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2025年 46卷 3期
刊出日期：2025-06-26
综述
研究论文
综述
297
分数阶广义热弹性问题研究进展
张凯 田晓耕
本文总结了近年来分数阶广义热弹性问题的研究进展，涵盖分数阶广义热弹性理论的研究进展，磁–电多场耦合效应、扩散效应、黏弹性效应等因素对分数阶广义热弹性问题响应的影响，以及生物组织中的分数阶热传导等问题。通过总结，使读者对分数阶广义热弹性问题的研究现状及发展趋势有较全面的认识，帮助研究人员进一步开展分数阶广义热弹性问题更高层次的研究。
2025 Vol. 46 (3): 297-313 [
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研究论文
314
异质阶梯双层板结构热翘曲分析及调控
朱瑞昌 李璐 沈飞 葛一铭 柯燎亮
在微电子封装中，由于芯片和基板材料热膨胀系数不匹配而导致的热翘曲变形，是芯片封装结构失效的重要原因。本文将芯片封装结构简化成异质阶梯双层板模型，用有限元法计算了升温过程中异质阶梯双层板结构的热翘曲变形，并利用三维数字图像相关法（Digital Image Correlation, DIC）测量了热翘曲变形，对仿真结果进行了实验验证。进一步提出了基于边框子结构的热翘曲调控方法，并利用有限元方法和实验方法验证了该翘曲调控方法的有效性。详细讨论了边框的厚度和宽度等几何参数以及弹性模量和热膨胀系数等材料参数对热翘曲调控效果的影响。研究结果表明，基于DIC技术测量的热翘曲变形和仿真结果吻合较好，利用边框子结构翘曲调控方法能够有效减小异质阶梯双层板结构的热翘曲程变形，其中边框的热膨胀系数、宽度以及厚度对热翘曲变形影响较大，而弹性模量对热翘曲变形影响较小。
2025 Vol. 46 (3): 314-328 [
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329
一维六方压电准晶圆盘的自由振动特性研究
张博 平贺 李梁娟 王鑫鑫 禹建功 韩康乐
压电准晶材料具有良好的压电效应和声-相耦合效应，在传感器等压电设备中具有广泛的应用前景。基于压电传感器等压电设备设计与优化的目的，使用三维电-弹理论和改进的双勒让德正交多项式方法，研究了一维六方压电准晶圆盘的自由振动特性，分析了径高比和声-相耦合效应对谐振频率的影响。基于有限元方法，二次开发压电准晶圆盘自由振动的仿真程序，验证了理论计算结果。结果表明：与声子模态相比，径高比(D/H)对相位子模态的影响更为显著，且高阶模态对径高比(D/H)的变化更为敏感；声-相耦合系数对相位子模态的影响更显著。
2025 Vol. 46 (3): 329-342 [
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343
锥形电活性聚合物作动器的疲劳分析
缪广红 楚翔宇 李顺 袁成
以一款电活性聚合物薄膜作动器为研究对象，应用粘弹性Neo-Hookean模型展开数值模拟研究，建立其在力电作用下随时间演进的力学模型。研究基于裂纹成核原理，利用构型力学理论框架，对模型的三项主构型应力进行了计算，并通过疲劳寿命因子评估了薄膜各位置的疲劳状态。针对不同载荷形式，探讨了弹性聚合物网络占比对薄膜疲劳状态的影响，分析了固定载荷与半正弦周期载荷条件下，薄膜疲劳增量随时间的演变。此外，探讨了不同加载形式下预拉伸程度对薄膜疲劳的影响，模拟结果表明，合理的预拉伸可以显著提高在固定载荷和半正弦周期载荷下的薄膜疲劳寿命。
2025 Vol. 46 (3): 343-355 [
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356
基于聚类分析的软复合材料降阶均匀化方法
鞠晓喆 刘金华 梁利华 许杨剑
软复合材料的非均质性和几何非线性导致传统有限元细观分析效率低下，从而使得宏-细观耦合的多尺度分析在工程实际中并不可行。为了大幅度提高细观分析的计算效率，本文结合降阶均匀化技术和聚类分析，建立一种新型聚类降阶均匀化方法。首先，基于有限变形理论，建立软复合材料的宏-细观双尺度分析框架。在细观层面上，利用能量密度函数来描述细观材料相的本构行为。随后，结合细观代表性体积单元（RVE）的聚类分析、细观变形梯度场的降阶技术以及高效的采样策略，基于最小能量原理，建立聚类降阶模型。通过聚类分析将RVE域划分为若干个均匀子域（簇），并通过本征正交分解对细观变形梯度场进行低阶近似，进而大幅减少细观系统自由度数量。算例结果表明，CROM方法在保证较高精度的情况下，虽然离线计算成本较高，但是在线分析相较于传统有限元计算的加速率高达10^4量级。因此，该方法适用于宏-细观耦合多尺度分析或多尺度材料参数反演等需频繁调用细观RVE预测的问题。
2025 Vol. 46 (3): 356-367 [
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368
横向振动下螺栓连接松动过程力学分析
林智根 刘文光 黄政 刘文涛 张翔
旨在研究横向振动下螺纹连接松动过程中力学行为变化规律。以单搭接单螺栓连接结构为研究对象，建立了螺纹连接预紧力变化模型和螺头端面、螺纹副表面的摩擦扭矩与摩擦剪力模型，以及附加弯矩引起的螺头承压面与螺纹副表面的摩擦剪力模型。通过算例分析了不同参数对螺栓预紧力变化规律的影响，探究了螺栓松动失效机理，并利用横向振动松动试验验证了理论分析的合理性。结果表明：拧松扭矩大于螺头承压面摩擦扭矩与螺纹面摩擦扭矩之和时，螺栓达到旋松临界条件；螺头承压面与螺纹副表面的摩擦扭矩的下降速率随振幅的增大而增大，当振幅达到临界值时，会进一步加快螺栓松动；螺栓初始预紧力越大，预紧力衰退就越慢；振幅、螺距越大，预紧力衰退就越快。
2025 Vol. 46 (3): 368-379 [
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380
腐蚀疲劳耦合作用下索结构中的钢丝失效分析与实验研究
薛松领 周丽 蔡小宁 程进生 仝雷 孙传智 沈锐利
在索结构中，钢丝的腐蚀疲劳耦合失效模式是一种常见且关键的失效形式。然而，由于保护套的存在，腐蚀与疲劳并非同步发生，这为失效分析带来了挑战。传统上，基于损伤力学与断裂力学的方法，被广泛应用于疲劳断裂的分析中，但损伤力学方法因其复杂性而限制了在工程实践中的应用，而断裂力学方法则通常基于预裂纹的存在为前提。为克服现有研究的不足，本文首先采用无腐蚀条件下高强钢丝的S-N曲线，评估了在保护套无损伤时钢丝的疲劳损伤状态。随后，通过腐蚀动力学模型，计算了在保护套破损后钢丝腐蚀坑的生长情况，并预测了腐蚀坑向裂纹转变的临界疲劳次数。在此基础上，结合断裂力学原理与Franc3D软件，进一步分析了裂纹的扩展情况，并据此预测了钢丝的疲劳寿命。为验证上述理论计算的准确性，本文还设计并实施了高强钢丝先疲劳后腐蚀疲劳耦合作用的试验。通过对比实验结果与理论预测值，发现两者之间存在较小的误差，从而验证了本文提出的理论计算方法的正确性与有效性。综上所述，本文提出的腐蚀疲劳耦合失效模式下索结构钢丝的失效分析理论，不仅计算简便、易于应用，而且与实验结果吻合良好，为索结构的设计与运营维护提供了重要的参考依据。
2025 Vol. 46 (3): 380-393 [
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394
由肌肉训练启发的各向异性强韧水凝胶力学性能实验与数值仿真研究
向晨星 宁慧铭 胡宁
水凝胶在柔性可穿戴、仿生驱动器和生物医学等领域的广泛应用使其受到越来越多的关注。然而，传统的水凝胶力学性能较差，难以应对多变的服役环境。受肌肉训练启发，本文提出了一种冰模板法和机械训练相结合制备各向异性强韧水凝胶的新方法，并分析了不同训练次数对其力学性能的影响。在此基础上，提出了一种考虑组分变化和纤维取向度的各向异性超弹性本构模型，并通过与实验结果对比验证了该模型的有效性。
2025 Vol. 46 (3): 394-402 [
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403
一种基于组合载荷调控的柔性电子转印方法
郝迈 孙飞一 赵庆 李明
柔性电子器件良好的电学和力学性能突破了传统电子器件的局限性，在仿生电子和医疗检测等领域具有广阔的应用前景。转印是制备柔性电子的主流技术，实现了将电子器件从制备基体上拾取并印刷至应用基体这一过程。已有的转印工艺存在印章制备复杂或外部激励引发电子器件损伤等问题，极大地限制了转印的应用范围。本文提出了一种基于组合载荷调控机制的转印方案，通过控制印章上刚性柱的顺序组合运动，从而调控印章/器件界面位移/应力场，实现界面粘附调控，最后完成在不同刚/柔性基体上的转印。本文基于理论模型和有限元分析，揭示了转印过程中印章几何参数与能量释放率间的非线性关系，为实际转印印章的设计提供指导性意见。物理实验证明，本文转印方法不但对电子器件形貌和应用基体具有较高的兼容性，还支持微硅片在柔性基体上的大批量、多层、分次集成。
2025 Vol. 46 (3): 403-411 [
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412
基于钻柱动力学的钻杆接头裂纹扩展分析
刘泰辰 李斌 于富盛 苏明
深井、超深井的钻井环境及钻具组合更加的复杂，导致井下振动载荷加大，会引发钻杆接头疲劳裂纹扩展失效，钻杆提前报废。针对上述问题本文开展如下研究：建立钻杆接头动力学计算模型，分析钻杆接头在井下所受的轴向力、扭矩及弯矩载荷；进行钻杆接头有限元分析模型，判断钻杆接头受力是否满足材料强度要求；建立钻杆接头裂纹扩展模型，分析接头的剩余寿命。得出结论：通过与室内实验对比证明建立的动力学计算模型有效，求出在目标环境下，钻杆接头所受三个载荷分别为13.11kN轴向力、35 扭矩（含上扣扭矩）及0.75 弯矩；通过复合载荷分析，公母接头所承受的最大Mises应力为551.2MPa、323.2MPa，符合材料强度要求；钻杆接头螺纹扩展以张开型裂纹为主，其深度对于裂纹扩展的影响要大于其长度；当前工况下，裂纹的最小扩展尺寸为3x2mm，该尺寸下的剩余寿命为126820次。
2025 Vol. 46 (3): 412-422 [
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423
渗氢环境下体心立方晶体中位错与裂纹的相互影响
生月 李明 党键 李衍杰
基于离散位错理论，建立了裂纹尖端渗入氢原子影响下的裂纹与位错相互作用模型，并在此模型的基础上考虑了氢原子对位错穿晶、晶界裂纹萌生以及主裂纹产生的影响。通过计算，分析了不同裂纹尖端渗氢浓度与范围对裂纹前方位错分布产生的影响，给出了晶界裂纹萌生与裂纹尖端氢原子的关系，分析了主裂纹前方无位错区内切应力受裂纹尖端渗氢的影响。
2025 Vol. 46 (3): 423-436 [
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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