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2023年 44卷 6期
刊出日期：2023-12-28
综述
研究论文
综述
699
中高熵合金的动态力学行为研究进展
张子晗 马彦 袁福平
中高熵合金是近二十年提出的一种多主元金属合金，打破了传统合金以1-2种金属元素为主元的设计理念。中高熵合金由于多主元的成份设计提高了材料的构型熵和混合熵，展现出许多奇特的组织结构和性能。相比铝合金、钛合金以及钢铁等传统金属，中高熵合金表现出优异的准静态力学性能和动态力学性能等。在高应变速率下，材料的塑性变形受到更多因素的影响，如应变率、温度等。本文首先介绍中高熵合金动态力学性能（包括动态剪切、夏比冲击，动态层裂强度，侵彻自锐性等）的相关研究，并总结了中高熵合金动态变形的微结构变形机理；随后综合概括了中高熵合金中绝热剪切带行为和温度效应的研究现状；最后对中高熵合金在冲击动力学领域的应用和研究趋势提出展望。
2023 Vol. 44 (6): 699-717 [
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718
增材制造三维微点阵材料力学性能表征与细观优化设计研究进展
肖李军 李实 冯根柱 石高泉 宋卫东
三维微点阵材料是一种由复杂拓扑胞元周期性排列构成的超轻质结构材料，兼具极低的密度、优越的力学特性和良好的能量吸收等性能，是满足轻量化、抗冲击和多功能集成需求的重要新型战略材料。增材制造技术的快速发展，为三维微点阵材料的制备和优化设计带来了便利的条件，二者的结合为航空航天、轨道交通以及武器装备等领域实现防护结构轻量化和多功能一体化提供了新思路。为阐明增材制造三维微点阵材料的动态力学特性与变形失效机理，进一步开展材料多尺度优化设计，拓展增材制造微点阵材料在冲击防护等领域的应用，对增材制造三维微点阵材料力学行为与设计的研究成果进行了系统的综述和展望。依据增材制造三维微点阵材料的多尺度结构特征，分别评述了不同类型微点阵材料的宏观动力学响应与失效机制、细观性能表征与结构优化设计、微观组织特征与变形机理等方面的研究，展望了未来增材制造三维微点阵材料在冲击防护领域面临的问题和挑战。
2023 Vol. 44 (6): 718-754 [
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研究论文
755
高速Taylor冲击下CoCrNiSi0.3C0.048中熵合金变形微观结构的演变机制
王强 张团卫 王建军 赵聃 焦志明 马胜国 吴桂英 王志华
通过对具有三级沉淀微观结构的CoCrNiSi0.3C0.048中熵合金（MEA）进行了Taylor冲击试验，形成了具有宽泛应变和应变率梯度的Taylor杆状试样，研究了其应变和应变率依赖的梯度微观结构分布特征及演化机制。随着应变和应变率的增加，一级Cr23C6碳化物的演变方式主要为裂纹数量增多，主裂纹中裂纹分叉增多以及裂纹宽度变大。二级Type-Ⅰ型SiC沉淀变形的演变方式主要为裂纹的产生和扩展。三级Type-Ⅱ型SiC沉淀主要为位错-绕过机制逐渐加剧。FCC基体的演变方式主要为位错与孪晶和三级沉淀之间的相互作用加剧。
2023 Vol. 44 (6): 755-770 [
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771
中应变率拉伸载荷下DZ2车轴钢的动态力学响应与微观组织演变
刘颖 刘晓波 冯超 敬霖
高速列车运行过程中车轴可能遭受不同程度的动态冲击载荷作用，影响列车运营安全和服役寿命，明晰冲击载荷下车轴材料的力学响应和变形损伤行为对车轴设计与运维具有重要意义。论文研究了DZ2车轴钢在中应变率（0.1~100 s-1）拉伸条件下的力学性能和微观结构演变，揭示了DZ2车轴钢的变形与失效机理，构建了可准确描述DZ2车轴钢力学响应行为的Zerilli-Armstrong模型。结果表明，位错滑移和韧性断裂是DZ2车轴钢塑性变形和失效的主要机制，但由于位错运动状态的改变，其强度的应变率依赖性在不同应变率范围内存在较大差异。当应变率低于10 s-1时，DZ2车轴钢内的位错密度低，位错运动阻碍作用小，其强度不会随应变率增加而显著变化，具有低的应变率敏感性；而在应变率超过10 s-1后，DZ2车轴钢内的位错密度大幅度增加，位错运动速率加快，位错短程作用增强，从而增大了材料的变形抗力，材料的强度随应变率增加而增大，表现出显著的应变率强化效应，应变率敏感性也明显提高。与实验数据相一致，Zerilli-Armstrong模型的数值计算结果具有高的相关系数和低的平均绝对相对误差，能很好地预测DZ2车轴钢的动态力学响应行为。
2023 Vol. 44 (6): 771-781 [
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782
Al基含能结构材料的Johnson-Cook本构模型及失效参数研究
陈春林 马坤 杨锦程 曹进 尹立新 冯娜 高鹏飞 汪存显 李顺 周刚 钱秉文
利用万能试验机和Hopkinson杆装置测试了Al基含能结构材料在不同温度下的静动态力学性能，分析实验结果得到了温度效应和应变率效应对材料力学性能的影响及该合金的Johnson-Cook本构模型参数。结合二维数字图像相关（DIC）方法和试样断口形貌分析，研究了Al基含能结构材料的失效应变与应力三轴度、应变率及温度之间的关系，得到了该合金的Johnson-Cook失效模型参数。通过平面撞击实验获得了Al基含能结构材料粒子速度和应力波波速之间的经验线性关系和该合金的Grüneisen系数。基于实验获得的材料本构关系和状态方程参数，完成了Al基含能结构材料超高速撞击多层间隔薄钢板的数值模拟，结果表明，数值模拟中靶板的毁伤模式、破孔直径及弹坑主要散布区和实验结果吻合。
2023 Vol. 44 (6): 782-794 [
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795
锂电池多次冲击下的失效模式及损伤机制
朱瑞卿 胡玲玲 周名哲
为探究重复冲击对锂电池失效的影响，设计了不同能量的冲击实验，结合电化学检测与内部结构宏微观损伤观察，发现了电池与冲击能量相关的两种失效模式并分析了对应的破坏机理，揭示了电池失效与冲击能量、冲击次数之间的关系，同时评估了未失效电池的电性能衰退。结果表明电池的失效原因是隔膜的累积破坏，冲击能量决定了隔膜的破坏程度，从而导致电池的不同失效模式。受冲击后电池的性能衰退也与不同能量下的电极破坏程度有关。这对受载后电池的重复利用及安全评估提供了新思路。
2023 Vol. 44 (6): 795-804 [
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805
椭圆柱壳链的波形弥散特性研究
郑志军 彭克锋 常白雪 虞吉林
椭圆柱壳链可以引起波形弥散，从而可以调控应力波的传播。本文通过3D打印、冲击测试、细观有限元模拟和理论分析，研究了在质量块冲击加载下，单胞纵横比、冲击质量和速度对椭圆柱壳链中弹性波传播弥散行为的影响。结果表明，冲击过程中，椭圆柱壳链结构中的速度峰值随着波传播逐渐减小，纵横比越大或冲击质量越小，速度峰值衰减越剧烈，而冲击速度对椭圆柱壳链的波形弥散行为几乎无影响。相关研究对新型波形控制器的设计和精确有效地调控弹性波传播具有重要意义。
2023 Vol. 44 (6): 805-814 [
摘要
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815
弹性SHPB试件内部纵向应力波传播及所产生的横向约束应力
杨洪升 郑宇轩 周风华 李玉龙
采用考虑横向惯性效应的Rayleigh-Love杆理论分析了一个弹性试件在分离式霍普金森压杆（SHPB）加载过程中的内部弹性波传播过程，运用Laplace变换和反变换方法，得到了试件内部各点的变形、速度、应变和应力解析解。通过数值计算，得到梯形入射波加载情况下，纵向应力在试件内部的连续变化过程，以及波传播所伴随的横向附加应力。计算表明：在试件/入射杆界面附近，初次加载所产生的横向附加应力最大，可达入射波平台的12%；在大部分试件区域，纵向应力波传播将造成入射波平台4%~6%的横向附加应力；材料的泊松比越大，或者杆/试件声阻抗比越小，所伴随的横向附加应力越大；梯形波的上升时间和试件长径比对横向附加应力影响不大。
2023 Vol. 44 (6): 815-830 [
摘要
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831
电子互连导电胶的率相关剪切力学行为表征
肖革胜 熊蘅 邱吉 司博文 树学峰
电子封装互连时芯片与封装基板力/热性能的不匹配及电子产品使役中所遭受的振动、跌落及冲击易使导电胶互连层发生不同程度的剪切变形乃至胶连失效，开展电子互连导电胶的率相关剪切力学行为表征是胶连封装结构可靠性研究的重要基础；针对率相关剪切力学行为有效获取有别于金属/合金类材料的胶连层，本文采用Instron万能材料试验机与分离式霍普金森压杆装置（SHPB）对50wt.%、60wt.%银含量导电胶搭接互连铜板双剪切试样开展了不同加载率下的剪切测试表征，通过对SHPB的入射波整形保证了胶连层开始发生剪切破坏前后较大时间范围内试样在恒应变率下的应力平衡及均匀变形状态；得到了不同工况下胶连件的剪切失效模式并给出了消除胶连件铜板弹性变形影响的胶连剪切应变与应变率获取方法，分析了加载率与导电颗粒对胶连剪切变形行为及剪切强度的影响；消除胶连件铜板弹性变形后的胶连剪切应变与剪切应变率值相对较小，不同工况下的导电胶互连剪切主要表现为胶粘接失效模式，准静态下较低银含量胶连件的剪切强度相对较高而动态下则相反；研究结果对导电胶在电子工业领域的高效应用及胶粘接结构剪切力学行为的有效表征具有重要意义。
2023 Vol. 44 (6): 831-842 [
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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