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

柔性液态金属剪切力传感器

刘英君张晟泓吴洁龚晓波...

411-418页

查看更多>>摘要：使用柔性微管液态金属传感器作为应力测量元件,设计制作了一种剪切力传感器.剪切力传感器由弹性聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)杆件、支撑垫片和柔性微管传感器组成.探讨了剪切力传感器的工作原理以及测量元件的传感机制.弹性PDMS杆件受到剪切力作用后变形,使用剪切力传感器对杆件的剪切角进行测量,并将测量结果与灰度重心法测得的参考值进行对比,系统分析了装配间隙δ、微管布置距离L对测量精度的影响.结果表明:当以弹性PDMS杆件为变形体时,剪切力传感器可在0.004 7～0.038 rad的转角范围内进行有效测量;测量误差随着装配间隙δ的增大而增大,随着微管布置距离L增大而减小.所设计剪切力传感器具有灵敏度高、抗干扰能力强等优点,为剪切力的测量提供了一种新的工具.

关键词：

液态金属柔性传感器剪切力

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万方数据
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基于双线性类桁架材料模型的拉-压杆拓扑优化设计

郭新泽石顺义周克民

419-428页

查看更多>>摘要：拉-压杆模型是复杂钢筋混凝土结构配筋设计的标准方法之一,采用拓扑优化建立复杂应力区域的拉-压杆模型具有十分重要的意义.渐进结构优化类算法和各向同性材料惩罚模型类算法已经广泛应用于此类研究,这些算法的优化对象为各向同性的等厚度带孔板,其本质是在最优解附近寻找近似解.此外,由于应力-应变曲线不光滑的特性给求解优化问题带来困难,现有拉-压杆构建方法很少考虑材料拉压性能不同对最优拓扑产生的影响.本文提出了一种基于双线性类桁架材料模型的拓扑优化算法,以寻求复杂混凝土结构中拉-压杆的最优拓扑构型.该方法以结点位置正交杆件的密度和方向作为设计变量,拉伸区和压缩区的材料特性分别与钢筋的拉伸模量和混凝土的压缩模量一致.采用材料替换方法克服拉压异性模量引起的非线性问题,并给出了单元刚度矩阵的修正方法.优化问题采用基于灵敏度信息的迭代算法求解.数值算例表明,结构拉压性能差异对最优拓扑结构产生显著影响.与现有基于单元密度的优化方法相比,所提方法能够准确描述复杂应力状态下的材料最优分布场,计算效率提高约26％,同时给出更多材料分布细节.

关键词：

拓扑优化类桁架结构拉压异性拉-压杆模型配筋设计

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电热固耦合作用下车载功率模块引脚焊点振动疲劳寿命研究

付建新陈祥李海威陈岱岱...

429-441页

查看更多>>摘要：本文对车载功率模块引脚焊点在器件功率损耗产生的热量和路面颠簸引起的随机振动共同影响下的可靠性进行了研究.建立多物理场有限元分析模型对引脚焊点进行电热固耦合疲劳寿命仿真,得到发热状态和常温状态下的焊点随机振动响应应力分布和振动疲劳损伤值.利用基于经验的Dirlik疲劳损伤模型和Miner线性损伤累积法则对两种状态的疲劳寿命进行了估算和对比分析.结果表明:在考虑电热固耦合作用下,局部约束刚度降低和焊点振动响应应力增大导致焊点振动疲劳寿命明显降低,但仍然满足规定的振动可靠性要求.结合满功率负载发热状态下的振动失效试验结果,验证了分析结果的准确性和装置设计的可靠性.

关键词：

电热固耦合焊点随机振动响应疲劳寿命计算试验验证

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基于LightGBM与SHAP的空腔积水深度可解释性机器学习模型

李珊珊孙朝阳李国栋

442-453页

查看更多>>摘要：传统的机器学习模型主要围绕如何提升模型预测精度进行研究,从而忽略了预测结果的可解释性.本研究基于LightGBM(Light Gradient Boosting Machine)建立了预测掺气设施空腔积水深度的黑箱模型,与常用的机器学习模型如 RF(Random Forest)、SVM(Support Vector Machine)及 XGBoost(Extreme Gradient Boosting)对比结果表明LightGBM拥有较高的预测精度.进一步通过贝叶斯优化技术对LightGBM的四个超参数进行优化,较大程度上提升了模型的R2(决定系数)得分.应用SHAP(Shapley Additive Explanation)事后解释方法对LightGBM的预测结果进行全局解释和局部解释.全局解释结果表明:流速、水舌冲击角、坎高及流量是影响空腔积水形成的主要因素,特征交互解释可以用来解释特征之间的复杂非线性关系,局部解释则可以显示单个样本各特征的影响大小.研究建立的基于LightGBM-SHAP的空腔积水深度可解释性机器学习模型在掺气设施体型优化及模型试验方案优化方面有很好的应用前景.

关键词：

可解释性机器学习空腔积水贝叶斯优化LightGBMSHAP

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基于燃料组件振动分析软件FAVA的水隙变化研究

卢勇卫小艳刘虓瀚张明...

454-461页

查看更多>>摘要：燃料组件振动引起的燃料组件之间水隙变化对反应堆内功率波动具有重要影响.为了研究燃料组件振动和水隙变化行为,根据燃料组件结构及其振动特点建立了燃料组件振动分析模型,并开发了燃料组件振动分析软件FAVA.首先,通过与商用有限元软件Abaqus对比,对燃料组件振动分析模型进行了验证;其次,通过分析燃料组件振动引起的水隙变化,比较FAVA软件计算的燃料组件振动频率与堆芯功率波动频率,说明了堆芯功率波动主要是由燃料组件振动引起的;最后,分析了燃料组件刚度变化对振动的影响.

关键词：

燃料组件振动分析FAVA验证水隙变化

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胶凝砂砾石纳米压痕试验及系统聚类法界面过渡区的研究

林章焕杨海霞邵婷悦王树严...

462-472页

查看更多>>摘要：针对胶凝砂砾石材料微观力学性能的研究成果较少的问题,以及胶凝砂砾石材料界面过渡区的存在性问题,提出了胶凝砂砾石不同相的确定方法以及界面过渡区尺寸的确定方法.结合纳米压痕试验,绘制微观力学性能图像,采用系统聚类法对测试矩阵内的测试点进行分类.在试验阶段,考虑到胶凝砂砾石的材料特性,完善了"30-2-30"测试制度,通过荷载-深度曲线结合Oliver-Pharr方法求出胶凝材料硬度H为0.18 GPa,折合模量Er为13.13 GPa,砂砾石材料硬度H为8.60 GPa,折合模量Er为84.56 GPa.在计算阶段,采用系统聚类法确定界面过渡区范围,确定其尺寸约为18µm.

关键词：

纳米压痕胶凝砂砾石系统聚类法界面过渡区

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渗透各向异性地层中隧洞稳态渗流场的半解析预测模型

汤钰王华宁宋飞

473-482页

查看更多>>摘要：隧洞施工和服役过程中容易出现支护结构渗流破坏、涌水等与渗流场相关的工程问题.为更方便快捷地对隧洞的孔隙压力、涌水量等进行预测并为数值模型提供验证,本文对渗透各向异性饱和地层中圆形隧洞的渗流场开展理论研究,并充分考虑注浆区/衬砌对渗流场的影响.利用坐标变换和保角映射对渗流场基本控制方程进行处理,求解围岩和注浆区/衬砌区孔隙压力分布.使用配点法处理两区域交界面各点孔压和流量协调,获得了在精确满足边界和协调条件下围岩和衬砌/注浆区渗流场的控制方程,以及孔隙压力与比流量稳态分布的半解析模型.解析解与数值解的一致性验证了模型的正确性.利用解析模型分析了衬砌渗透系数、围岩渗透性各向异性程度、注浆区厚度等因素对隧道渗流量和衬砌外水压的影响.

关键词：

各向异性深埋隧洞保角映射解析解

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周期性多孔金属材料宏观有效模量和细观局部应力的预测

董伟伟刘承

483-492页

查看更多>>摘要：通过材料内侧孔壁的边界条件和单胞的周期性边界条件,可以得到材料的细观性能,并通过材料的总体均匀化本构关系得到材料在面内和面外的宏观均匀化模量参数.所计算的均匀化模量与其他数值及解析模拟得到的结果非常吻合.由于省去了有限元法中对于细观结构的网格划分和前后处理等过程,本文提出的方法在计算效率方面有了明显的提高.此外,对于含有两种不同孔隙体积比的多孔金属材料的初始屈服面进行了预测.以上结果显示,本文所提供的方法可以为工程人员进行多孔材料的模拟和设计提供有效的理论依据.

关键词：

多孔金属材料多尺度模拟正方形和六边形晶胞周期性边界条件Trefftz方法初始屈服面

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基于CGMD的半椭圆形截面自支撑石墨烯膜镜面屈曲研究

续文龙张锴郑百林

493-505页

查看更多>>摘要：扫描隧道显微镜观测表明自支撑石墨烯膜在偏压和隧穿电流作用下发生镜面屈曲,针对该现象目前尚未开展系统性的研究.为此,本文使用基于粗粒化分子动力学结合实验结果构建半椭圆形截面石墨烯膜模型,着重研究截面几何形状对结构镜面屈曲行为的影响.计算结果表明,半椭圆形截面石墨烯膜能够发生曲率正负变化的变形,但是没有出现镜面屈曲现象,同时发现大高跨比情况下石墨烯膜的变形对温度的影响不敏感.将文献采用的扇形截面石墨烯膜镜面屈曲行为的计算结果与本文计算结果对比可知,扇形截面石墨烯膜更容易出现镜面屈曲现象,产生这种情况的原因与初始结构有关,半椭圆形截面由于其端部曲率更小,原子排布与二维石墨烯更接近,在温度变化过程中达到能量平衡时碳原子位置变化更小,所以表现出更小的变形.本文的研究可为基于石墨烯膜波动效应的能量收集装置的开发提供理论支持.

关键词：

石墨烯膜镜面屈曲半椭圆形截面粗粒化分子动力学

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离散方法对覆冰输电线主共振的影响分析

包婉玉闵光云刘小会蔡萌琦...

506-518页

查看更多>>摘要：为对比分析覆冰输电线主共振响应的两种不同离散方法,对固有频率和激励频率接近情况下的覆冰输电线做影响分析,本文主要采取位移响应曲线以及幅频响应曲线分析导线的舞动特征及主共振响应.基于哈密顿原理推导输电导线舞动控制偏微分方程,在面内方向施加谐波荷载以定义主共振,基于三阶模态分别采取直接使用Galerkin方法转换偏微分方程为常微分方程;以及先将动张力平均分配在长度范围内离散后再采用Galerkin离散转换成常微分方程的方法;应用多尺度法求解幅频响应曲线,研究第二种离散方法下调谐参数与激励幅值对覆冰输电线主共振响应的影响以及气动荷载对幅频响应曲线的影响.结果表明,不同的离散方法会影响导线的舞动特征与主共振响应,调谐参数与激励幅值也会对导线的主共振造成影响,第二种离散方法的舞动幅值和相位明显大于第一种离散方法.

关键词：

动张力主共振分析谐波荷载幅频响应

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