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2026年 47卷 4期
刊出日期：2026-08-30
综述
研究论文
综述
443
有限尺寸非均匀介质接触分析研究进展
陈李子晨 陈元昊 朱耕玄 李江宇 陈伟球
有限尺寸非均匀介质接触力学正问题和反问题的解决对推动材料高通量表征尤为关键。首先针对正问题，介绍了非均匀介质接触力学辛方法的基础理论，阐明了基于辛方法的非均匀介质接触区域确定策略，并进一步梳理了更复杂情形的接触力学辛方法拓展模型。其次针对反问题，介绍了两类神经算子在二维和三维非均匀介质接触分析中的应用。最后总结并讨论有限尺寸非均匀介质接触分析的研究挑战。
2026 Vol. 47 (4): 443-454 [
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455
轨道车辆部件微结构和力学性能的X射线和中子表征进展
徐会会 吴圣川 张关震 胡飞飞 吴毅 秦天宇
随着我国轨道交通向规模化、高速化持续发展，列车及轨道关键部件的服役安全性与结构可靠性对损伤表征技术的精度、深度和无损性提出了严苛要求。传统分析方法难以实现部件内部微结构的实时动态追踪，而同步辐射与中子作为先进表征手段，凭借高亮度、高分辨率、强穿透性等优势，成为解决金属大部件内部损伤表征的重要工具。论文系统综述了同步辐射与中子表征技术的基本原理、分类及主要特点，重点梳理了二者在轨道交通部件成分与组织表征、残余应力测量、内部缺陷与疲劳性能原位追踪等方面的应用研究进展——主要面向合金钢等通用材料，也部分涉及钛合金、镁合金、碳纤维复合材料等新型结构材料。论文特别明确了原位三维成像在缺陷动态演化捕捉、中子衍射在大尺寸部件深层残余应力表征上的优势，为轨道交通材料研发、工艺优化及服役安全评估提供了数据补充与科学依据。最后，展望了该领域未来的发展方向，为非破坏性表征技术在铁路领域的进一步应用提供参考。
2026 Vol. 47 (4): 455-475 [
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476
极端环境下结构材料内部损伤演化原位实验方法及最新进展
吴圣川 黄干云 贺林峰 张关震
近年来，轨道交通、航空航天、核电管道等高端装备服役环境和工况日趋严苛，关键部件安全裕度不足、失效风险增大。美欧等国已超前布局非破坏性原位测试技术在材料内部损伤表征领域的基础性、引领性研究。其中，缺陷与寿命跨尺度关联建模方法成为先进载运装备极端环境下安全可靠性服役面临的挑战性课题。为此，论文以材料内部力学信息全场表征为出发点，针对重大装备和工程在超高温、极低温、强腐蚀、高冲击等极端条件下内部损伤演化跨尺度表征与量化评估中的技术挑战，重点评述了基于高分辨X射线三维成像的极端力学装置研制及其典型进展，最后指出这一研究方向的重要性、迫切性和前沿性。对极端力学问题的深入认识和系统研究，有助于加速先进材料及结构的研发与应用进程，增强人们从多学科和跨尺度方法量化关联装备服役性能的研究能力，进而增强新材料结构设计能力。
2026 Vol. 47 (4): 476-487 [
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488
原子力显微方法在高通量力学性质测量研究中的机遇与挑战
李江宇 徐孟康 宋春林 明文杰 黄博远
高通量原子力显微方法（HT-AFM）旨在解决传统AFM测量通量低、难以捕捉材料统计规律与动态过程的瓶颈。本文简要回顾HT-AFM近年来在高速扫描硬件、新型测量模式与控制分析算法等方面的进展，剖析其在速度-精度-分辨率平衡、海量数据处理与功能化探针等方面面临的挑战，并展望了其向智能化及多模态融合等方向发展的趋势，从而推动该技术从“观察工具”向“分析引擎”的演进。
2026 Vol. 47 (4): 488-501 [
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502
微观高通量力学表征技术：现状与展望
张天翊 黄博远 高扬
微观高通量力学表征技术是揭示材料微观结构-宏观性能映射关系的关键手段。本文系统综述了以扫描探针技术和纳米压痕技术为代表的微观高通量力学表征方法的原理、进展与趋势。扫描探针技术通过并行探针阵列、快速扫描成像及多模式集成系统等方法，实现了表征范围、速度与信息维度的显著提升。纳米压痕技术则借助高速图谱等方法，实现了对硬度、模量、断裂韧性等多参数的高效获取与定量分析。进一步，本文阐述了机器学习等数据驱动方法在赋能上述表征技术中的关键作用，包括海量数据的高效处理、低质量图像的智能增强与实验流程的自主优化等，显著提升了表征效率与精度。最后，结合当前发展趋势，本文展望了微观高通量力学表征技术向更高通量化和智能化等方向的发展前景。
2026 Vol. 47 (4): 502-521 [
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522
固态电解质疲劳失效机制及力学性能优化进展
王冠楠
固态锂电池被广泛认为是实现高能量密度与高安全性电池体系的关键技术，而固态电解质的结构稳定性仍是制约其长期循环性能的核心瓶颈。本文从力学疲劳的视角出发，系统综述了固态电解质的失效机制。重点阐述了电池运行过程中所承受的“内力”与“外力”来源，包括电极体积变化、电化学应力、电流分布不均以及堆叠压力和结构约束等，并指出其本质上构成了一种由“内外力”共同驱动的低周循环加载环境。区别于传统静态强度或单一枝晶/裂纹机制分析，进一步提出固态电解质的失效可统一理解为一种准脆性疲劳过程：由材料缺陷和界面空隙诱发的局部电流密度与应力集中作为起始点，随后通过裂纹与锂枝晶的相互促进而加速演化。通过“软”、“硬”材料体系对不同力学响应的对比分析，本文指出低模量材料往往呈现枝晶主导的失效起始路径，而高模量材料则更易发生裂纹主导的疲劳损伤，但二者最终均收敛于裂纹–枝晶耦合贯穿失效。从循环力学加载角度，系统阐释固态电解质长期失效机制的统一框架，并进一步总结并评述了针对材料缺陷、界面接触以及裂纹和枝晶演化的力学优化策略。最后，本文展望了面向固态电解质的未来研究方向，强调从“高模量”向“刚柔并济”设计理念的转变，并建立适用于固态电池工况的疲劳寿命评价指标与多尺度预测模型，以实现从材料参数到电池寿命的可预测设计。
2026 Vol. 47 (4): 522-538 [
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研究论文
539
考虑尺寸效应的压电半平面滑动摩擦接触
王寿伟 苏洁 柯燎亮 黄干云
随着微纳机电系统及压电微型器件的快速发展，材料在微尺度下表现出的尺寸依赖效应逐渐受到广泛关注。基于偶应力理论，本文研究了刚性绝缘或导电平压头与横观各向同性压电半平面之间的二维滑动摩擦接触。该理论将特征长度参数纳入本构方程，以考虑由材料微观结构引起的尺寸依赖效应。假定导电压头的表面电势是恒定的。库仑摩擦定律适用于整个接触区域，并假设摩擦系数恒定。应用傅里叶积分变换，将滑动摩擦接触问题简化为柯西奇异积分方程组。通过数值离散化方法，将控制方程化解为代数方程组，然后采用迭代法进行求解。讨论了尺寸参数、摩擦系数和总电荷对面内电位移、表面电位移、表面法向接触应力和面内应力的影响。研究发现基于偶应力理论预测的表面机电场结果与经典结果存在显著差异。
2026 Vol. 47 (4): 539-553 [
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554
两向功能梯度无限大弹性板中的SH波
王惠明
本研究分析了两向功能梯度无限大弹性板中SH波的传播特性。建立了上下表面自由情形的SH波频率方程，并给出了弥散曲线。数值结果表明，梯度指数对低阶的弥散曲线有重要影响，对高阶的弥散曲线影响较小。当材料在x方向（波在面内的传播方向）均匀但在z方向（厚度方向）按指数规律变化时，该功能梯度板中SH波的弥散特性与均匀板的类似。当z方向的梯度指数取不同的数值时，总存在相速度和群速度等于剪切波波速的弥散曲线分支。当材料在x方向按指数规律变化时，相速度和群速度等于剪切波波速的弥散曲线分支消失；此时对每个角频率，均对应复波数，表明SH波在x方向传播时将呈现衰减特性。该研究对利用SH波开展功能梯度材料的参数反演具有积极的意义。
2026 Vol. 47 (4): 554-561 [
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562
基于物理信息神经网络的功能梯度材料反问题研究
杨松霖 刘畅 李翔宇 陈伟球
功能梯度材料（Functionally Graded Material, FGM)因其优异的力学性能，在先进结构与器件中具有广泛应用前景。然而，准确测定其材料参数的空间分布是一个具有挑战性的问题。对此，本文提出一种基于物理信息神经网络（Physics-informed Neural Network, PINN）的反问题求解框架。该框架包含两个子网络，其中应变网络用于平滑含噪声的应变数据，弹性网络用于学习物理信息。结合数据损失项、平衡方程损失项与正则化损失项构建总损失函数，再通过最小化损失函数反演出材料参数的空间分布。针对弹性模量预测值的尺度校准问题，本文提出了一种基于圣维南原理的尺度校准方法，该方法利用实验测得的加载力进行尺度校准，避免了现有方法对边界应力的依赖。数值实验结果表明,该反问题框架能够在较强噪声干扰下实现对FGM材料参数的精确反演，本研究为FGM的逆向设计与无损检测提供了一种有效的新方法。
2026 Vol. 47 (4): 562-574 [
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575
陶瓷基复合材料层间拉伸强度的高效率测量
曾祥坤 李文博 陈明阳 柯燎亮
陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites, CMCs）的层间拉伸强度（Interlaminar Tensile Strength, ILTS）的测量主要依赖于 ASTM D6415 标准。然而，该标准需要通过额外实验获得模量比，导致材料损耗和时间成本增加。针对这一问题，本文提出了一种改进方法，可在单次实验中同时获得模量比和层间拉伸强度，从而避免传统流程中的附加步骤，极大地提高了实验效率。该方法将四点弯实验与数字图像相关（Digital Image Correlation, DIC）技术联立，通过 DIC 反演应变场计算模量比 k，并利用 AE 捕捉材料的失效过程，随后计算得到 ILTS。实验结果表明，该方法能够有效地测量陶瓷基复合材料的层间拉伸强度，并揭示了陶瓷基复合材料的层间分层失效过程。此外，实验还发现，增大内圆角尺寸有助于提高弯曲梁强度，但会降低层间拉伸强度。
2026 Vol. 47 (4): 575-585 [
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586
基于类扭转特征导波的T型焊缝表面缺陷快速检测方法研究
张云涵 李松茂 苗鸿臣
T型焊缝是重大工程承力结构中的关键部位，对其实施高效且可靠的无损检测，对保障设施的安全服役具有重要意义。为克服传统检测方法效率低、难以实现长距离快速筛查的瓶颈，本文提出一种基于特征超声导波的T型焊缝快速检测新方法。首先，通过半解析有限元分析，在T型焊缝波导结构中发现并表征了一种能量高度局域于焊缝区域的类扭转特征导波模态。该模态在200 kHz以上频段呈现近似非频散特性，且具有优良的模态稳定性。基于其扭转振动特性，设计了采用厚度剪切压电片阵列的对称激励方案，并通过三维有限元仿真验证了该模态可被高效激发并能沿焊缝稳定传播。数值分析进一步表明，该导波对表面横向裂纹敏感，反射波幅值与裂纹深度呈正相关。实验成功复现了类扭转导波的激励与传播，实测波速与理论值吻合良好。针对强噪声背景下缺陷回波提取难题，引入了基于互相关分析的匹配滤波算法，实现了对表面裂纹反射信号的准确识别与定位。本文系统验证了类扭转特征导波用于T型焊缝缺陷检测的可行性，为焊接结构的快速无损检测提供了新方案。
2026 Vol. 47 (4): 586-598 [
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599
马氏体-铁素体双相钢协同变形机制的三维离散位错动力学模拟研究
张旭 张海泳 胡雅楠 阚前华 康国政
马氏体—铁素体双相钢凭借优异的综合力学性能在工业领域应用广泛，但其微观变形机理尚未完全明确。为揭示双相钢的变形机理，本研究采用三维离散位错动力学（Three-Dimensional Discrete Dislocation Dynamics, 3D-DDD）方法，基于能量与几何准则的位错-晶界相互作用模型，考虑相特性的位错密度、晶粒尺寸及界面属性建立3D-DDD模型，系统模拟了马氏体单相、铁素体单相及马氏体—铁素体双相结构在单轴拉伸载荷下的力学响应与微观变形特征。模拟结果表明：马氏体的细长晶粒结构可显著阻碍位错运动，其中存在少量的位错穿晶现象，表现为较低的塑性变形累积速率；铁素体中则存在频繁的位错穿晶现象，呈现出强烈的塑性变形累积行为；马氏体—铁素体双相结构具有显著的协同强化效应，马氏体—铁素体界面处几何必需位错密度的堆积进一步强化了该效应。本研究从微观尺度阐明了马氏体—铁素体双相钢的协同变形机制，为双相钢的微观结构优化设计提供了重要理论依据。
2026 Vol. 47 (4): 599-612 [
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613
渗碳体片层连续性对S38C车轴钢珠光体拉伸变形机理的影响
蒋粤洋 胡雅楠 文春城 张旭 阚前华 康国政
基于S38C车轴钢中珠光体组织的渗碳体片层分布特征，构建了四种具有不同片层连续程度的珠光体原子模型，通过对上述模型开展单轴拉伸变形的分子动力学模拟，系统分析了渗碳体片层连续性对拉伸过程中微观结构演化与塑性变形机制的影响。模拟结果表明，渗碳体片层的连续性差异并未改变珠光体中以铁素体 渗碳体界面为主导的位错形核机制；在连续分布的渗碳体片层中，位错主要在界面失配位错处形核，并通过跨相界的界面滑移实现位错传递；而在非连续分布的渗碳体片层中，位错形核则更易发生在高能原子面附近，且随着非连续区域间距的增大，位错密度的演化特征发生改变，表现为界面滑移传递显著减少，并伴随局部渗碳体分解。基于平均流动应力的量化分析表明，渗碳体片层连续性与珠光体硬化效应之间呈现非线性关系，适度降低片层连续性可显著增强珠光体的硬化性能。本研究从原子尺度揭示了渗碳体片层结构特征对珠光体塑性变形与硬化行为的作用机制，为相关材料设计与性能优化提供了理论依据。
2026 Vol. 47 (4): 613-626 [
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627
高温条件下火焰筒的蠕变-疲劳交互失效评估
薄叙伦 崔光顺 斯亮 包陈 陈伟球 伍斌
针对航空发动机火焰筒在高温服役过程中承受复杂热-力耦合载荷、易发生蠕变-疲劳交互失效的问题，本文开展了高温条件下火焰筒寿命评估方法的研究。基于热力耦合循环粘弹塑性本构模型，引入蠕变-疲劳交互损伤模型，实现了对升温-恒温-降温全工况循环过程中材料力学响应与损伤演化行为的统一描述。以GH5188高温合金为研究对象，系统开展了高温拉伸、低周疲劳及高温蠕变试验，获得了模型所需的材料参数，并分析了材料在高温循环载荷作用下的变形行为与蠕变特征。试验结果表明，该高温合金材料在所研究工况下棘轮效应不明显。在此基础上，基于商用软件平台对火焰筒进行了热-力耦合有限元仿真，分析了火焰筒模型危险区域的应力-应变响应、损伤分布及寿命演化规律。数值结果显示，随循环加载次数的增加，火焰筒在循环载荷作用下的损伤演化由疲劳主导逐渐向蠕变主导转变，蠕变-疲劳交互效应对寿命退化具有显著影响。本文提出的方法可为高温结构的寿命预测与工程设计提供关键理论支撑与分析工具。
2026 Vol. 47 (4): 627-644 [
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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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