妮 吴圣川 徐会会 赵鑫 郭慧娟
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2023.013
摘 要：随着高速列车车轮服役里程的增加，车轮辐板持续遭受潮湿大气甚至海洋大气环境的考验，点蚀成为车轮失效的主要原因之一。本文首先在大气自然环境下对ER8C车轮钢高周疲劳试样进行为期180天的曝晒（预腐蚀）试验，随后进行表面形貌和疲劳性能表征。结果表明，预腐蚀后车轮钢的疲劳极限为387 MPa，相比光滑试样下降12%；这主要是由于预腐蚀造成的腐蚀坑使试样表面局部应力集中，加速了疲劳裂纹萌生。采用激光共聚焦显微镜统计预腐蚀试样表面蚀坑尺寸，使用由均值蚀坑尺寸计算得到等效初始缺陷尺寸（EIFS），对预腐蚀车轮钢试样的疲劳寿命进行预测，避免腐蚀疲劳裂纹萌生以及短裂纹扩展对疲劳寿命预测的影响；预测结果与实验结果较为符合，证明了该方法的可行性。本文的主要结论是，通过统计试样表面蚀坑尺寸的均值来获得EIFS的方法，可以计算得到大气预腐蚀后车轮钢的剩余寿命，这验证了EIFS方法在大气预腐蚀下材料的疲劳寿命研究中的适用性。
2023 Vol. 44 (3): 395-405 [
摘要
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406
缺口件多轴疲劳寿命预估新方法
刘俭辉 张子阳 资绒 易湘斌
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2023.010
局部应力应变法(LSSM)以危险点处的局部应力应变历程进行寿命评价，忽略了非比例附加强化及缺口附近应力梯度对疲劳损伤的影响。本文通过分析裂纹萌生面（临界面）上剪应力和正应力分布状态，提出一种计算缺口件多轴疲劳损伤影响区的数学计算方法，建立考虑法向正/剪应力梯度与非比例附加强化效应的寿命预估模型。首先，基于能量法和临界面理论，借助坐标变换原理将应变能密度最大的材料平面定义为临界面，建立确定裂纹萌生方向的能量-临界面法。其次，以临界面上特定路径为积分方向，将缺口件三维问题转化为线性问题，简化计算过程。综合考虑峰值应力和等效应力场强对多轴疲劳寿命的贡献度，建立表征缺口件多轴疲劳损伤演化过程的损伤参量。最后，通过TC4合金多轴疲劳试验验证本文模型的可行性和精确度，并与LSSM法、FS模型、SWT模型进行对比分析。
2023 Vol. 44 (3): 406-416 [
摘要
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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）
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