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文章快速检索     高级检索 2024年 45卷 3期 刊出日期：2024-06-28 研究论文        研究论文 289 锆中层错金字塔与点缺陷的相互作用研究 谢荣轩 刘燕 许传龙 田晓宝 蒋文涛 王清远 范海冬 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2024.004 锆及其合金具有优异的力学性能和耐腐蚀性能、极小的热中子吸收截面，被用作核燃料包壳材料。在辐照环境中，锆合金内部产生大量的辐照缺陷，严重降低其力学性能和服役寿命。本文运用分子动力学方法研究了锆中层错金字塔与点缺陷（间隙原子、空位）的相互作用，发现当温度为0K和300K时层错金字塔只能吸收间隙原子；当温度为600K时层错金字塔可以同时吸收间隙原子和空位。另外，层错金字塔的尺寸不会对相互作用机制产生显著的影响。为了解释此现象，本文计算了间隙原子/空位与层错金字塔的结合能，结果表明结合能与点缺陷的类型/位置有关：间隙原子的结合能远大于空位结合能，故间隙原子更易于被吸收；同时距离层错金字塔越近，结合能越大，两种点缺陷也更易于被吸收。本文的模拟成果有助于学界认识锆中辐照缺陷的长大机制，为锆合金的抗辐照设计提供理论指导。 2024 Vol. 45 (3): 289-301 [摘要] ( 58 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 25 ) 302 神经网络辅助理论本构模型预测高熵合金高温流动应力行为 姜健 胡涛 庄三少 冯淼林 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2023.053 本文建立了一套确定双曲正弦Arrhenius型方程系数的神经网络模型，选取了高熵合金不同高温和应变速率下的流动应力预测来验证模型。首先采用Al0.3CoCrFeNi高熵合金进行检验，并与传统方法进行比较，结果表明，神经网络方法在高应变速率和低温条件下得到的系数能够更好地描述试验热流应力。进一步采用均方根误差(RMSE)和相关系数(R)对模型结果和试验结果进行评估，神经网络方法在整体数据下的RMSE和R分别为27.7和0.985，优于传统方法的33.1和0.979。最后，利用该神经网络模型研究了其他高熵合金，如(CoCrNi)94Ti3Al3、FeCrCuNi2Mn2和AlCrCuFeNi的热变形行为，神经网络预测结果与试验结果吻合好，表明该神经网络模型具有较好的普遍适用性。 2024 Vol. 45 (3): 302-312 [摘要] ( 44 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 26 ) 313 双磁性谐振子可调超材料的带隙耦合特性研究 杨宇辰 王立峰 俞潇 高玉强 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2023.060 弹性波超材料是一种人工周期结构，可应用于航空航天、车辆工程等领域的减振降噪。本文设计了一种可以产生耦合带隙具有两个磁性谐振子的超材料。该超材料采用不锈钢薄板连接磁振子与外部框架，调节磁铁之间距离可以影响不锈钢薄板的面内应力从而影响内部刚度。通过调节元胞结构，形成相邻两元胞内部刚度不同的双胞系统，从而实现更宽的耦合带隙。得到了不锈钢薄板提供的刚度和磁力提供的负刚度随磁铁间距的变化关系。建立了双磁性谐振子可调单胞超材料和由调节磁铁距离构成的双胞超材料的频散关系和传递率理论模型。计算了磁铁距离改变对超材料带隙结构的影响以及特定情况下的双胞耦合带隙结果。设计并利用3D打印技术制作了实验模型，测得了不同磁铁距离下的传递率曲线并且验证了双胞超材料结构的带隙耦合结果。理论预测的传递率与实验结果吻合良好。所提出的模型可以为超材料的主动调控以及可编程性提供新的思路。 2024 Vol. 45 (3): 313-325 [摘要] ( 40 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 24 ) 326 金属材料腐蚀疲劳的近场动力学模拟 潘雨崧 彭旭龙 陈子光 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2024.003 疲劳破坏是工程中最常见的一种结构失效形式。当工程结构在腐蚀环境中服役时，在腐蚀环境和疲劳载荷的共同影响下，结构的疲劳性能会显著降低。本文将近场动力学疲劳损伤与腐蚀损伤统一，考虑腐蚀疲劳演化中损伤为腐蚀损伤和疲劳损伤的线性叠加，结合近场动力学疲劳模型与应力腐蚀模型，建立了近场动力学腐蚀疲劳模型。该模型考虑了应力与腐蚀之间的耦合。本文应用该模型模拟研究了不锈钢紧凑拉伸试件中的腐蚀疲劳破坏过程（包括裂纹萌生与裂纹扩展阶段）。数值结果表明近场动力学腐蚀疲劳模型可以描述腐蚀疲劳的损伤演化过程，引入的力化耦合损伤模型揭示了阳极溶解对试件疲劳寿命的影响以及疲劳寿命的加载频率敏感性。 2024 Vol. 45 (3): 326-340 [摘要] ( 64 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 31 ) 341 基于近场动力学算子方法的各向异性板自由振动分析 陆炎洲 李志远 黄丹 姚学昊 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2023.058 各向异性材料广泛应用于诸多工程领域，研究其振动特性对结构减振与安全设计具有重要意义。本文基于一种新的近场动力学算子方法（Peridynamic operator method, PDOM）构建非局部各向异性模型，并应用于各向异性板的自由振动分析。该模型结合了PDOM将局部微分及其乘积转化为非局部积分的特点，将经典各向异性理论中的应变能密度从局部形式重构为非局部形式。同时，采用变分原理并引入自由振动方程，构建了适用于各向异性自由振动问题的PDOM求解方案。通过三个数值算例：各向异性矩形薄板、各向异性矩形含裂纹板、各向异性矩形含孔板的自由振动，并将计算结果与有限元结果比较，说明了模型在计算含缺陷以及不连续的各向异性板自由振动问题时具有收敛性、稳定性以及高计算精度。 2024 Vol. 45 (3): 341-351 [摘要] ( 58 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 23 ) 352 考虑棘轮行为的U75V缺口圆棒局部应力-应变分析 瞿开城 罗会亮 阚前华 康国政 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2024.001 本文通过对U75V钢缺口圆棒在非对称单轴应力控制的循环变形行为的有限元模拟，分析了缺口局部的应力-应变分布及演化情况，研究了缺口弹塑性应力与应变集中系数随循环周次的变化规律，讨论了Neuber准则对考虑棘轮行为的缺口局部应力-应变分析的适用性。结果表明：在循环变形过程中，缺口根部的局部应力产生松弛现象，应力集中系数随循环次数的增加而减小；棘轮应变主要集中在缺口位置，应变集中系数随循环次数的增加而增大；应力集中系数与应变集中系数乘积的平方根随循环次数的增加而逐步增大，并且明显不同于理论应力集中系数。这说明，在缺口根部出现明显的棘轮行为时，使用Neuber准则无法对缺口的局部应力应变行为进行准确描述。 2024 Vol. 45 (3): 352-362 [摘要] ( 49 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 23 ) 363 基于近场动力学的窄煤柱宽度优化研究 赵世军 章青 张惟昭 缪玉松 赵新波 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2023.054 煤岩体具有极为复杂的非连续变形、非均质性特征，以有限元法为代表的传统数值方法难以准确描述其损伤累积、渐进破坏全过程。基于非局部近场动力学方法（Peridynamics, PD），通过重构本构力函数核函数，推导了相应的微模量函数与临界伸长率。在均匀离散模型中引入用随机预断“键”表征的非均质性，使近场动力学方法能够适用于天然非均质材料与结构的非连续变形破坏分析。以付村煤矿为例，建立了近场动力学数值计算模型，分析了不同煤柱宽度条件下巷道围岩变形、破坏规律以及煤柱破损特征。研究发现：当煤柱宽度为5 m时，巷道煤壁处于挤压变形区边缘，由于支承压力剧烈变化，巷帮变形破损严重；煤柱宽度增大至6 m和7 m时，巷道煤壁逐渐远离挤压变形区，煤柱受到采空区基本顶回转运动的影响相对减弱，巷帮变形和破损量较小；当煤柱宽度继续增大，巷道围岩将进入到应力增高区域，由于外应力场支承压力较大，巷帮变形及破损量会随之增大。综合考虑巷道围岩变形破坏、煤柱破损特征，最终确定煤柱留设宽度为7 m。本文工作表明，提出的煤岩体破损分析的近场动力学模型能够有效描述煤岩体的损伤累积和渐进破坏过程，为沿空掘巷护巷煤柱尺寸优化提供了新的计算工具。 2024 Vol. 45 (3): 363-378 [摘要] ( 47 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 22 ) 379 任意边界下石墨烯增强多孔圆柱壳的振动特性 徐宏达 王宇 张颖 贾小羽 李学辉 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2023.057 为了研究任意边界石墨烯增强多孔复合材料（GPLRPC）圆柱壳的振动特性，提出了一种以盖根堡多项式作为容许函数的半解析法。基于Halpin-Tsai微观力学模型和闭胞体理论得到GPLRPC圆柱壳的有效材料参数。利用人工弹簧技术模拟了壳体两端的边界条件和壳段之间的连续耦合。然后，基于一阶剪切变形理论，采用Rayleigh-Ritz方法推导出壳体结构的运动方程，求得GPLRPC圆柱壳的无量纲频率。数值算例验证了该方法的有效性和准确性，并讨论了边界条件、孔隙系数、孔隙类型、石墨烯分布模式、石墨烯质量分数、边界弹簧刚度和几何参数等因素对壳体结构振动特性的影响。结果表明：盖根堡多项式作为容许函数具有良好的收敛性和准确性；边界条件对圆柱壳的频率有不同的影响，GPL-A分布模式和孔隙类型II的刚度增强效果最好；此外，平移弹簧对频率的影响大于旋转弹簧，圆柱壳长径比的影响较大，但径厚比的影响较小。研究结论可为此类结构的工程设计提供理论参考。 2024 Vol. 45 (3): 379-391 [摘要] ( 50 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 24 ) 392 超声疲劳狗骨平面试样设计与疲劳寿命实验研究 舒力力 李岳刚 徐乾罡 张桢 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2024.008 超声谐振技术是研究金属材料超高周长寿命疲劳性能的有效手段之一。超声疲劳试样通常需要独特的几何设计以满足共振的要求。传统的圆棒以及狗骨等试样不具备平面特征，在微观表征等方面存在困难。本文介绍了一种基于狗骨型拉压疲劳试样的带平面超高周拉伸疲劳试样及其设计方法、以及对试样进行疲劳测试方法。与传统超高周疲劳试样设计不同的是，本文的狗骨平面试样具备平面试验段，有利于微观表征的特征。本文以GH4169镍基合金为例，开展狗骨平面疲劳试样设计。通过超声疲劳试验结果表明，本文提出的基于理论解和数值方法的狗骨平面试件设计方法能在20kHz产生共振，并且测得应力数据基本与现有材料S-N曲线相符。本文方法为超高周疲劳试样设计与超高周疲劳的微观变形机制研究提供了新思路。 2024 Vol. 45 (3): 392-400 [摘要] ( 59 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 30 ) 401 循环荷载作用下金属玻璃的硬化行为研究 华军 朱正洪 邢小茹 赵冬 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2024.005 本文采用分子动力学模拟方法研究二元Cu-Zr金属玻璃在循环荷载作用下的力学行为，并通过荷载-位移曲线、Voronoi指数、局部剪切应变等多种方式分析了不同合金比例和不同加载速率下的硬化行为。结果表明，Cu-Zr金属玻璃的屈服能力随Cu含量的增加而增加，主要是由于Cu含量高的金属玻璃有着更多的短程有序结构。四种不同比例的金属玻璃经过循环荷载诱导后，大深度压痕下的平均硬度比单次压痕下的平均硬度分别增加了1.86% ~ 3.17%。循环过程中剪切带的产生和累积，以及压头下方区域的平均原子体积减少，使得结构更加紧密，从而可以抵抗进一步的变形，这是导致硬化行为的主要因素。采用不同加载速率对Cu50Zr50金属玻璃进行单次压痕和循环压痕，加载速率越高，金属玻璃的平均硬度越高，硬化效应也越明显。 2024 Vol. 45 (3): 401-415 [摘要] ( 48 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 25 ) 416 基于离散元方法的颗粒系统休止角高精度数值模拟研究 阎顺 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2023.059 颗粒系统堆积的休止角是颗粒学中的一个重要的基础性的问题，目前尚缺乏对其影响因素和变化规律的认识。基于实验测量的研究受限于可用的颗粒种类和测量手段，难以完备地揭示各种物理参数对休止角的影响规律。离散元（Discrete element method, DEM）是一种可直接对复杂的大型颗粒系统的运动进行仿真计算的数值方法。本文借助 DEM 方法对颗粒系统的休止角问题开展了高精度数值研究，探索了可影响休止角的重要的颗粒物性参数。仿真结果表明，滑动和滚动摩擦系数均与休止角的大小呈正相关，滑动摩擦系数可将休止角提升一倍，而滚动摩擦系数对休止角的影响存在一个上限阈值，达到该阈值后将不能继续增加休止角的大小；颗粒的杨氏模量、回弹系数对休止角的影响较小。 2024 Vol. 45 (3): 416-426 [摘要] ( 47 ) HTML (1 KB)  PDF   (0 KB)  ( 53 )

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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