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2026年 47卷 1期
刊出日期：2026-02-25
综述
研究论文
综述
1
基于机器学习的L-PBF Ti-6Al-4V疲劳性能预测研究进展
代逍遥 苑仲伯 赵吕 李振环
激光粉末床熔融（L-PBF）成形的Ti-6Al-4V合金具有优异的比强度和良好的耐腐蚀性，在航空航天领域有广阔的应用前景。然而，L-PBF工艺赋予材料特有的多层级微观结构与复杂内部缺陷，导致其疲劳性能呈现显著分散性，传统物理模型难以准确描述“工艺—缺陷/微结构—疲劳性能”之间的复杂非线性关系。近年来，机器学习方法为增材制造金属疲劳性能预测提供了新途径。本文梳理了现有机器学习在L-PBF Ti-6Al-4V疲劳性能预测中的研究进展：首先，剖析了影响L-PBF Ti-6Al-4V疲劳性能的关键因素；然后，介绍疲劳性能确定性预测机器学习建模范式，根据其处理数据的形式与融入知识的程度，按照基于特征工程的数据驱动方法、基于显微图像的深度学习方法、融合物理信息的机器学习模型依次进行论述；接着，探讨当前疲劳性能不确定量化的主要机器学习方法，并从偶然不确定性和认知不确定性两方面讨论每种算法的优劣；最后，总结当前研究面临的挑战，并对未来发展方向，如构建开放数据平台、发展融合物理机制机器学习模型及其工程推广应用等做出展望。
2026 Vol. 47 (1): 1-33 [
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研究论文
34
三维轮轨滚动接触安定极限影响因素分析
邵宬超 伏培林 徐祥 阚前华
安定极限表征弹塑性结构在交变载荷作用下不发生持续交变塑性或棘轮变形的极限载荷水平，对钢轨抗滚动接触疲劳设计具有重要的理论指导意义。然而，已有接触安定分析模型忽视了材料性能温度相关性、非线性循环硬化、蠕滑摩擦模式以及轮轨踏面异型曲面轮廓与轮对横移所致的非Hertz接触关系，导致计算结果与钢轨实际服役条件差异显著。因此，本文考虑轮轨标准踏面几何特征，引入改进Abdel Karim-Ohno循环塑性本构模型和温度相关的弹塑性性能参数，基于条形理论确定局部黏着-局部滑移的滚动接触切向牵引力，开展钢轨三维循环弹塑性滚动接触有限元模拟，获取等效塑性应变随循环周次的演化信息，结合安定定义发展安定判据并识别钢轨安定状态，进行轴重载荷的二分迭代以搜索对应于安定/非安定临界状态的安定极限，构建三维钢轨滚动接触安定模型，讨论轮对横移、蠕滑状态及弹塑性参数温度相关性对安定极限的影响。结果表明，轮对横移会降低接触压力，抑制塑性变形，导致安定极限上升，但反向横移在低摩擦系数下对安定极限的影响微弱；减小归一化切向载荷系数会扩大黏着区，降低切向牵引力和总接触应力水平，抑制塑性变形，从而提高安定极限，且其提升效果在高摩擦系数下尤为显著；模量的热致衰减会通过降低结构刚度和接触应力水平来提升安定极限，而各向同性抗力及硬化模量的热致降低会通过促进结构塑性变形来减小安定极限。
2026 Vol. 47 (1): 34-51 [
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不同纳米压入速度下单晶镍塑性行为的分子动力学模拟研究
李世航 乔力 刘二强 树学峰 肖革胜
单晶镍的塑性行为直接影响其用于航空航天、微纳制造等领域时的可靠性和寿命，探明单晶镍在局部压入载荷下的塑性响应特征及微观变形机制可为其在相关领域中的设计与应用提供机理性支撑与工程指导。采用分子动力学方法对单晶镍进行了球形纳米压入模拟，研究了位错反应对初期塑性变形机制的影响，探讨了压入速度对载荷突降、加工硬化行为的调控机制，阐明了位错反应与载荷突降现象及加工硬化之间的内在联系。结果表明，在初始载荷突降阶段Shockley位错的扩展在{111}滑移系上形成半闭合位错环和本征堆垛层错，引发首次载荷突降；压入速度的增大显著改变位错演化特征：低速时位错呈有序V型滑移带，高速时则演变为无序网络，且初始载荷突降对应的压入深度随压入速度的增加而增大；加工硬化行为呈现明显的速度依赖性：低速下通过形成Lomer–Cottrell位错锁和Hirth位错锁产生稳定的高密度位错网络，而高速下则因非平衡态响应导致位错结构松散，抑制了硬化效应，随着压入深度的增加压入载荷-深度曲线出现多次载荷突降并伴随Shockley位错密度的非线性跃升。相关研究提供了单晶镍纳米尺度塑性变形及微纳加工的机理性支撑。
2026 Vol. 47 (1): 52-65 [
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66
具有弹性介质的准晶多层梁的力学行为研究
温博 孙托娅 郭俊宏
本文研究了嵌入弹性介质中的一维六方准晶层合梁的屈曲、振动与弯曲行为。基于建立的准晶层合梁模型，结合伪Stroh型公式与传递矩阵法，推导了简支边界条件下，梁处于不同弹性介质支撑位置（嵌入介质中或位于介质上）时的临界屈曲载荷、固有频率、弯曲变形位移及应力的一般解。通过与既有研究成果对比，验证了所建模型及求解方法的准确性。通过数值算例，系统探究了高跨比、铺层顺序及弹性介质参数对一维六方准晶层合简支梁临界屈曲载荷、固有频率与弯曲变形的影响规律。研究结果表明：嵌入弹性介质中的梁，其固有频率和临界屈曲载荷均高于位于弹性介质上的梁；当外层准晶具有较高弹性常数时，梁的固有频率与临界屈曲载荷均显著提升；弹性介质参数和铺层顺序对梁的力学性能具有显著的调控作用。本研究所得一般解可为层合梁结构的数值模拟与实验研究提供理论依据。
2026 Vol. 47 (1): 66-82 [
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83
变载荷下电磁超声换能器的耐高温小型化建模和优化方法研究
赵磊 轩书康 邱芷葳 魏东 李田坤 徐光魁
电磁超声换能器高温下存在永磁体退磁的问题, 难以实现高温下的在线检测。随着航空航天领域的发展, 高端装备的核心结构部件服役环境越来越恶劣, 如高温、高速、狭小空间等, 对于其小型化也是一个重大挑战。现有的研究侧重于通过增加冷却装置、使用耐高温材料或安装隔热板等方式来提高它的耐温极限, 而基于热力耦合载荷下的结构优化设计研究鲜有报道。本文设计了一种电磁超声换能器的探头结构, 建立了基于热力耦合的探头有限元模型, 提出了一种电磁超声换能器耐高温小型化优化方法。该模型的核心创新在于：将外壳同时作为设计变量与系统热载荷载体，优化过程中，外壳尺寸变化直接导致热载荷分配改变。采用优化拉丁超立方采样方法选取初始样本点, 对设计变量开展了灵敏度分析, 发现外壳厚度是主导结构力热性能的关键参数。结果表明, 变载荷下的耐高温小型化设计与传统优化认知不同之处在于, 在减小外壳厚度以降低重量的同时, 并没有出现应力增大或温度升高的问题, 反而显著降低了系统的温度和应力。在这一系统中, 力学和热学的响应通过外壳厚度这一变量与优化目标实现了同步优化, 而非相互竞争, 为电磁超声换能器的耐高温小型化提供了新的研究和设计思路。
2026 Vol. 47 (1): 83-95 [
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双层过盈配合功能梯度圆柱/球壳在磁-内压作用下位移与应力分布的解析解
闫伟文 汪文帅
随着复合材料制备技术的日益成熟，功能梯度（FG）结构在多物理场耦合环境下的力学行为与性能研究越来越重要，尤其是FG结构过盈配合的多场耦合被广泛关注。在轴向/球面对称的假设下，考虑弹性模量与洛仑兹力沿厚度方向按照幂函数规律变化的特性，基于弹性力学基本方程与边界条件，首先推导出控制方程及位移、应力的基本解，进而通过研究过盈量与接触界面两端位移的关系，推导得到基于过盈量的接触界面压力表达式，最终构建了能完整描述磁-内压耦合作用下双层过盈配合FG结构位移与应力分布的解析模型。该模型能够精确描述多物理场耦合下过盈配合的力学响应，定量揭示了过盈量、材料梯度参数、几何尺寸以及外加磁场对结构位移和应力分布的影响规律，为FG过盈配合力学结构设计的理论和数值计算模型提供了依据。
2026 Vol. 47 (1): 96-108 [
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裂纹非尖端几何对I-II复合型裂纹失效行为的影响机制研究
李湘萍 奉宇 张鸿 廖萍 高宇晗 范志龙
在复杂加载模态下，裂纹扩展与失效模式对几何特征高度敏感，但现有研究普遍忽略非尖端几何对断裂响应的影响。本文以同时具有尖端奇异性与外凸非尖端特征的唇形裂纹为对象，在结合保角映射的线弹性断裂力学框架下建立了I-II复合型裂纹失效模型，并基于最大能量释放率准则得到裂纹尖端能量释放率以及开裂角的理论预测结果。通过调节裂纹倾角控制载荷比，以宽长比量化非尖端几何特征，系统讨论了不同几何参数的影响规律。最后通过裂纹扩展的数值模拟，并结合弹塑性有限元中塑性区演化过程对应力场的分析，进一步探讨了非尖端几何特征对裂纹失效行为的作用机制。结果表明，非尖端外凸几何能分散尖端应力集中，导致能量释放率下降和开裂角偏移；加载模态改变会引起应力集中由尖端向非尖端转移，使裂纹表现为尖端失效和非尖端失效两种模式，并确定一个仅与宽长比相关的临界倾角，决定裂纹失效的主导形式。本研究揭示了几何特征在混合模态断裂中的关键作用，为结构失效预测与完整性评估提供了参考。
2026 Vol. 47 (1): 109-124 [
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冲击载荷下缆绳滑轮装置的力传递规律研究
邹方明 王书铭 左哲清 杨玉凯 侯甲彬
本文针对冲击载荷下缆绳滑轮装置的动态力传递问题，建立了考虑缆绳轴向波动、滑轮摩擦非线性、滑轮阻尼及能量分配的缆绳冲击动力学模型和有限元数值模型。通过理论分析、有限元仿真与实验验证相结合的方法，揭示了冲击过程中滑轮包角与阻尼系数对张力传递的影响。研究结果表明，滑轮阻尼是影响张力响应的关键参数，其增大会显著降低张力传递效率；包角增大则通过延长接触弧长增强能量耗散，导致张力传递效率轻微下降。本文提出的缆绳冲击动力学模型和有限元数值模型能较为准确地预测冲击工况下的缆绳张力传递特性，为装备缆绳滑轮装置的安全设计提供理论依据。
2026 Vol. 47 (1): 125-140 [
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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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