期刊,力学季刊 2024年卷2期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

力学季刊

主　　编：范立础

出版周期：季刊

国际刊号：0254-0053

电　　话：021-65983708

邮政编码：200092

地　　址：上海四平路1239号

力学季刊/Journal Chinese Quarterly of MechanicsCSCD北大核心CSTPCD

正式出版

收录年代

锂离子电池的劣化:力-电化学耦合机理与模型

吕浡陈鑫松周志宇宋亦诚...

287-308页

查看更多>>摘要：锂离子电池在充放电循环过程中会不可避免地发生容量衰减,这种性能劣化现象普遍存在,且符合人们的日常认知.然而,显而易见的电池劣化现象背后的机理则是相当复杂.本文首先分别从颗粒尺度和电极尺度入手,对锂离子电池的多尺度-多场-多过程的力-电化学耦合劣化机理进行了梳理,其中对固态电池的劣化进行了单独的讨论.进一步地,本文梳理了用以描述锂离子电池力-电化学耦合劣化行为的劣化模型.需要指出的是,由于电池劣化机理的复杂性和外部可测量的稀缺性,建立劣化模型是具有挑战性的,且目前仍存在巨大的研究空白.基于此,本文提出了一种双向劣化模型的设想,融合物理模型和数据模型,以具有一定物理意义的内变量为纽带,建立围绕内变量的"力学行为-内变量-劣化行为"完整映射,为客观、准确地描述和预测电池劣化行为提供新思路.

关键词：

锂离子电池性能劣化力-电化学耦合机理物理模型数据模型

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大型薄膜衍射太空望远镜的压电振动主动控制

王展鸿喻恒蔡国平周徐斌...

309-318页

查看更多>>摘要：随着航天技术的发展,大型薄膜衍射太空望远镜以其质量体积小、成像分辨率高、易折展等优点获得广泛的关注与研究.本文对大型薄膜衍射太空望远镜结构进行振动控制研究,给出基于压电作动器的振动控制方案.首先采用有限元方法建立结构的动力学模型,然后根据可控性准则进行作动器位置寻找,之后基于模糊Proportional-Derivative(PD)算法设计控制律,最后通过数值仿真验证本文研究方法的有效性.本文中,还通过数值仿真研究了压电作动器数量与控制稳定所需时间的对应关系,另外还进行了控制律鲁棒性的研究.

关键词：

太空望远镜压电作动器模糊比例-微分鲁棒性

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基于晶体塑性模型与内聚力单元模拟的接触疲劳亚表面原奥晶界裂纹萌生

韩鑫琦李淑欣余丰鲁思渊...

319-328页

查看更多>>摘要：材料在接触疲劳载荷下亚表面裂纹的萌生是其主要损伤模式之一.采用晶体塑性模型耦合内聚力单元,模拟高强钢在滚动接触疲劳载荷下亚表面原奥氏体晶界处的疲劳裂纹萌生.基于内聚力模型的损伤起始准则和疲劳损伤演化规律,并利用USDFLD子程序将内聚力单元的疲劳损伤与晶体塑性模型结合,计算了滚动接触疲劳加载下的损伤随循环次数的累积.对Voronoi模型下的疲劳裂纹萌生进行了模拟,研究了晶体取向对裂纹萌生的影响.结果表明,裂纹的萌生受剪切应力主导,萌生位置在最大剪切应力范围内,模拟结果和试验观察一致.晶粒取向对裂纹萌生位置与萌生寿命有显著影响.

关键词：

晶体塑性有限元Cohesive单元滚动接触疲劳亚表面裂纹萌生

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高弹性橡胶止水模型实验及全周鼓起变形测量

王辉朱飞鹏韩威尚振兰...

329-337页

查看更多>>摘要：针对涵洞、隧道等水工建筑物在长期运营过程中出现的渗漏问题,利用高弹性橡胶进行封堵止水是一种行之有效的措施.为了评价不同橡胶的封堵效果,提出一种高弹性橡胶止水实验模型,将橡胶安装在模型伸缩缝中,通过施加静水压力测试橡胶的封堵性能.同时,提出一种利用电动旋转台的全周三维数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)方法,利用单套三维DIC系统,即可测量得到内侧橡胶在不同静水压力、各个视角下的鼓起变形.按照1∶1比例浇筑了实物模型,开展了静水压力实验,并测得了所选橡胶能承受的最大水压力和全周鼓起变形,验证了止水模型实验的可行性和全周变形测量方法的有效性.

关键词：

高弹性橡胶模型实验全周鼓起变形静水压力数字图像相关

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基于多源数据融合方法的龙卷风切向速度预测

胡传新聂豪钱帮虎管文松...

338-349页

查看更多>>摘要：龙卷风具有作用范围小、持续时间短、作用强度大的特点,是自然灾害中破坏力最大的灾害之一.受限于龙卷风危险性及发生发展时空随机性,现场实测数据过于稀缺且难以收集近地面区域风场数据.鉴于此,提出了基于神经网络模型的数据融合方法,实现不同来源风场数据的融合,并对模型预测效果及泛化能力进行验证.在此基础上,对龙卷风切向速度场进行了预测.研究表明:在低涡流比龙卷风预测中,实测数据的驱动模型平均误差在35％以上,而采用数据融合驱动模型平均误差为14％以下,表明融合模型具有较好的预测精度.在高涡流比龙卷风预测中,实测数据驱动模型平均误差在28％左右,而数据融合驱动模型平均误差在10％以下,表明数据融合模型在预测高涡流比时仍保持较高精度,具有较好泛化性.融合模型重构的低涡流比风场涡核为破裂状,高涡流比风场核心区域风速明显增加,且近地面风速覆盖范围增加.该模型能获取近地面及涡核中心附近处的风场数据,同时提高了龙卷风风场空间分辨率,为龙卷风环境下结构抗风实践提供重要支撑.

关键词：

龙卷风多源数据神经网络数据融合风场预测

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考虑表面多尺度几何特征的三维多层结构接触响应研究

张肖扬刘涛张红晓李志敏...

350-362页

查看更多>>摘要：航空发动机叶盘结构服役于高温、高转速的恶劣环境,使得叶片与轮盘非连续界面之间的涂层接触力学行为复杂,影响整体动力学性态.本文基于三维弹性理论建立了一种基于多层半空间体的接触模型,研究多层结构粗糙表面间的接触响应规律.采用数学解析形式将粗糙表面形貌分解为微观、介观和宏观多层级几何轮廓,引入Papkovich-Neuber势函数(P-N势函数),结合傅里叶积分变换法和影响系数法,构建了多层接触的边值问题,应用共轭梯度算法得到接触频响函数解.通过典型多层接触问题的解析解和有限元结果对比,验证了模型的可靠性;进一步研究了不同弹性模量、泊松比及摩擦系数下层内的应力场、位移场变化规律,为研究涂层系统表面粗糙界面的接触响应提供了一种可行而有效的方法.

关键词：

粗糙表面多层结构摩擦接触影响系数法快速傅里叶变换

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基于神经网络的双层壁叶片异型孔结构强度设计

陈湘军田啸宇

363-375页

查看更多>>摘要：随着航空发动机领域的飞速发展,热端涡轮叶片服役环境越发恶劣.为了提高叶片的承温能力,行业内提出了双层壁叶片结构,其原理为"外壁承温,内壁承载".本文针对双层壁叶片气膜孔结构强度问题,采用参数化建模构建叶型及外壁孔结构,通过仿真分析确定孔型设计参数对圆柱型气膜孔、圆锥型扩张孔和簸箕型扩张孔的孔周结构强度的影响,最后根据参数输入及对应响应构建神经网络模型,通过遗传算法优化径向基函数(Radial Basis Function,RBF)神经网络的权值与阈值来提高代理模型的准确性.寻优获得三种不同结构的气膜孔最优孔型设计方案,相较于圆柱型孔,圆锥型扩张孔孔周应力降低了25.12％,簸箕型扩张孔孔周应力降低了 22.54％.

关键词：

神经网络遗传算法异型孔双层壁叶片优化设计

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航改型燃气轮机部件蠕变寿命预测模型研究

刘保侠安警坤王宗明

376-386页

查看更多>>摘要：航改型燃气轮机因其研制基础好、设计周期短、结构紧凑、燃料适应性强等优点,在海上油气平台、船舶动力及管道输送等领域得到了广泛应用.航改型燃气轮机叶片在高温、高压等苛刻环境下工作时,蠕变是其主要失效方式之一.为确保叶片的运行可靠性,通常选用抗蠕变性能较好的镍基合金作为制造材料.该种材料蠕变第三阶段较为明显,占比较高,当前的蠕变损伤本构方程难以精确表征镍基合金蠕变第三阶段的失效行为.针对上述问题,本文提出了一种可合理描述蠕变第三阶段的损伤本构模型,并得到了不同温度下蠕变实验数据的验证.该模型的提出可为航改型燃气轮机高温部件的寿命精准预测和可靠性设计提供较好的理论基础.

关键词：

航改型燃气轮机蠕变寿命预测本构模型

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多级加筋面板受力行为分析及优化

严嘉伟邓庆田李新波温金鹏...

387-400页

查看更多>>摘要：采用三点弯曲实验和有限元仿真方法,对多级加筋面板的变形和破坏进行分析.引入正六边形和内凹六边形两种加筋模式,将具有不同横纵向加筋肋壁厚、圆弧倒角优化的直角边界及二级加筋结构的加筋面板作为研究对象,分析在给定加筋面板几何参数的情况下,横纵向加筋肋壁厚、圆弧倒角优化处理、二级加筋结构对加筋面板结构强度和力学行为的影响.研究表明,加筋面板结构强度随着横纵向加筋肋壁厚的增加而增加,纵向加筋肋壁厚对加筋面板结构影响较大;内凹六边形加筋模式较正六边形加筋模式的加筋面板承载力高;圆弧倒角优化后可以明显改善边角处的应力集中现象、提升加筋面板的结构强度;二级加筋面板的承载能力得到明显提升,且次级加筋层胞元为内凹六边形时提升效果最明显.

关键词：

多级加筋面板横纵向加筋肋壁厚承载能力圆弧倒角优化

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基于Timoshenko梁模型的变截面体心立方梯度点阵结构力学特性研究

杨鄂川谭成帅马婧华李映辉...

401-410页

查看更多>>摘要：针对由变截面杆构成的体心立方(Body-Centered Cubic,BCC)梯度点阵结构,推导了 BCC线性变截面弯折杆弯矩的分布表达式,应用于Timoshenko梁理论,得到了梯度点阵结构的力学特性参数化理论预测模型;采用六面体实体单元建立了BCC变截面单胞单元和梯度点阵结构的有限元模型,完成了仿真分析,验证了理论预测模型的有效性.对于梯度点阵结构则采用3D打印技术并选择316L金属粉末制备试样,开展了准静态压缩力学试验,同时也完成了同样工况下的有限元仿真分析,验证了Timoshenko梁模型对于长径比10以下梯度点阵结构力学特性研究的适用性,最后通过理论模型讨论了不同长径比、单胞尺寸、单胞数量和梯度方向等各种梯度点阵结构力学特性的变化规律.研究结果表明:对于线性变截面弯折杆,文中所推导的弯矩分布更加精确,能有效降低理论解的误差;采用本文中的理论预测模型,若长径比在3.5～8.7区间内,BCC变截面单胞单元及梯度点阵结构的等效弹性模量解的误差在3％以内.

关键词：

梯度点阵结构力学特性Timoshenko梁理论预测

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