期刊,力学学报（英文版） 2024年卷1期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

力学学报（英文版）

出版周期：双月刊

国际刊号：0567-7718

电　　话：010-62536271

邮政编码：100080

地　　址：北京北四环西路15号中科院力学所

力学学报（英文版）/Journal Acta Mechanica Sinica(English Series)CSCDCSTPCD北大核心EISCI

查看更多>>是中国力学学会主办的学术期刊，刊登力学和相关交叉学科在理论研究、实验研究及在国民经济中具有创新性的优秀论文，反映力学学科的学术水平，是力学界同仁科学活动的知已和朋友。

正式出版

收录年代

短纤维插层对亚麻纤维增强复合材料层间增韧效果的实验与数值仿真研究

于本泽李岩涂昊昀章中森...

183-196页

查看更多>>摘要：本文分别通过双悬臂梁(DCB)实验与数值模拟，研究了不同短纤维插层(包括短纤维种类、短纤维长度与插层面密度)对亚麻纤维增强复合材料1型层间断裂韧性的影响规律。DCB试验结果表明，当插层为5 mm长度、25 g/m2面密度的短碳纤维插层时，复合材料Ⅰ型层间断裂韧性达到2。322 kJ/m2，取得最大提升幅度80。7％，短纤维桥联与亚麻连续纤维多层级破坏为其主要增韧机理。在此基础上，采用五参数控制的三线性内聚力单元，建立了数值仿真模型。实验与数值模拟结果的对比分析揭示了短纤维插层属性与内聚力模型参数之间的定量关系，可为植物纤维增强复合材料短纤维插层增韧设计提供参考依据。

关键词：

Flax fiber reinforced compositeChopped fiber interleaveFlax multi-layer failureInterlaminar fracture toughnessCohesive zone model

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基于改进离散-连续参数化的结构和连续材料方向协同拓扑优化方法

罗云锋刘书田仇政麻耀辉...

197-209页

查看更多>>摘要：结构和材料方向的并行拓扑优化是过去几十年来的一个热门话题。然而，如何避免此类问题掉入局部最优相当具有挑战性。为了解决这个问题，我们在以前的工作中提出了一种将离散材料优化方法和连续纤维取向优化方法相结合的方法，称之为离散-连续参数化(DCP)，该方法同时继承了离散方法的全局搜索能力和连续方法的全设计空间。然而，DCP方法需要太多设计变量，导致了巨大的计算负担。因此，我们在本工作中提出了一种改进的DCP方法，以减少设计变量的数量，同时又不牺牲优化问题的凸性。在该方法中，我们提出了一种扩展的多材料插值方法，该方法能够大大减少设计变量的数量。然后，我们将所提出的插值方法集成到DCP方法中，最终建立了结构拓扑和纤维取向协同优化的改进DCP方法。几个基准优化实例表明，该方法可以在能大大降低陷入局部最优的风险的同时，使用更少的设计变量。

关键词：

Topology optimizationMaterial orientation optimizationContinuous orientation designLocal optimum solution

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基于多级松弛机制的形状记忆聚氨酯循环热-力学本构模型

梁志鸿李建陈开卷于超...

210-225页

查看更多>>摘要：松弛作为形状记忆聚合物的固有特性，在其机械变形和形状记忆行为中起着至关重要的作用。在形状记忆过程中，松弛行为包含了短期、中期和长期机制，这些机制共同组成了多级松弛机制。基于多级松弛机制，结合热弹性行为和相转变模型，在有限变形框架下建立了热致形状记忆聚氨酯的循环热-力学本构模型。在此模型中，着重考虑黏度随温度的变化，优化了相转变模型框架中温度对机械变形的影响。为了进一步描述橡胶相和冻结相之间的循环转变行为，引入循环的储存应变比，表征了循环形状记忆过程中变形的储存和释放机制与相转变之间的关系。与不同应变幅值和应变速率下的循环形状记忆实验结果对比，验证了所建立的基于多级松弛机制的循环热-力学本构模型能合理地描述形状记忆聚氨酯的循环形状记忆行为。

关键词：

Shape memory polyurethaneConstitutive modelCyclic shape memory effectMultiple relaxation mechanisms

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薄壁弹药机械臂的柔性动力学建模与辨识研究

汤劲松钱林方马佳陈龙淼...

226-239页

查看更多>>摘要：薄壁结构是机械设计中常用的结构形式，其柔性动力学问题一直是工程研究的前沿。针对具有薄壁结构特性的弹药机械臂，发展了一种基于板壳理论的弹药机械臂柔性多体动力学建模方法。我们在浮动参考坐标框架下，得到了Reissner-Mindlin壳结构的运动学方程，其中结构膜变形和弯曲变形与刚性运动的耦合，这是区别于实体结构的特点。为了克服壳体单元模拟中的膜锁定和剪切锁定问题，引入一种基于边中心的应变平滑DSG(ECSS-DSG)单元对结构离散。该方法可以获得更好的膜变形和弯曲变形行为，并且有效克服剪切自锁问题，在结构模态分析中表现出更好的效果。在此基础上，结合实验对弹药机械臂模型参数进行了辨识，并且对辨识模型在各种工况下的动态响应进行了验证，证明了本文方法具有良好的鲁棒性。本文的工作不仅可以为弹药机械臂的进一步研究提供理论支撑，而且可以为薄壁结构多体系统的动力学研究提供参考。

关键词：

Ammunition manipulatorThin-walled structureFlexible dynamicsReissner-Mindlin shellStrain smoothing method

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提取受非高斯列维噪声扰动随机动力系统的最大似然转移路径的数据驱动方法

陆凌弘志李扬刘先斌

240-252页

查看更多>>摘要：机器学习和数据科学技术的飞速发展，很大程度上满足了许多领域通过数据预测比较实际或复杂的动力系统的需求。列维噪声是一个比高斯白噪声更普适和复杂的涨落模型，它被广泛应用于许多非高斯情形来模拟爆炸或跳跃行为。在本文中，我们设计了一个系统的数据驱动方法来识别受高斯白噪声和非高斯列维噪声扰动的系统的最大似然转移路径。其中涉及的主要理论和数值概念包括经典动力系统理论中的非局部Kramers-Moyal公式、非局部Fokker-Planck方程以及一个通过交叉验证解决稀疏回归问题的机器学习框架。接下来我们给出两个例子从细节方面展现了该方法的可操作性，并且对最大似然转移路径做了简要的分岔分析。该方法将作为相关理论研究对应的数值方法以及数值角度的验证，并为该高斯扩散过程的推广复杂系统的其他诸如平均离出时间或离出概率等动力学指征的数值识别工作提供一些洞见。

关键词：

Rare random transitionsThe most probable exit pathNon-local Kramers-Moyal formulasNon-local Kolmogorov for-ward equationNon-Gaussian noise pertubation

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应用元启发式优化和高斯过程回归预测受电弓-接触网系统性能的可行性研究

张莫晗银波孙振旭白夜...

253-264页

查看更多>>摘要：受电弓接触网系统为高速列车提供电能，正确评估受电弓与接触网之间的接触力(CF)对于稳定供电至关重要。CF的大小和变化范围决定了列车受流质量和安全运行。因此，快速、准确地预测CF具有重要意义。然而，通过实验收集CF数据具有挑战性，并且通过数值模拟获得及时结果并不总是可行的。在本研究中，我们提出了一种结合元启发式优化和高斯过程回归的高效的代理模型方法，来预测受电弓接触网系统接触力统计量。首先，使用有限元法(FEM)建立并验证受电弓接触网模型，用于生成训练和测试数据集。其次，利用高斯过程回归(GPR)进行对接触力的预测。将一种新开发的元启发式优化，即二元饥饿游戏搜索(HGS)，应用于特征选择。为了增强BHGS的性能，嵌入了混沌机制，产生了Chaos-HGS GPR(CHGS-GPR)。最后，对CHGS-GPR的预测结果进行了评估。结果发现，所提出的CHGS-GPR对CF的平均值提供r相当准确的预测，并且可以扩展到铁路线路的初步设计、列车运行的实时评估和控制。

关键词：

Pantograph-catenary systemGaussian process regressionSurrogate modelPhysical-based model

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准坐标描述的拉格朗日方程及其在非线性动力学系统中的能量约束型数值积分方法

段宇鹏吴景铼张云清

265-280页

查看更多>>摘要：在动力学问题的数值仿真中，保持离散后的系统与原始系统相同的特性和结构是非常重要的。对于使用哈密顿方程建模并使用辛积分器求解的保守系统，其系统的能量可以在求解过程中守恒。然而，有许多系统是在跟随坐标系下建模的，且模型中包含非线性耗散项，除非将耗散造成的能量损失一并考虑在内，否则很难保持系统的能量守恒特性。因此，在数值模拟期间保持总能量守恒是至关重要的。为了解决这个问题，本研究使用准坐标描述的拉格朗日方程来描述建立在跟随坐标系下的动力学系统，并提出了一种新的能量约束型欧拉积分器来求解建立的系统。该积分器将能量守恒定律作为约束方程，并从最初的常微分方程中构建一个新的微分代数方程。通过隐式地求解该微分代数方程，获得保持系统总能量守恒的数值结果。为了将所提出的方法与常用的辛积分器和普通数值积分器进行比较，分别将各个积分器用于求解线性和非线性系统的初值问题。常用的辛积分器由于准坐标描述的拉格朗日方程的非对称结构，无法保持此类模型的总能量守恒特性。与之相对的，本文提出的能量约束型欧拉积分器能较严格地保持系统的能量守恒属性，且对保守和非保守系统都有较好的效果。

关键词：

Hamiltonian equationsQuasi-coordinatesNonlinear dynamicsEnergy conservation

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液态栓塞剂栓塞脑动静脉畸形的计算流体力学建模与仿真

张博文陈曦张晓龙丁光宏...

281-295页

查看更多>>摘要：大脑动静脉畸形(AVMs)的血管内栓塞通常需要注射液态栓塞剂(LEAs)以减少畸形处的血流。在临床实践中，需要事先仔细规划注射LEAs的供血动脉以及LEAs的剂量。计算流体动力学可以模拟LEAs在畸形团内的注射过程，并在术前评估不同操作的治疗效果。应用多孔介质模型避免了 AVMs的几何建模困难，并重现了血管瘤内复杂的血管网络结构。采用多相流模拟了 LEAs与血液之间的相互作用。LEAs的黏度由其溶质乙烯-乙醇共聚物(EVOH)的浓度确定。通过求解物质输运方程计算了溶剂二甲基亚砜(DMSO)的扩散过程。通过构建EVOH浓度与黏度之间的关系，模拟了 LEAs的凝固过程。LEAs的注射和凝固的数值模拟方法在两个特定患者的AVMs上进行了测试。计算预测了LEAs在畸形团内的流动方向。通过三维渲染可以很好地可视化注射的LEAs的形态。进行了定量分析，包括供血动脉和引流静脉的流量变化。利用计算流体动力学(CFD)方法可以模拟LEAs栓塞AVMs的过程，以展示不同栓塞手术规划的治疗效果，并确定最佳治疗方案。

关键词：

Arteriovenous malformationsComputational fluid dynamicsLiquid embolic agentsPorous mediumPatient-specific modelingPreoperative planning

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非扭转双层石墨烯中异质应变诱导的平带

杭阳张助华

296-304页

查看更多>>摘要：双层石墨烯中扭转诱导的晶格失配会导致摩尔纹图案并产生具有强关联效应的平带，但这需要复杂的过程来精确控制扭转角度。这里，通过分别沿两个不同的扶手椅方向单轴拉伸上下层石墨烯，我们提出了一种不同的方法来生成双层石墨烯中的六边形摩尔纹。两个石墨烯层之间的变形导致了等效于扭角石墨烯中的错位角，异质应变诱导的摩尔纹在费米能级附近产生平带，表现出和扭角双层石墨烯等效的电子性质。我们证明2。1％异质应变下的电子平带等价于1。05°第一魔角下的能带。然而，由于单轴应变，狄拉克点相对于K点轻微偏移，将平带分成两个相隔18 meV的分别位于费米能级上方和下方的范霍夫奇点峰。我们的研究结果提出了一种控制自然双层石墨烯电子强关联性的可能方法。

关键词：

StrainBilayer grapheneFlat bandContinuum model

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流星进入的可变形不规则离散元分析方法

李姿雯曾祥远Kyle T.Alfriend冯程帆...

305-320页

查看更多>>摘要：流星进入地球大气层时会发生空中解体和爆炸，威胁地球局部区域乃至全球安全。针对流星进入大气演化的超高速动力学仿真研究具有重要意义。为提高预报的精确性，应关注流星体内部结构和非均匀烧蚀等对演化过程和解体后碎片运动的影响。本文提出了一种可变形不规则离散元方法，用于仿真分析流星进入大气层时轨迹和姿态变化、烧蚀、解体和爆轰等现象。利用多面体离散元模型可模拟不同结构的异质流星;通过拉伸多面体模型顶点，仿真流星的粗糙外形和烧蚀形变;利用Jones-Wilkins-Lee状态方程计算烧蚀产生的集中爆轰产物的压力。以Chelyabinsk流星事件中发生轨迹偏离的碎片为例，数值仿真集中爆轰产物的膨胀驱动作用对碎片运动方向和轨迹演化的影响。仿真结果表明，碎片弹出轨迹特征和烧蚀剩余质量均在观测值范围内，验证了新方法的有效性。

关键词：

Meteoroid entry methodDeformable non-spherical N-body modelJones-Wilkins-Lee equation of stateConcentrated detonation productsChelyabinsk meteoroid

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