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2026年 47卷 2期
刊出日期：2026-04-28
综述
研究论文
综述
141
冲击载荷作用下聚合物本构模型及其改进方式综述
高翔 陈立明 范航宇 潘鑫 邓健强 张松波 张桔铜 刘涛
聚合物材料由于其卓越的耐磨性、高效的能量吸收能力和出色的抗冲击性能，在航空航天、交通运输和工业加工等领域获得了广泛应用。在这些应用场景中，这类材料的力学行为表现出复杂的应变率敏感性、温度敏感性，这给本构建模带来了显著挑战。在经典的物理模型中，研究者主要通过改进橡胶弹性模型、优化热激活流动法则或者引入网络分支结构来提升模型的性能。而对于经典的唯象模型，主要通过改进硬化项和引入新分支来改善模型性能。这些方式本质上都是通过赋予模型更多待定系数，从而提升模型描述力学行为的能力，同时也会产生参数标定困难等问题。机器学习方法为本构建模提供了新的研究思路。这类方法在预测精度和泛化能力方面相比于经典模型更加出色，能显著降低实验成本。纯数据驱动类的机器学习模型完全依赖数据来捕捉材料力学响应，面临数据需求量大、可能违背物理规律以及过拟合、欠拟合等问题。因此，学者们提出了将传统本构理论与机器学习算法相结合形成混合模型来克服这些局限性。其中，物理信息神经网络(PINNs)因其独特的学习物理规律的能力，展现出特别广阔的应用前景，成为当前研究的热点。
2026 Vol. 47 (2): 141-160 [
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研究论文
161
基于数字图像相关与声发射协同表征的S38C车轴钢变形损伤机理研究
黄干云 刘国梁 张政 吴圣川 奥妮
为了实现材料变形损伤机理的高效表征，本文基于数字图像相关技术和声发射技术，分别可以得到试件表面变形场以及反映包括内部变形损伤的声发射信号，提出协同表征方法。以带缺口高铁车轴钢(S38C)的单轴拉伸为例，利用声发射能量与持续时间幂律指数关系确定了塑性变形的位错滑移主导机制，得到了累计声发射能量和累计声发射熵等参数与塑性变形的关联关系。结合数字图像相关技术所给出的表观裂纹长度演化，发现该裂纹实质为表面裂纹，其演化由塑性变形主导。部分结果也得到本文所建立相场方法的模拟结果的支撑。因此有望利用协同表征方法结合相场模拟实现材料力学参数的精准表征。
2026 Vol. 47 (2): 161-170 [
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171
稀疏应变数据驱动的空间多解搜索的逆有限元变形重构新方法
李欣萌 李书欣 夏俊康 曹东风 朱婧妍 胡海晓 蔡伟 段青枫 刘勇 安泽君 郑凯东 郭仁巧 许家畅
逆有限元作为航空航天领域一种形状重构技术，因其能通过调整加权系数实现在稀疏数据输入下准确重构变形，广受关注。然而在实际工程场景中，应变输入数据往往极其稀疏，导致iFEM重构误差显著增大，难以满足应用需求。为此，本文从稀疏应变输入时的逆有限求解误差方程开始理论推导，基于合理的误差截断，建立了稀疏应变重构的逆有限变形场与真实变形场之间的矩阵映射方程。引入合理的变形假设，通过虚设变形场函数的方法，实现了稀疏数据驱动下的重构变形空间的多解搜索。最终，建立了理论格式严谨，实施过程简单、使用范围广的，稀疏应变数据驱动的空间多解搜索逆有限元变形重构新方法。针对一铝合金悬臂板弯曲-10 mm的工况，对一种极其稀疏采样构型下的变形进行重构，使用新方法遍历搜寻了多项式空间中的13个重构变形解。当多项式的最高阶为2和3时，重构得到接近真实情况的全场变形。其中，当多项式的最高阶为2时，重构得到了位于板加载端的最大变形为-10.2146 mm，较仅采用逆有限元方法重构的最大变形-4.9595 mm，重构精度误差由50.4048%减小至-2.1460%。此时整个板面的最大重构误差也仅有2.7554%。提出的新方法，突破了在稀疏应变数据下的变形重构多解的难点，实现了多解的遍历搜寻，大大提升了稀疏应变数据下重构变形的准确性，显示出了巨大的工程应用价值。
2026 Vol. 47 (2): 171-187 [
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188
基于改进ESPSO算法的自由构型桁架点阵结构设计
张城玮 谢寒冰 沙伟 张严
桁架点阵结构因其质量轻、比强度/刚度高、减振吸能效率高等优异特性，被广泛应用于航空航天等领域高端装备的关键承载构件设计。然而桁架点阵结构的拓扑构型多、力学性能差异大，传统设计方法难以充分实现复杂载荷工况下的最优构型选择，较难满足高端装备超轻质、高承载的迫切需求。基于快速重启智能算法和点阵杆件删除策略，提出了一种具有自由构型的桁架点阵结构智能设计方法。采用显式拓扑描述函数建立点阵结构的几何参数化模型，基于能量均匀化方法高效计算点阵单胞的宏观等效弹性属性，以点阵杆件几何参数为设计变量、材料用量为约束条件、结构柔度最小化为优化目标，建立点阵结构优化模型，并采用代理模型辅助粒子群智能算法求解。针对传统ESPSO算法易陷入局部收敛的问题，设计了一种快速重启策略改进ESPSO算法，增强了ESPSO算法的全局搜索能力；为进一步拓展ESPSO算法寻优空间，在优化过程中允许冗余杆件删除，提高了点阵构型设计灵活性。所提设计方法能显著提高点阵结构承载能力，研究成果可为高端装备点阵结构设计提供理论参考。
2026 Vol. 47 (2): 188-204 [
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205
准静态轴向压缩下的含孔CFRP方管吸能特性研究
杨晨希 任毅如
为了揭示含孔CFRP方管的抗冲击性能，对准静态轴向压缩下的吸能特性开展研究。考虑了层内和层间损伤模式，建立了基于内聚力模型的含孔CFRP方管轴向压缩有限元模型，研究了铺层顺序等典型参数对CFRP的力学响应与吸能特性的影响规律，揭示了含孔CFRP方管的轴向压缩失效和吸能机理。结果表明，合理的铺层角度可以有效提升CFRP方管的吸能能力和稳定性。内侧层在方管的轴向压溃中起主要承载能力，内侧层角度差较小的铺层设计表现出更稳定的压缩失效应为和更优秀的吸能能力。
2026 Vol. 47 (2): 205-216 [
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217
非规则热学超材料热导率调控与多功能设计
韦凯 黄肖依 黄荣政
热学超材料通过微结构设计为热流路径操控提供了有效途径，赋予器件特殊热功能，展现出广阔的工程应用前景。本文提出了一种基于热阻法的热学超材料微结构设计方法，创新性构建了等效热导率与几何参数之间的显式解析关系，从而实现对非均匀各向异性热导率分布的灵活调控。在此基础上，结合变换热学理论，提出适用于任意形状热学器件的结构化设计方法，并分别设计了六种不同外形的热集中与热旋转超材料验证了其有效性。
2026 Vol. 47 (2): 217-229 [
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230
负泊松比多胞填充方形中空结构的压缩力学行为与吸能研究
肖俊华 董浩 曹程甫
本文基于提出的二维曲边内凹负泊松比胞元，构造了三维曲边内凹负泊松比胞元，设计了负泊松比多胞填充方形中空结构。数值和实验研究了该种吸能结构的压缩变形失效形式，对其能量吸收效果进行了讨论。研究表明，负泊松比多胞填充方形中空结构在压缩时发生塑性屈曲失稳，其变形机制主要表现为规律性层叠褶皱变形模式，每个褶皱的生成对应特定的临界屈曲模态，标志着能量吸收过程由弹性储能向塑性耗散变化，吸能结构在碰撞过程中褶皱的数量、形成位置及变形模式极为重要。方形中空填充吸能结构在压缩过程中，能量吸收曲线呈现“双平台”特征，具有较高的能量吸收效率和稳定性。本文的设计方法和所得结果为新型抗冲击材料与轻量化吸能装置的设计提供了理论依据与技术支撑，有助于具有优良吸能性能的轻质多孔负泊松比结构在车辆工程领域中的开发与应用。
2026 Vol. 47 (2): 230-239 [
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240
含纤维错位缺陷UD-CF/Al复合材料的高温纵向压缩失效行为研究
唐淼 蒋文刚 高月华 刘其鹏 王振军
本文针对室高温条件下单向碳纤维增强铝基（UD-CF/Al）复合材料的纵向压缩失效行为，开展了实验与有限元模拟研究。通过真空压力浸渗法制备了以M40J碳纤维为增强相、Al-10Mg合金为基体的UD-CF/Al复合材料，并进行了300℃和25℃条件下的纵向压缩实验。基于细观力学理论，建立了考虑纤维强度离散性（Weibull分布）、错位缺陷、界面损伤及基体塑性行为的有限元模型，系统分析了室高温对复合材料压缩力学响应、渐进损伤过程与失效机理的影响。研究结果表明：采用纤维强度离散性模型显著提高了模拟精度。材料的失效行为表现为“界面损伤为先导、基体损伤为继发、纤维扭结为终结”的渐进过程。与室温相比，高温使得基体软化、界面劣化，导致模量及强度显著降低，界面损伤发生更早但扩展缓慢，基体损伤较小，纤维偏角较小，扭结带较宽。本研究为高温条件下复合材料结构的设计与可靠性评估提供了有效的分析模型与理论依据。
2026 Vol. 47 (2): 240-253 [
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254
含防护层复合材料层压板雷击后压缩损伤机理研究
王新年 吴璋 陆鹏鹏 刘创 刘伟
本文针对含防护层复合材料层压板开展雷击防护设计与有效性评估，通过电-热-烧蚀耦合数值仿真与试验，分析2区雷电流作用下材料的破坏区域与失效形式，并对雷击后试件进行了压缩强度测试以评估防护效果。结果表明：所设计的防护方案能有效维持材料在雷击后的力学性能，压缩剩余强度仅下降4.51%，衰减幅度可控。在损伤机理方面，雷击未改变材料 “均匀受压-剪切主导-复合破坏”的核心失效路径，最终仍为剪切为主、压缩为辅的复合破坏模式，表明主要承载机制未被破坏。雷击损伤仅带来局部影响，如残余微裂纹导致应力分布略不均、后期局部应变增速加快及剪切带完整性稍降等，整体力学行为未发生质变，防护效果良好，影响可控，为复合材料雷电防护设计提供了可行方案。
2026 Vol. 47 (2): 254-267 [
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268
基于SPH方法的聚能射流侵彻固井水泥石环损伤机理研究
李明飞 李涵 刘磊 龙武 王博
随着石油勘探开发深度增加，储层岩石强度增大，射孔爆轰能量增加，加剧水泥石环的损伤，破坏其完整性。现有研究多集中于水泥环性能和参数，以射孔弹射流参数为对象来探究水泥环损伤的研究较少，本文基于SPH方法在裂纹展开和损伤累积方面的优势，建立SPH模型，探究自由和固定边界两种反射波强度和不同射流参数对水泥靶板损伤的影响，自编程量化了结果中的靶板损伤程度-损伤比。分析结果表明，自由边界靶板损伤比较固定边界低9.35%；随着射流密度增加，靶板损伤比增加，未贯穿靶板时损伤比为10.8%和15.9%，贯穿时，损伤比增加到55.0%和64.7%；射流直径在1mm和2mm之间，损伤比有较大增幅，再增加射流直径，损伤比变化不大；射流速度在2000m/s-3000m/s时，未能贯穿靶板，靶板损伤比呈增加趋势，在增加速度，即贯穿靶板，损伤比迅速降低。可见，射流密度和射流速度是靶板损伤的主要影响因素，在射流能够贯穿的前提下，靶板损伤程度随密度增加而增加，随速度增加而降低。研究建立了水泥靶板裂纹扩展和损伤的方法，并提出了一种自编程的损伤情况量化分析方法，也可为低损伤射孔弹优化设计和射孔参数优化提供借鉴。
2026 Vol. 47 (2): 268-280 [
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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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