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期刊信息/Journal information
力学学报（英文版）
力学学报（英文版）

双月刊

0567-7718

010-62536271

100080

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。
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    三维C/C复合材料烧/剥蚀行为的机械剥蚀细观模型

    杨晶景昭葛敬冉张斌斌...
    131-146页
    查看更多>>摘要：热化学烧蚀和机械剥蚀是碳/碳(C/C)复合材料在热防护系统中面临的常见问题.本文建立了一个细观机械剥蚀模型用于分析三维C/C复合材料的烧/剥蚀行为.首先,建立了一个描述C/C复合材料反应和扩散现象的细观热化学烧蚀模型,并通过数值模拟方法获得了烧蚀的形貌;然后,获得的瞬态烧蚀形貌被作为机械剥蚀分析的几何模型.对于机械剥蚀,采用渐近损伤方法对复合材料在机械剥蚀作用下的损伤和失效行为进行分析;接着,提出了一个策略用于探讨C/C复合材料的烧/剥蚀行为,该策略将机械剥蚀引入到烧蚀的数值计算中.本文通过数值的方法计算了气流剪切力与表面粗糙度之间的关系,该关系可以被当作机械剥蚀判据引入到烧蚀的数值计算中;还探讨了反应/扩散比、组分反应性差异和气流剪切的临界压力对复合材料烧/剥蚀的质量损失率和机械剥蚀因子的影响.结果表明:本文提出的机械剥蚀细观模型能够较好地分析C/C复合材料的机械剥蚀损伤和失效行为及表征其烧/剥蚀性能;本文对热防护系统材料的评价和设计具有一定的指导意义.

    Carbon/carbon compositesThermal protection systemThermochemical ablationMechanical erosionAblation-erosion behavior

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    基于变分法的四轮转向机动车辆路径规划及最优控制研究

    Hami TourajizadehMohsen SarvariSamira Afshari
    147-161页
    查看更多>>摘要：使用变分法对四轮转向机动车辆(4WSV)进行最优控制研究,并根据预定目标函数提取出相对最优路径.当前,4WS车辆因为其出色的操控性能增长迅速.由于4WS车辆系统是过约束的,因此车辆在两个确定边界之间可能轨迹并不唯一.由此,通过最小化预定成本函数提取最优路径成为一项有益的研究.为了达到此目的,本文首先确定系统模型,随后应用变分法来进行车辆的最优控制.控制输入的最优值不仅满足边界条件,同时实现特定成本函数的最小化.成本函数被设定为最小化误差和能量消耗,并对相应最优路径也进行了计算.为了验证模型的正确性,本文将MATLAB的仿真结果与CarSim进行了比较.通过在MATLAB中进行解析和比较性模拟场景的分析,研究最优控制方法的效率.通过比较相应的成本函数,证明了本文提出的控制方法相较非最优策略的优越性.最后证明本文提出的最优控制方法可以获得两个预定边界之间的最优路径,并通过该使用变分法对四轮转向机动车辆(4WSV)进行最优控制研究,并根据预定目标函数提取出相对最优路径.当前,4WS车辆因为其出色的操控性能增长迅速.由于4WS车辆系统是过约束的,因此车辆在两个确定边界之间可能轨迹并不唯一.由此,通过最小化预定成本函数提取最优路径成为一项有益的研究.为了达到此目的,本文首先确定系统模型,随后应用变分法来进行车辆的最优控制.控制输入的最优值不仅满足边界条件,同时实现特定成本函数的最小化.成本函数被设定为最小化误差和能量消耗,并对相应最优路径也进行了计算.为了验证模型的正确性,本文将MATLAB的仿真结果与CarSim进行了比较.通过在MATLAB中进行解析和比较性模拟场景的分析,研究最优控制方法的效率.通过比较相应的成本函数,证明了本文提出的控制方法相较非最优策略的优越性.最后证明本文提出的最优控制方法可以获得两个预定边界之间的最优路径,并通过该路径可以实现最大准确性和最小能量消耗.

    Four wheel steering vehicle(4WSV)Optimal controlPath planningCalculus of variations methodModeling

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    非线性动力学中基于T样条的局部变网格等几何实体单元

    王悦兰朋陆念力於祖庆...
    162-181页
    查看更多>>摘要：为了解决三维空间中的非线性动力学问题,本文提出了一种新的等几何实体单元,并通过张量分析中的坐标变换得到其非线性应变场.为了使所提出的单元能够无缝地应用于计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助工程(CAE)系统中,采用三变量T样条作为等几何实体单元的基函数.借助Bézier投影法,提出了基于T样条的等几何实体单元的局部网格更新算法.在重要区域对网格进行局部细化以获得准确的结果,在重要区域以外对冗余单元进行粗化以提高计算效率.因此,非线性动力学分析中的计算效率和计算精度得到了平衡.三个静力学数值算例验证单元弹性模型的正确性.通过柔性摆仿真算例研究该单元的动力学特性.通过实验测试该单元解决非线性动力学实际问题的能力.应用局部网格更新算法进行柔性摆与障碍物碰撞接触的仿真.通过对计算结果和计算耗时的分析,研究基于局部变网格T样条的实体单元在非线性动力学问题中的有效性.

    Isogeometric analysisTrivariate T-splineDeformation gradient matrixLocally varying mesh

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    非高斯过程下混合式能量采集系统的方程识别

    孙亚辉曾远辉杨勇歌
    182-198页
    查看更多>>摘要：混合式能量采集系统由于提高采集效率的优点被广泛地应用于许多领域.在实际环境中,许多表现为跳跃、飞行、罕见跃迁以及间歇性特征的现象能够被非高斯Lévy过程所描述.但有时候精确地建立复杂条件下的混合式能量采集系统方程是较为困难的,尤其是由非高斯Lévy噪声驱动的系统.近年来,随着仿真能力和观测技术的发展,大量的噪声测量数据以及仿真数据能够被收集,并且已有许多研究致力于从大量数据中提取控制法则.本文采用数据驱动的方法,从受非高斯Lévy噪声影响的观测数据中提取系统方程.利用Fokker-Planck方程和非局部Kramers-Moyal公式,获得漂移项、扩散项和Lévy参数的近似表达式,并利用稀疏回归方法识别近似表达式中的系数.本文给出了三个算例,验证了该方法的有效性.结果表明,该方法不仅适用于高斯布朗过程下的混合能量收集系统,也适用于非高斯Lévy过程下的混合能量收集系统.此外,还分析了不同时间步长下区间划分参数与指标Ratio的关系.结果表明,该指标可以作为选择合适的划分参数的标准.

    Lévy processGaussian Brownian processHybrid energy harvestingSparse identificationProbability approximation

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    含有不确定参数结构的数据驱动载荷识别方法

    崔文旭姜金辉孙慧玉杨泓基...
    199-213页
    查看更多>>摘要：动载荷识别在结构设计和优化中起着至关重要的作用目前的大多数研究都集中在确定性结构上.然而,实际工程结构中的结构参数是未知的.不确定参数的存在会导致载荷识别结果与实际载荷值之间的误差,因此研究不确定结构的动载荷识别问题至关重要的.本文针对含有不确定参数的结构,提出了一种数据驱动的动载荷识别方法.首先,将不确定参数由一组闭区间向量表征.然后引入卷积神经网络(CNN)对未知载荷区间进行重构.将区间分析理论与泰勒展开相结合,得到了监督载荷的上下边界,并将其用作训练样本.最后,训练后的CNN模型直接识别未知载荷区间的边界.仿真结果表明,该方法具有较高的载荷识别精度和对噪声的鲁棒性.我们构造了一个简支梁结构进行实验,以进一步验证所提出方法在工程中的可行性.此外,我们还讨论了测量点分布和样本数量对识别精度的影响,这有利于在工程实践中的应用.

    Data-drivenDynamic load identificationUncertain structureInterval analysis theoryConvolutional Neural Network

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    基于动力学的螺旋桨影响下的船舶推进系统声振特性研究

    徐江海薛林邹冬林焦春晓...
    214-236页
    查看更多>>摘要：船舶推进系统稳定性受到施加在螺旋桨上的负载及其本身的惯性效应的综合影响.论文聚焦非对称动力输入下的双缸推进系统,旨在通过理论建模、数值仿真和实验验证探究推进系统的动力学行为及其影响因素.首先,考虑传动系统的啮合刚度、齿面摩擦、齿侧间隙、非对称激励等时变、非线性因素,建立推进系统非线性动力学模型.其次,采用数值方法研究桨端负载及其惯性效应对于推进系统稳定性和振动响应的影响,揭示多参数影响下的系统复杂的动力学行为.最后,基于理论模型,构建并联推进系统综合实验平台,进一步研究了负载和惯性效应对于推进系统声振特性的影响.研究结果对于从动力学角度进行系统动力参数的设计和螺旋桨的结构优化具有积极意义.

    Marine propulsion systemGear transmission with multiple power pathsUnsymmetrical input powerNonlinear dynamicsVibro-acoustic characteristics

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    管状上皮组织的三维形态发生

    于鹏宇李博
    237-243页
    查看更多>>摘要：管状上皮组织是组成多种器官的基本结构,其形态发生涉及到细胞变形、生化信号转导,以及细胞之间和细胞与细胞外基质之间的相互作用.目前尚未完全清楚力学和生化信号之间的相互作用如何调节该形态学过程.本文构建了耦合生化信号通路的三维细胞顶点模型,用于探究管状组织的形态发生.数值计算结果表明管腔尺寸受到细胞和细胞外基质的力学性质的影响,且细胞的力学-化学耦合的变形可以激发斑点状和条带状的超细胞肌动球蛋白斑图,进而介导组织形成波浪形和竹节形的管腔结构,该过程会受到化学扩散强度的调节.本研究突显了力学-化学相互作用在生物组织形态动力学中的重要作用,并且提供了一个三维计算框架以深入理解生命系统中复杂的斑图形成过程.

    Epithelial tube3D vertex modelChemomechanical interplayMorphogenesis

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    润湿性对脑白质水力渗透率的影响

    苏丽君雷杰超李振兴马驰原...
    244-258页
    查看更多>>摘要：脑白质可被视为由神经轴突和组织液组成的周期性多孔介质,其水力渗透率反映了组织液在细胞外空间流动的阻力,在水分子运输和药物传递中起着关键作用.细胞外空间的典型宽度为纳米级,组织液流动是具有微尺度的润湿性问题,然而润湿性对渗透性的影响仍然不清楚.本研究将脑白质理想简化为一种周期性纤维多孔介质,考虑流体黏度和滑移边界,以量化润湿性对其水力渗透性的影响.发现流体有效黏度的减小和滑移长度的增加,会导致水力渗透率增大.还发现,对于方形排列的轴突纤维,润湿性对垂直水力渗透率的影响比对平行水力渗透率大;而对于六边形排列的轴突,影响则相反.研究结果可为脑水肿等脑水平衡紊乱疾病治疗及大脑药物传递提供理论指导.

    Hydraulic permeabilityFibrous porous mediaFluid-solid interactionEffective viscositySlip length

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    辐照缺陷装饰位错是否会导致硬化?

    崔嵬刘伟崔一南
    259-267页
    查看更多>>摘要：纳米尺寸的辐照缺陷常常会在位错线附近聚集,形成装饰效应.研究者通常采用级联诱导源硬化模型描述装饰效应引起的辐照硬化.本研究工作发现不可动辐照缺陷装饰位错会导致辐照硬化,硬化程度与理论模型预测一致.然而,当装饰辐照缺陷可动时,则不发生辐照硬化,甚至发生软化,这种硬化消失是由于位错环始终处于与位错线相互作用力近似为零的区域,并与位错线发生关联运动.该工作带来了对辐照缺陷装饰效应和辐照硬化的新理解.

    DecorationIrradiation defectsDislocation dynamicsIrradiation hardening

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    316L奥氏体不锈钢高温单拉和蠕变行为的实验和晶体塑性模拟研究

    宋世杰阚前华刘宇杰包陈...
    268-282页
    查看更多>>摘要：316L奥氏体不锈钢(ASS)因其优异的抗蠕变性和耐腐蚀性被广泛应用于核反应堆中的包壳材料.但由于核反应堆长期处于高温环境,其包壳材料会不断累积蠕变损伤并最终导致性能退化,进而影响设备的安全运行.因此,为保障核反应堆的安全服役,针对其包壳材料高温蠕变行为的研究具有重要意义.基于此,我们开展了316L ASS在高温下的单轴拉伸变形和蠕变行为的研究.结果表明,316L ASS的力学响应具有明显的温度依赖性,且在特定的温度范围(723 K-923 K)和应变率(1.3×10-3 s-1)条件下,显示出明显的动态应变时效效应;此外,316L ASS在高温条件下的主要蠕变机制为位错攀移机制,它一方面会影响位错密度的演化,另一方面会影响位错越过障碍物的激活频率.基于316L ASS在高温下的微结构演化机理,我们建立了基于位错机制的晶体塑性本构模型.在该模型中额外考虑了位错攀移机制对刃型位错湮灭、位错偶极子形成和刃型位错越过障碍物的贡献.最终结果表明,该模型能有效地模拟和预测316L ASS在高温条件下的单轴拉伸和蠕变响应,而该研究成果也为316L ASS的蠕变性能评估提供了重要的理论依据.

    316L austenitic stainless steelHigh-temperature deformationCreep resistanceDislocation climbCrystal plasticity

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