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2023年 44卷 4期
刊出日期：2023-08-28
综述
研究论文
 
       综述
417 从金属材料疲劳性能的力学描述到飞机结构疲劳寿命评定：现状与展望
刘斌超，鲁嵩嵩，曾苇鹏，鲍蕊
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2022.044
疲劳失效是影响飞机金属结构安全性和使用寿命的主要因素，金属疲劳的学术研究和工程实践在相互促进中得以不断发展。本文总结了飞机传统金属结构疲劳问题的特点，综述了当前飞机金属结构疲劳分析方法的三种思路，即从材料疲劳性能出发的唯象疲劳分析方法、从结构疲劳品质出发的唯象疲劳分析方法、以及以断裂力学为基础的分析方法，剖析了不同思路分析方法的内涵、流程及潜在发展，讨论了学术研究和分析方法的进步对飞机结构抗疲劳保安全策略的变革性影响。在此基础上，对疲劳研究中的几个概念和相关方法中的简化和假设展开讨论，结合先进材料与新型结构的发展和应用所提出的新挑战和新思路、以及未来飞机结构对疲劳与损伤容限评价工作的新需求，对结构疲劳分析方法研究的未来发展作出浅析和展望。
2023 Vol. 44 (4): 417-457 [摘要] ( 131 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 57 )
       研究论文
458 基于水平剪切导波的钢桥面板疲劳裂纹在线识别方法
胡宇豪，苗鸿臣，张清华，崔闯，阚前华，康国政
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2023.012
正交异性钢桥面板广泛应用于大跨度桥梁，然而该类桥面板极易疲劳损伤并出现开裂，严重影响桥梁的服役安全。传统逐点扫描的无损检测方法无法满足大跨度桥梁全域快速的检测要求，迫切需要发展在线智能监测方法。与频散的Lamb波相比，零阶水平剪切波（SH0波）因其非频散特性，是实现正交异性钢桥面板在线监测的理想导波模态，但相关研究极为匮乏。本文首先通过有限元模拟系统研究了SH0波与U肋焊缝的作用规律，发现在一阶截止频率以下，U肋和焊缝对SH0波在顶板中的传播影响较小，可忽略不计。在一阶截止频率以上，U肋会导致SH0波部分能量转化为SH1波，但产生的SH1波幅值较小。接着通过自主研制的压电换能器，实现了16 mm厚顶板中单模态SH0波的激励与接收。在此基础上，实验验证了SH0波与U肋及焊缝的作用规律。最后，搭建了SH0波焊缝裂纹检测系统，实验证明了SH0波可以准确识别正交异性钢桥面板中焊缝典型裂纹缺陷。本文的工作可为发展基于超声导波的正交异性钢桥面板的智能监测技术奠定相关基础。
2023 Vol. 44 (4): 458-469 [摘要] ( 119 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 57 )
470 临界距离法在铝锂合金多轴缺口疲劳寿命预测中的应用
龚帅，王文轩，王英玉， 姚卫星，游文
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2022.042
临界距离法以缺口根部附近区域某点、线、面或体上的应力特征值作为描述材料失效的参量，具有较好的物理意义。本文进行了2297铝锂合金缺口件的疲劳实验，然后介绍了适用于多轴缺口疲劳寿命预测的名义应力法和临界距离法，将临界距离定义为与疲劳寿命相关的函数，借助临界面法给出有效临界面多轴应力比的定义，并对W?hler曲线中的相关参数进行修正。最后，本文应用临界距离法预测了带有不同几何形状缺口试件的多轴疲劳寿命，并与名义应力法的预测结果对比，结果表明，临界距离法的预测精度更高，有92%预测数据点在三倍误差分散带内。
2023 Vol. 44 (4): 470-482 [摘要] ( 89 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 55 )
483 基于物理信息神经网络的薄板反问题研究
方卫华，徐孟启，王润英
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2023.005
为适应薄板反问题求解的智能化发展趋势，基于数据和模型混合驱动思想，建立了基于物理信息神经网络的薄板反问题求解新框架。针对神经网络计算高阶项时间长的问题，受小样本学习中基于微调的学习方式启发，提出了一种冻结参数分步训练法。针对监督学习薄板挠度时边缘处误差较大现象，提出了一种边缘切割方法以优化采样区域。在此基础上采用基于Kirchhoff薄板理论的挠度偏微分方程结合解析解公式计算并叠加随机噪声来模拟薄板挠度实测数据，从而搭建薄板反问题求解的物理信息神经网络模型。同时，进行消融实验以分析验证所提出的改进措施的有效性。数值实验结果显示：受均布载荷的四边简支与四边固支矩形薄板的均布载荷与抗弯刚度比、均布载荷和弹性模量等参数在NVIDIA RTX 3060显卡加速下反演耗时小于30秒，低噪声环境下相对误差小于3%；受静水压力作用的四边固支矩形薄板线性载荷反演相对误差小于11%。结果表明：基于物理信息神经网络的薄板反问题求解方法是正确有效的，能精准反演各种力学模型参数；相应的切割边缘-冻结参数分步训练反演算法具有速度快、精度高、鲁棒性强和参数冗余度小等特点。该研究为薄板反问题自适应高效准确求解创造了条件，为薄板结构智能健康监控提供了有益参考。
2023 Vol. 44 (4): 483-496 [摘要] ( 100 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 57 )
497 折纸弹簧结构多模式变形实验与分析
张子安，刘作林， 徐鉴， 方虹斌
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2023.009
折纸弹簧结构是一种简单的折纸结构，它由两条尺寸相同的长纸带相互折叠后粘接得到，因其具有多模式大变形能力而受到广泛关注.本文首先通过实验探究了折纸弹簧结构的多模式变形能力和力学特性，包括轴向拉扭耦合变形和各向弯曲变形，发现了两种弯曲模式，即对顶点弯曲和对侧边中点弯曲.实验结果表明，弯曲过程力-位移曲线呈现近似线性，但部分弯曲变形的力-位移曲线存在明显的跳跃现象，对应观察到折面的突弹跳变.为解释上述现象，我们在折面上引入了虚拟折痕.基于虚拟折痕山折和谷折的不同组合,单个折纸弹簧单元表现出四种几何不同的构型.根据单元间旋转和平移的堆叠方式，推导顶点坐标的齐次变换矩阵，进而得到了折纸弹簧结构刚性折叠的运动学模型，其可以描述折纸弹簧结构的所有变形模式.进一步在折痕上指定扭转刚度并基于最小势能原理，明确了不同变形模式下的势能本构和力-位移关系本构，定性验证了折纸弹簧的非线性轴向拉扭耦合变形特性及线性各向弯曲变形特性.本文的研究结果有助于设计和开发具有三维变形和运动能力的折纸机器人.
2023 Vol. 44 (4): 497-511 [摘要] ( 260 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 60 )
512 单晶NiTi形状记忆合金薄膜的纳米压痕循环变形分子动力学模拟
赵睿东，邢哲源,于超，康国政
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2023.006
采用第二近邻修正型嵌入原子势的分子动力学方法模拟了单晶NiTi形状记忆合金薄膜的纳米压痕循环变形行为，重点讨论了温度对微观结构演化的影响。为了进一步揭示单晶NiTi形状记忆合金薄膜的塑性变形机制，分析了压痕中涉及的马氏体相变、位错、无序结构和弹性恢复系数的影响。模拟结果表明，不同温度下(350K、450K、550K)载荷位移曲线出现陡降的临界载荷不同，这主要与位错的形核相关。升高温度可以促进位错的形核及滑移，导致抵抗塑性变形能力的降低。另外，超弹性循环变形在一定的周次后可以达到稳定，塑性变形和晶体结构演化之间存在关联。纳米压痕残余变形的累积起源于位错滑移、孪生变形、残余马氏体相的累积和无序结构塑性。
2023 Vol. 44 (4): 512-525 [摘要] ( 118 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 56 )
526 基于绝对节点坐标法的航空发动机轴承腔管路振动分析与验证
易浩然， 娄鹏，贾亚萍
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2023.008
针对某航空发动机轴承腔管路结构，提出并验证了一种基于绝对节点坐标法的振动分析方法。通过扩展的拉格朗日方程建立理论模型，综合考虑流固耦合作用，并采用绝对节点坐标法离散非线性运动方程。通过方程解耦实现管路静变形的求解，得到包含广义力矢量与刚度矩阵的静力学方程，并通过节点坐标的数值迭代得到管路的静变形响应。对理论算法进行收敛性分析，确定最佳单元数目。通过流固耦合仿真分析与理论模型的静变形结果对比，验证理论模型的有效性。将非线性运动方程退化为线性方程，对管路的稳定性开展分析，并将流固耦合仿真的固有频率结果与理论结果进行对比，表明了理论结果置信度更高。本研究结果为航空发动机轴承腔管路的优化设计与振动控制提供理论和技术支撑。
2023 Vol. 44 (4): 526-536 [摘要] ( 89 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 60 )
537 气隙磁场中铁磁矩形薄板的亚谐共振及稳定性
田雨欣，胡宇达
DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2023.007
研究四边固支铁磁矩形薄板在气隙磁场作用下的亚谐共振及稳定性问题。基于薄板的大挠度理论和电磁场基本理论，给出了满足标量磁势的边界条件，求解得到气隙磁场的磁感应强度分布和铁磁板所受到的表面磁化力和体内电磁力矩式。考虑薄板受到的电磁力，应用哈密顿变分原理建立含有静磁载荷项的薄板非线性磁弹性耦合振动方程，并使用伽辽金积分法对偏微分方程进行离散。通过平均法求解得到固支薄板亚谐波共振的解析解和幅频响应方程，并利用Lyapunov稳定性判据得到系统的稳定性条件。通过算例，给出参数变化下薄板静挠度和电磁力的变化曲线；基于幅频响应方程和稳定解的临界条件，得到激励力、气隙参数和板厚对薄板振幅和稳定区域的影响规律；通过与数值计算结果进行对比，验证了本文解析解的正确性。
2023 Vol. 44 (4): 537-554 [摘要] ( 104 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 56 )
  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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