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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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    镁单晶塑性变形行为的晶体塑性耦合孪晶相场模拟

    胡佳晨徐波于超康国政...
    123-144页
    查看更多>>摘要：本文建立了一个晶体塑性-孪晶相场耦合模型来研究镁单晶的塑性变形行为。在晶体塑性模型中考虑了三种典型的滑移模式，即基面滑移、柱面滑移、锥面滑移，而在孪晶相场模型中考虑了化学能、梯度能和弹性能的作用。模拟结果表明:在沿孪生方向剪切加载诱导孪晶的过程中，不同阶段的应力水平和不同方向孪晶界面的迁移率存在较大差异。孪晶在早期呈透镜状，而在侧向长大阶段呈平板状，并且孪晶出现后有基面滑移被激活;非基面滑移在基体完全转变为孪晶后被激活。在一个拉-压载荷周期内，不同取向的镁单晶中出现不同的塑性变形模式，当加载方向平行于c轴时，对应的变形模式为孪生-解孪-锥面滑移-复孪生;当加载方向垂直于c轴时，对应的变形模式为柱面滑移-柱面滑移&孪生-孪生-解孪，这两种单晶均表现出强拉压不对称性;当加载方向与c轴夹角为45。时，仅发生基面滑移，不存在拉压不对称现象。

    Magnesium single crystalPhase field modelTwinningDislocation slippingCrystalline orientation

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    基于等效电路模型理解机械应变对电催化反应的作用

    赵硕李嘉祥安翠华林栎阳...
    145-152页
    查看更多>>摘要：电催化的应变工程被认为是提高材料电催化性能最有效的策略之一。然而，目前还缺乏数学模型来深入理解这些有趣的科学现象。本文基于等效电路理论研究了应变对电极反应中法拉第过程的影响。根据基尔霍夫定律，获得了应变影响电极响应电流的数学表达式，研究了法拉第过程逐渐成为电催化反应的主导作用时，由应变导致的响应电流参数的变化趋势和峰值的变化规律，并深入探索电催化反应中不同因素相互作用的复杂机制。

    Mechanical-electrochemistry couplingElectrocatalytic reactionFaradaic processDynamic strain equivalent electrical circuit

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    基于引入ResUNet生成对抗式网络以柔度最小为目标的高效多材料拓扑优化设计

    李继承叶红玲魏南董永佳...
    153-164页
    查看更多>>摘要：拓扑优化由于其严格的数学理论，成为连续结构设计中决定材料分布的重要方法。然而，随着材料类型在设计域内的增加，传统拓扑优化方法的计算效率大大降低。本文提出了一种基于深度学习的拓扑优化方法，用于提高多材料结构拓扑优化设计的计算效率。首先，利用固体各向同性材料惩罚(SIMP)方法对大量多材料结构进行优化设计，构建了多材料拓扑优化数据集。其次，ResUNet被引入生成对抗式网络形成ResUNet-GAN，构建了设计参数和优化构型之间的高维映射。最后，利用预训练的ResUNet-GAN实现多材料拓扑优化设计。数值模拟验证了ResUNet-GAN成功地应用于双材料的悬臂梁、三材料悬臂梁、三材料简支梁结构的拓扑优化设计。研究表明，基于深度学习拓扑优化方法的计算效率优于传统方法，为高效拓扑优化设计的发展奠定了理论基础。

    Multiple materialsTopology optimizationGenerative adversarial networkDeep learning

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    几何非线性条件下微纳米梁型谐振器的非线性支撑损失

    马程中王检耀史柯文孔子文...
    165-175页
    查看更多>>摘要：作为微纳米机械谐振器主要的能量耗散源之一，支撑损失主要采用未考虑中面拉伸效应的线性理论进行研究。然而该理论却无法适用于大挠度非线性振动状态谐振器的支撑损失。为此，我们研究了考虑几何非线性和轴向预拉力的两端固支微梁谐振器处于面内弯曲振动模式时的支撑损失，旨在准确模拟大挠度振动下高性能谐振器的支撑损失。本文不仅考虑了支撑结构与谐振器连接区域受中面拉伸产生的正应力作用而引起的支撑损失，也考虑了受剪应力作用而引起的支撑损失，并且理论结果与有限元模拟以及文献中实验结果一致。另外，本文还研究了轴向预拉力对谐振器非线性振动特性的影响，并讨论了谐振器的振幅、长高比以及轴向预拉力对支撑损失的影响。理论结果表明，相比于线性振动状态下谐振器的支撑损失，由谐振器大变形振动产生的中面拉伸效应会引起更大的支撑损失，并且会随非线性振幅的增大而增大。本文提出的非线性支撑损失模型有望对评估非线性振动谐振器的支撑损失以及阐明支撑损失随非线性振幅增大的现象提供理论指导。

    Support lossMicro/nano beam resonatorGeometric nonlinearityAxial pre-tension

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    一种具有分形结构的弹黏塑性材料建模及其求解方法

    李德建祁浩张鸣原霍君豪...
    176-190页
    查看更多>>摘要：本文建立了一种具有分形结构的元件模型，用于描述材料弹粘塑性特性，并可以在无需求解相应的无限阶微分方程的情况下获得各载荷作用下模型的力学反应。首先，基于这种建模方法，建立了表征具有复杂无限阶分形结构材料弹黏塑性特性的混联元件模型(L-R模型)。然后，利用MATLAB/Simulink，借助弹簧(弹性)、黏壶(黏性)和塑性体(塑性)单元的本构关系来描述材料的基本力学性能。之后，将宾厄姆模型作为基本模型按照分形理论进行迭代，通过求解得到描述材料在各种载荷作用下的力学(弹黏塑性)反应。最后，为了验证该建模方法及其求解结果的可靠性，在钢、板岩、煤、红砂岩和盐岩五种不同分形结构的材料上进行了循环载荷实验。将实验结果与求解结果进行比较，表明所建立的模型能够有效地描述材料的弹黏塑性性能。

    Infinite order fractal structureElastic-viscous-plastic propertiesElement modelExperimental simulation

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    频带禁区:远离共振的管道设计策略

    邓天昌丁虎
    191-201页
    查看更多>>摘要：本文介绍了一种通过调整卡箍使得管道避免发生共振的设计策略。当管道的固有频率在机械设备运作时产生的振动频率范围内，会引发共振现象，给机械设备的正常操作带来严重的灾难。因此，把机械设备操作产生的振动频率范围定义为频带禁区。通常，工程中的管道被简化为多跨输流管道:通过将卡箍简化为线性和扭转刚度，建立了多跨输流管道的整体管道模型。通过采用Galerkin截断方法并应用广义特征值方法，获得了多跨输流管道的固有频率。通过对比不同长度的管道固有频率和频带禁区，定义了管长的安全范围和共振范围分别为频带禁区的外和内，并且通过分析卡箍的影响推导得出了绝对安全长度和绝对共振长度。此外，还确定了卡箍刚度和位置对安全范围的影响。结果表明，通过调整卡箍的线性刚度、扭转刚度和位置，管道的安全范围会发生显著地变化。根据这些结果，提出了一种管道设计策略，从而避免了管道的共振发生，并减少了使用卡箍的数量。最后，以飞机上的一段管道为例进行了设计，结果表明:通过调整卡箍，管道的固有频率成功地远离了频带禁区，因而在飞机的运行过程中不会发生共振。总而言之，通过调整卡箍的刚度或位置，可以获得避免多跨输流管道发生共振的设计策略。

    Pipe conveying fluidFrequency preserveNatural frequencyResonanceMultispanRetaining clip

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    主动可调谐压电超材料梁的宽带振动抑制优化

    高玉强王立峰
    202-213页
    查看更多>>摘要：压电超材料在带隙调控方面已经得到了广泛的应用，然而，在工程应用中，宽带振动抑制是仍存在着挑战。在本文中，设计了一中包含多个压电单元的压电超胞结构，并提出一种压电超材料梁的优化方法用于拓宽超材料振动抑制的频率范围。采用遗传算法对压电单元中的LR分流电路进行优化。通过优化将多个局部共振带隙耦合到布拉格带隙中。同时可定制超材料的衰减常数，并优化得到最大带宽。为验证优化方法的正确性以及宽频振动抑制能力，利用合成电路模拟LR电路中的可调电感，通过调节电感，实验实现了可调节的振动抑振能力。实验结果还表明，优化后的超材料可拓宽振动抑制频率范围。实验验证了超材料宽频可调节的振动抑振能力。本文为宽带振动抑制提供了一种新的方法和途径。

    OptimizationBroadband vibration suppressionPiezoelectric metamaterialTunable bandgap

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    轴径向耦合热效应下带叶鼓筒转子系统碰摩动力学特性

    寇海江张耀文Heow Pueh Lee史宇翔...
    214-226页
    查看更多>>摘要：燃气轮机高温载荷使带叶薄壁鼓筒转子发生严重的碰摩故障，阐明其动力学特性对避免此类故障具有重要意义。本文建立了高温热载荷下带叶薄壁鼓筒转子热弹耦合动力学模型。根据实际的热场分析结果，获得了鼓筒内轴径向耦合温度解析函数，并推导出此转子系统的运动微分方程。通过固有频率对比和碰摩响应分析，验证了动力学模型及其求解方法的准确性。本文重点开展了高温热载荷下带叶鼓筒转子系统碰摩动力学特性分析，揭示出燃气轮机的轴径向耦合热效应:高温热载荷从涡轮处鼓筒外表面向内表面传递，再沿鼓筒轴向传递至压缩机内表面，最后从压缩机内表面传递至其外表面。此现象是由燃气轮机中特殊的高温载荷引起，诱发轴向和径向耦合热梯度，可致使叶片发生碰摩故障。燃气轮机排气温度的升高将加剧轴径向耦合热效应，导致更严重的叶片碰摩现象，但在鼓筒内表面引入低温边界条件可以削弱这种热效应的不良影响。

    Bladed rotorAxial-radial heat conductionRub-impactHigh temperature

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    盘柔性对轴-盘转子非线性振动的影响

    崔元松王延庆
    227-241页
    查看更多>>摘要：在旋转机械设计中，准确预测轴-盘转子的非线性振动至关重要。在已有研究中，盘通常被视为刚体，以简化转子非线性问题。本文旨在阐明盘柔性对轴-盘转子非线性动力学响应的影响。考虑了陀螺效应和离心效应。轴基于Euler-Bernoulli梁理论并考虑von Kár-mán非线性，盘基于Kirchhoff板理论。利用Lagrange方程推导出了运动微分方程。采用拟弧长延拓法对偏心质量激励下的转子非线性受迫振动响应进行了数值分析。通过与已有文献的对比，验证了本文模型的正确性。探讨了盘柔性和盘位置、半径和厚度以及轴壁厚、长度对转子非线性振动的影响。结果表明，只有在非常有限的情况下，才可以忽略盘柔性，在大多数情况下，忽略盘柔性会过高估计转子的非线性振动幅值，因而使得轴-盘转子的设计偏于保守。

    Shaft-disk rotorDisk flexibilityGeometrical nonlinearityVibration responsePseudo-arclength continuation method

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    含多齿不同间隙的人字星型齿轮系统的齿距误差相位匹配研究

    陈家俊朱如鹏陈蔚芳李苗苗...
    242-260页
    查看更多>>摘要：在加工过程中，齿轮不可避免地会产生齿距误差，这会加剧人字星型齿轮系统(HSGT)的振动和噪声。尽管加工精度是有限的，但通过适当的组合误差相位可以进一步提高系统的动态性能。本工作中，根据齿距误差的周期性及其对间隙的影响，推导了传动过程中啮合齿对形成的不同齿隙，然后分别考虑各齿对的啮合状态和误差激振力。建立了在齿距误差影响下含有多齿不同间隙的HSGT动力学模型，并通过齿轮箱振动实验验证了该模型的可靠性。基于该模型分析了人字中心齿轮两侧误差相位的调整对均载性能的影响机理，探索了三个平行星型齿轮最优的误差相位组合。当齿距误差值一定时，本研究可以指导HSGT中各人字齿轮误差相位的组合，从而减少振动，提高系统的均载性能。

    Herringbone gearStar gear systemPitch errorTime-varying backlashLoad-sharing characteristics

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