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文章快速检索     高级检索 2024年 45卷 5期 刊出日期：2024-10-28 研究论文        研究论文 565 基于元胞自动机方法的U71Mn热轧钢轨均匀腐蚀过程模拟 孙运来 付正鸿 胡雅楠 刘宇轩 温泽峰 阚前华 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2024.027 钢轨在服役过程中由于环境腐蚀造成的损伤会直接威胁行车安全。因此，开展钢轨材料的腐蚀损伤定量表征对钢轨的服役可靠性评价具有重要意义。本文首先开展了U71Mn热轧钢轨材料在室温3.5 wt.% NaCl溶液中的均匀腐蚀实验，测量了两种试样直径随腐蚀时间的变化，根据实验结果对钢轨材料在3.5 wt.% Nacl盐溶液中的腐蚀机理进行分析。然后采用元胞自动机方法建立钢轨材料试样的腐蚀模型，对试样在3.5 wt.% NaCl溶液中的均匀腐蚀行为进行模拟，根据元胞自动机方法模拟得到的腐蚀不同时间后试样直径的变化数据，对腐蚀速率进行量化，建立不同试样直径随腐蚀时间变化的统一预测公式。结果表明，预测结果与实验结果的平均相对误差为8.7%，即采用元胞自动机方法可合理模拟出U71Mn热轧钢轨试样的均匀腐蚀过程。 2024 Vol. 45 (5): 565-575 [摘要] ( 65 ) HTML (1 KB)  PDF  (0 KB)  ( 14 ) 576 微尺度静动摩擦转变行为的机理研究 武鑫 胡剑桥 刘小明 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2024.018 微尺度接触与摩擦行为广泛存在于各种重要工业器件与系统中，随着各类机电系统高集成化和微小型化的发展，摩擦对器件的影响越发不可忽视。在微尺度下，摩擦行为表现出对界面粘性与尺寸的强依赖性，认识微尺度下静动摩擦转变对控制摩擦、减小能耗具有重要的意义。本研究工作采用分子动力学方法对微尺度摩擦行为的静动转变过程开展了研究，通过发展一系列可修正势函数来定量调控摩擦界面物性，进而阐明了界面粘性与界面刚度对静摩擦系数的影响规律并揭示了两者的竞争机制。此外，本工作还研究了微尺度下临界静摩擦系数的尺寸效应，观察到了临界静摩擦力的饱和现象并通过接触层云图揭示了饱和现象的微观机制。 2024 Vol. 45 (5): 576-586 [摘要] ( 55 ) HTML (1 KB)  PDF  (0 KB)  ( 15 ) 587 聚合物基复合固态电解质中锂枝晶生长的相场模拟研究 翟艳芳 杨佳悦 邓齐波 宋树丰 赵莹 胡宁 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2024.029 固态锂金属电池是最具潜力的下一代高能量密度储能技术，但其面临的一个最迫切问题是锂枝晶的不均匀生长。目前低模量复合固态电解质，特别是低模量多相复合固态电解质，抑制锂枝晶生长的机制还没有被完全明确。因此，本文通过相场法构建了力-化学模型，研究了三相复合固态电解质不同弹性模量对于与锂枝晶生长的影响，结果表明电解质模量越高，锂金属的应力越大，易使锂枝晶发生塑性形变，从而抑制锂枝晶的生长。本文的研究加深理解了低模量多相复合固态电解质抑制锂枝晶的机制，并为复合固态电解质的设计提供了指导。 2024 Vol. 45 (5): 587-594 [摘要] ( 53 ) HTML (1 KB)  PDF  (0 KB)  ( 13 ) 595 双裂纹裂尖拘束效应的表征研究 宋理想 崔元元 王骁晓 刘芳 杨杰 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2024.026 为了更清晰地理解双裂纹裂尖的拘束效应，并对双裂纹裂尖拘束进行表征，本文以均质平板中非共线平行双裂纹为研究对象，对双裂纹在不同水平距离s和垂直距离h下的裂尖应力应变场进行了考察。进一步，基于统一拘束参数Ap，通过和等效单裂纹裂尖拘束的对比，对双裂纹裂尖拘束进行了表征。结果表明：双裂纹与等效单裂纹裂尖的应力应变无论从分布还是大小均呈现较大的不同，若还是按照之前计算单裂纹裂尖拘束的办法仅基于双裂纹某个裂尖的应力或应变场计算双裂纹的拘束，将会得到不准确的结果。可首先计算双裂纹内外侧裂尖的应变场A总，双裂纹拘束的大小为0.10 ~ 0.30 A总。该研究有助于理解双裂纹裂尖的拘束效应，为双裂纹裂尖拘束的表征提供了新的思路。 2024 Vol. 45 (5): 595-609 [摘要] ( 36 ) HTML (1 KB)  PDF  (0 KB)  ( 15 ) 610 一维六方准晶纳米尺度孔边周期III型裂纹断裂力学分析 童鸣 肖俊华 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2024.030 本文理论研究了一维六方准晶弹性体中孔边III型周期多裂纹的断裂力学问题。基于表面弹性理论考虑纳米缺陷(孔洞和周期裂纹)的表面效应，利用解析函数边值问题理论并结合保角变换技术得到了问题的应力场，推导了裂纹尖端的声子场和相位子场应力强度因子和能量释放率的解析表达式。讨论了孔径尺寸、裂纹数量、裂纹长/孔径比、声子场-相位子场耦合系数和施加载荷对无量纲场强因子和无量纲能量释放率的影响。研究表明：不考虑表面效应时耦合系数、施加载荷和孔径尺寸对无量纲场强因子无影响；考虑表面效应时无量纲场强因子和无量纲能量释放率都存在着显著的尺寸依赖效应；声子场和相位子场之间有明显的耦合效应；裂纹数量对无量纲场强因子和能量释放率的影响受到缺陷尺寸的制约；施加的声子场和相位子场载荷对无量纲场强因子和能量释放率的影响不同。 2024 Vol. 45 (5): 610-621 [摘要] ( 38 ) HTML (1 KB)  PDF  (0 KB)  ( 12 ) 622 基于神经网络学习及残余压痕形貌获取金属塑性力学参数 何艳骄 田永喜 贾昊霖 树学峰 肖革胜 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2024.028 压入法相比于其他传统力学测试方法具有试样加工简单及可实现原位测试等优势，区别于已有的基于压入载荷-深度曲线获取材料力学性能参数的方法，本文提出了一种基于残余压痕形貌及神经网络学习反演金属塑性力学参数的新方法；采用Instron万能材料试验机开展了紫铜、镁合金及低碳钢的球形压入测试，并通过轮廓形态系统对压入测试后的残余压痕形貌进行特征扫描以作为后续研究的数据基础，分析所提取数据的特点并进行放大、取整、二进制化及高位补充等处理；基于Abaqus二次开发自动提取不同材料参数模拟下的残余压痕深度数据并用于神经网络学习，比较并选取激活函数、初始化神经网络参数的方法、神经网络参数更新方式、损失函数、寻找最优参数策略及神经网络结构，使神经网络学习达到较好的效果；结合实验所得残余压痕形貌特征数据与学习后的神经网络得到紫铜、镁合金及低碳钢的相关塑性参数，将通过Instron万能材料试验机拉伸测试表征所得紫铜、镁合金及低碳钢的相关塑性参数值作为对照标准，得到了神经网络学习结果的相对误差，验证了所提出基于神经网络学习及残余压痕形貌获取金属塑性力学参数方法的有效性；该方法可推广到其他金属/合金材料的力学性能表征及塑性参数获取研究中。 2024 Vol. 45 (5): 622-637 [摘要] ( 36 ) HTML (1 KB)  PDF  (0 KB)  ( 13 ) 638 增材制造高强铝合金表面形貌重构及其屈服强度影响规律探究 董子良 程正坤 张晓楠 文聘 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2024.020 为了研究表面形貌对增材制造材料力学性能的影响" 本文通过选择性激光熔化方法制备了高强度铝合金试样，研究了扫描速度、热处理、沉积方向、表面粗糙度等对拉伸力学性能的影响,并基于傅里叶级数和MATLABA软件对光学显微镜测量的表面形貌进行了重构,使用Airy应力函数推导获得了表面形貌应力集中系数的解析解。采用ABAQUS软件进行了有限元分析,对解析结果进行了验证。通过正态拟合得到应力集中系数的概率密度函数,提出了一种基于屈服强度评估材料可靠性的方法。本文所提出方法流程为增材制造其他材料及试样表面粗糙度定量化及其对屈服强度影响具有参考意义。 2024 Vol. 45 (5): 638-651 [摘要] ( 42 ) HTML (1 KB)  PDF  (0 KB)  ( 12 ) 652 薄膜/衬底系统中随机缺陷的敏感性研究 赖安迪 廖军 欧迪 付果 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2024.021 由于原材料的差异和制造工艺的复杂性，工程结构中难以避免地存在随机缺陷。考虑到薄膜/衬底系统对缺陷的敏感性，本文采用Monte-Carlo法对随机缺陷结构的稳定性进行统计分析，并结合数值模拟探讨含随机缺陷的薄膜/衬底系统在失稳下的形貌演化和后屈曲平衡路径。数值结果表明，随机缺陷结构的临界载荷呈现不稳定性，其中缺陷显著降低了结构的临界载荷，随机缺陷破坏了结构的对称性，使有序的棋盘状图案转化成无序的褶皱核图案并影响了后续的形貌走势。该研究评估了薄膜结构中随机缺陷的潜在风险和影响，旨在提高薄膜器件、涂层和表面处理的可靠性和性能，同时缩小稳定性理论研究成果与实际设计应用之间的差距。 2024 Vol. 45 (5): 652-664 [摘要] ( 49 ) HTML (1 KB)  PDF  (0 KB)  ( 14 ) 665 CPCs泡沫微结构仿生构筑及其压缩力学性能研究 华军 黄磊 杨亚东 邢小茹 朱正洪 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2024.023 CPCs（导电聚合物复合材料）泡沫具有高强度、吸能性、隔热隔音等优异特性，拥有应用于建筑、交通运输、电子产品等领域的巨大潜力。然而，由于 CPC 加工的复杂性，难以实现微观多孔结构的可控设计，导致多孔结构简单而随机，限制了其进一步的应用。受生物材料凭借排列有序的各向异性微结构来提升力学性能的启发，本文通过双向冷冻铸造工艺构筑高度对齐各向异性多孔仿生微结构CPCs。与传统的单向冷冻相比，双向冷冻铸造技术制备的对齐各向异性多孔微结构CPCs泡沫的压缩弹性模量和峰值应力分别提高了18.7%和25.4%，且在循环压缩过程中产生屈曲及塌陷的几率明显降低，50%应变下循环压缩2000次后仍保持了91.1%的峰值应力和89.6%的应变恢复率。结合有限元压缩模拟，压缩力学性能的主要增强机制有：优化了应力分布，有效避免局部应力集中导致塑性变形；微米级孔壁及其组成的3D结构的高弹性行为赋予了仿生结构较强的回弹能力；高度对齐的各向异性通道提供了足够的变形空间，提高了其变形协调能力，增强了结构加卸载过程中的可逆性。 2024 Vol. 45 (5): 665-678 [摘要] ( 43 ) HTML (1 KB)  PDF  (0 KB)  ( 13 ) 679 空中爆炸载荷作用下层状复合材料夹层结构动态响应特性分析 罗家元 付用森 陈哲伦 李世岳 王家林 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2024.025 为提高夹层结构的防爆抗冲击性能，提出一种内凹负泊松比芯层(re-entrant,RE)/聚乙烯纤维(PE)/碳化硅陶瓷(SiC)复合夹层结构。基于ABAQUS中CEL算法模拟结构在爆炸冲击下的动态响应特性，并从结构变形机制、速度响应特征以及能量吸收等角度讨论不同芯层配置顺序对结构防护性能影响。在等面密度下，引入陶瓷和聚乙烯层后结构上/下面板变形量相较RE夹层最大降低53%、5.7%。其中芯层配置为SiC-PE-RE时，层间载荷强度得以改善，下面板变形最小；随着面板支撑强度增加，面板速度逐渐减小。当SiC与PE层分别置于上/中芯层时，上/下面板峰值相较RE夹层各降低18.84%、16%且衰减速率最快。而将RE层置于上芯层会导致结构局部变形增大，使得PE层和SiC层出现局部压溃失效，导致结构吸能增量最大提升14%。 2024 Vol. 45 (5): 679-693 [摘要] ( 71 ) HTML (1 KB)  PDF  (0 KB)  ( 13 ) 694 液体环境下接触共振原子力显微术探针动力学行为研究 杨长运 周锡龙 张帮志 DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2024.019 接触共振原子力显微术是材料微纳米尺度力学性能测试的有力工具，可用于大气和液体环境。接触共振原子力显微术在液体环境下工作时，探针同时受到微悬臂-流体-样品之间的流固耦合作用以及针尖与样品相互作用，使得液体环境下探针微悬臂动力学特性与真空环境下有显著差异。本文将流体对探针微悬臂的影响等效为附加质量及附加阻尼，研究了液体环境下流体密度和粘度对其动力学特性的影响，以及针尖样品接触刚度和接触阻尼对其动力学特性的影响。结果表明，与液体粘度相比，液体环境下流体密度对微悬臂固有频率影响占主导地位；与液体密度相比，流体粘度对微悬臂品质因子影响占主导地位；探针高阶模态对于流体粘度和密度变化具有更高的灵敏度；随着液体环境下针尖样品接触刚度的增加，高阶模态对高接触刚度具有更高的灵敏度；低阶模态对于接触阻尼变化的灵敏度更高。此外，对微悬臂在不同激励方式下的动力学响应进行了对比研究，给出了液体环境不同激励方式下微悬臂动力学响应差异的原因。论文研究结果对于开展液体环境下接触共振原子力显微术微纳米力学成像，提高测量准确度和灵敏度具有重要指导意义。 2024 Vol. 45 (5): 694-708 [摘要] ( 33 ) HTML (1 KB)  PDF  (0 KB)  ( 14 )

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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