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期刊信息/Journal information
力学学报
力学学报

郑泉水

双月刊

0459-1879

lxxb@cstam.org.cn

010-62536271

100190

北京市北四环西路15号2号楼 324 房间

力学学报/Journal Chinese Journal of Theoretical and Applied MechanicsCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>《力学学报》由首任主编钱学森等创刊1957年，由中国科学院主管、中国力学学会和中国科学院力学研究所主办。《力学学报》是力学学科的综合性学术刊物，报道在理论和应用力学所有领域里，在理论、方法和实验方面的研究进展。期刊鼓励发表与力学相关的交叉学科的研究成果，力求成为力学与其他工程和科学分支的桥梁，成为有助于中国力学年青学子成长和推动与中国重大工程建设合作的平台。从2012 年开始，学报将提供四个栏目： 1 、特邀论文，2 、全文，3 、快报，4 、对近期在本刊发表论文的讨论。对栏目 1和2的论文从收稿到发表的平均周期，将力争控制在6个月以内；对栏目3和4，则为3个月以内。尽管期刊是逢单月正式发表，论文稿一旦接受发表，将在24小时内网上登出。本刊论文对中国力学学会的所有会员（超过2万人）开放下载
正式出版
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    双层多孔板结构相变发汗冷却的数值模拟研究

    刘韬略吕玉妹栾芸贺菲...
    121-129页
    查看更多>>摘要：为了提高相变发汗冷却的冷却性能,提出不同孔隙率组合的双层多孔板结构设计代替传统的单层多孔板结构.以液态水作为冷却剂,使用修正后的局部热非平衡两相混合流模型,数值研究了不同孔隙率组合的多孔板内流-固耦合传热和冷却剂流动输运特性.数值模拟结果表明存在可以降低结构表面温度的双层多孔板设计,并且在冷却剂流量较大、液体水相变发生在上层多孔板内时,该新型结构相较于传统结构的表面温度降低更为明显.与此同时,冷却剂的注射压力被重点关注.由于水蒸气的运动黏度远高于液体水,研究中发现当冷却剂相变发生在多孔板内时,冷却剂的注射压力主要取决于水蒸气所集中的上层多孔板孔隙率.因此基于多孔介质内的渗流特性,采用孔隙率较大的上层多孔板有助于降低结构内的水蒸气压力,从而实现多孔板板底冷却剂注射压力的降低,在某一孔隙率组合中冷却剂注射压力的最大降幅可以达到 65%.如果采用相反的孔隙率设计,即下层多孔板的孔隙率较大,虽然也可以在一定程度上降低表面温度,但是注射压力将会数倍增加,不利于相变发汗冷却的实际应用.

    发汗冷却水相变多孔介质热防护

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    压电智能功能梯度夹芯结构高精度理论模型与主动控制

    张欣宇肖玉善吴振任晓辉...
    130-140页
    查看更多>>摘要：本文发展了一种能精确预测含压电层的层合结构和含压电层的功能梯度夹芯结构力电行为的精化高阶理论.此模型位移场使用Reddy型整体-局部高阶理论,满足层间位移和应力连续条件以及自由表面边界条件;电势使用Layerwise分层理论,即对于压电层较薄的结构,电势在厚度方向可假设为线性分布.运用Hamilton原理和主动控制原理,推导了含阻尼压电功能梯度板系统的控制方程.基于精化高阶理论,构建了等几何分析方法,对压电层合结构弯曲行为进行了分析,并验证了精化高阶理论的有效性.此外,探究了铺层角度和功能梯度系数对压电功能梯度层合结构弯曲行为的影响规律,即结构中心点挠度随铺层角度或功能梯度系数增大而减小;功能梯度系数在 0～5 之间时,功能梯度系数对弯曲行为的影响比铺层角度对弯曲行为的影响更加显著.最后分析了无阻尼压电功能梯度板的动力学响应.当系统的速度反馈增益系数为零时,结构做无衰减震荡;当速度反馈增益系数增大时,结构震荡幅度衰减加快,衰减所需时间减少,从而实现了无阻尼结构受迫振动的振动主动控制.

    精化高阶理论功能梯度板等几何分析主动控制

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    湿热环境下多孔功能梯度圆管的非线性弯曲行为

    陈央刘晓军彭旭龙陈得良...
    141-148页
    查看更多>>摘要：圆管作为重要的工程结构,广泛应用于各个领域,其几何特征特殊,传统的梁理论不能满足其内外表面切应力为 0 的边界条件,采用合适的梁理论对其进行研究至关重要.文章采用一种修正的高阶剪切变形梁理论,研究了湿热环境下多孔功能梯度圆管的非线性弯曲行为.考虑材料物性与温度相关,基于修正的高阶剪切变形梁理论和von Kármán非线性理论,利用最小势能原理,建立了多孔功能梯度圆管的非线性弯曲控制方程,采用二次摄动法对控制方程进行求解,通过数值算例讨论了孔隙分布模型、孔隙率、梯度指数、内半径、湿度和温度对多孔功能梯度圆管非线性弯曲行为的影响.提出了针对湿热环境下多孔功能梯度圆管的非线性弯曲行为分析方法,得到了该问题的半解析解,将为优化多孔功能梯度圆管的结构和材料参数提供理论依据.结果表明:当孔隙率较大时,非均匀孔隙分布模型比均匀孔隙分布模型的多孔功能梯度圆管具有更好的抗弯曲变形能力,因此在实际轻量化设计过程中,孔隙分布应优先采用非均匀分布模型.

    多孔功能梯度材料湿热环境修正高阶梁理论非线性弯曲几何非线性

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    两级变幅应变疲劳本征损伤耗散寿命预测模型研究

    李文奇向忠李浩然任忠凯...
    149-156页
    查看更多>>摘要：在变幅低周疲劳载荷条件下,材料的疲劳损伤累积过程中呈现出了显著的载荷顺序效应.这种现象复杂化了变幅疲劳寿命的预测,因此,如何更精确地预测变幅低周载荷下的疲劳寿命,已经成为了一个亟待解决的问题.针对变幅低周疲劳载荷下损伤累积表现的载荷顺序效应,考虑到本征损伤耗散与疲劳损伤构成一一映射,且刻画低周疲劳破坏的热力学本质,基于连续介质损伤力学及其不可逆热力学框架,推导本征损伤耗散功演化模型D型描述并以等同本征损伤耗散功作为损伤转换条件,建立了一种考虑载荷顺序效应的变幅低周疲劳寿命预测模型.为了验证新模型的有效性和先进性,进行了P355NL1 结构钢和Ti-6Al-4V钛合金在两级变幅载荷下的单轴低周疲劳实验验证,并与Manson模型、Kwofie模型和Peng模型进行了比较分析.研究结果表明,新建模型的预测效果都在 1.5 倍的误差范围内,与实验结果相当吻合,且优于现有的预测模型.运用本征损伤耗散理论开展变幅疲劳寿命预测,为金属材料变幅疲劳寿命预测提供了新思路.

    低周疲劳载荷顺序效应损伤力学本征损伤耗散寿命预测

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    考虑局部损伤区变化的能量平衡尺寸效应模型

    刘小宇张慧梅杨政
    157-172页
    查看更多>>摘要：尽管研究者已经提出各种各样的尺寸效应模型,但是建立能描述不同类型尺寸效应规律的模型依旧是力学和材料学中最具挑战性的问题之一.首先通过系统深入分析局部损伤区(localized damage zone,LDZ)随试件尺寸的变化规律,提出能够准确地描述LDZ非线性尺寸效应的理论模型并验证.在此基础上,建立考虑LDZ随尺寸变化的能量平衡尺寸效应模型.考虑LDZ变化的能量平衡尺寸效应模型能体现 5 种不同类型的尺寸效应规律.随着尺寸增大,类型 1:名义抗压强度逐渐减小,最终趋于单轴压缩弹性极限;类型 2:名义抗压强度先在一定尺寸范围内为真实抗压强度,然后逐渐减小,最终趋于单轴压缩弹性极限;类型 3:名义抗压强度先增加,然后逐渐减小,最终趋于单轴压缩弹性极限;类型 4:名义抗压强度先逐渐增加到真实抗压强度,然后在一定尺寸范围恒为真实抗压强度,再逐渐减小,最终趋于单轴压缩弹性极限;类型 5:名义抗压强度不随尺寸变化.文章模型首次理论预测类型 4 尺寸效应存在,并证实微纳尺度钛合金尺寸效应试验中存在这一规律.对考虑LDZ变化的能量平衡尺寸效应模型分析表明:LDZ尺寸与试件尺寸相对变化率之间的竞争是本文尺寸效应模型能体现 5 种类型的尺寸效应的原因.由于笔者先前已经证明能量平衡尺寸效应模型能很好预测类型 1,2 和5 尺寸效应,但其不能体现类型 3 和 4 尺寸效应.因此,文章应用考虑LDZ变化的能量平衡尺寸效应模型和IUSEL(improved unified size-effect law)预测类型 3 和 4 尺寸效应试验数据,结果表明:考虑LDZ变化的能量平衡尺寸效应模型能很好预测各种材料类型 3 和 4 尺寸效应试验数据变化规律,而IUSEL不能描述类型 4 尺寸效应数据变化规律.考虑LDZ变化的能量平衡尺寸效应模型和IUSEL预测所有尺寸效应数据的总平均确定系数接近.

    局部损伤区抗压强度能量平衡不同类型尺寸效应

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    退火处理对Pt基块体金属玻璃塑性动力学行为的影响

    易梦丽王驰赖建平李定骏...
    173-182页
    查看更多>>摘要：采用退火的热诱导方法向Pt基块体金属玻璃(Pt-BMG)基体内原位引入纳米晶,通过纳米压痕实验,考察了Pt-BMG在铸态和在玻璃转变温度Tg之上(250℃)退火 15 min,2 h和 6h的力学性能和塑性动力学行为.研究结果表明,退火时间从15 min增加到6h时,Pt-BMG的结晶度从34%增加到57%,平均晶粒尺寸从25.6 nm增加到 38.3 nm,硬度和折合模量分别从 5.66 GPa和 133.83 GPa增加到 8.65 GPa和 182.89 GPa,同时载荷-位移曲线上的锯齿流变行为呈现从可明显观察到不连续的位移突变到比较平滑的变化规律.通过分子动力学模拟进一步证明,随着纳米晶尺寸的增加,剪切转变区的激活与剪切带的成核呈现先促进后抑制、先增加后减小的趋势.这是由于金属玻璃在塑性变形过程中,小尺寸纳米晶会被剪切带所包裹或溶解,促进了金属玻璃塑性变形的形成;而大尺寸纳米晶在承受载荷时,在晶体内部产生了位错和滑移,进一步抑制了剪切带的成核与传播.本文结合纳米压痕实验和分子动力学模拟,从原子尺度上揭示了纳米晶的尺寸影响非晶合金塑性变形的内在机理,为设计理想性能的金属玻璃提供了有效的实验基础与理论支撑.

    退火Pt基块体金属玻璃塑性动力学分子动力学模拟纳米晶剪切带

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    应力波作用下隧洞顶板围岩块体失稳滑动解析理论研究

    王晓
    183-197页
    查看更多>>摘要：由于地质结构和开挖面的影响,隧洞围岩通常被切割成不同形状和尺寸的块体.其中,一些关键块体在开挖卸载后仍然保持稳定,但当受到应力波(如爆破振动和地震等)的干扰时可能会失去稳定性并滑动.基于应力波传播理论推导了隧洞围岩顶板矩形关键块体动力失稳滑动解析模型,在计算块体滑动位移过程中,考虑了块体间节理的不同闭合-张开模式,并采用线弹性模型和库仑滑移模型来描述节理的法向和切向行为.通过UDEC数值模型验证了解析模型的有效性和可靠性.随后,基于解析模型探讨了可能影响块体失稳滑动的参数.研究结果表明:在应力波作用下,隧洞围岩块体间节理面会闭合-张开,在张开过程中节理面的摩擦力会逐渐降低,甚至为零,块体间节理面的超低摩擦和无摩擦阶段对块体滑动位移的影响最大;当应力波垂直作用于围岩块体结构面且强度足以诱使节理面张开时,影响块体滑动位移较大的参数是节理面初始法向应力、应力波振幅、频率和块体岩性,单周期正弦应力波下块体滑动位移的变化在 0.659～1.502 mm之间;其次为节理初始法向刚度、块体尺寸,块体滑动位移的变化在0.15～0.168 mm之间.

    应力波围岩块体失稳滑动节理解析模型

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    裂隙封护土遗址压力型锚固系统界面应力传递与承载性能解析方法

    芦苇孙浩朗李东波闫笑琦...
    198-211页
    查看更多>>摘要：土遗址锚固工程中,压力型锚杆相比于全长黏结拉力型锚杆而言具有高承载力和耐易溶盐侵蚀的优势,但由于此类锚固系统传力机理尚不明确,导致其在实际工程中的应用受到严重制约.本文将遗址稳定体内锚固段分为弹性压缩段和黏结-滑移段两部分,分别基于线性弹簧和浆体/土体界面黏结-滑移强化型本构建立简化力学模型,对界面黏结-滑移全过程,即弹性阶段、弹性-强化阶段和强化阶段进行理论解析,推导了各阶段对应的位移、应变以及剪应力分布等计算公式,给出了压力型锚杆极限抗拔承载力解析解.结果表明,峰值载荷前载荷-位移曲线理论值与试验值吻合较好;弹性压缩段占比与锚固长度对载荷-位移关系的影响主要体现在弹性-强化阶段.参数敏感度分析表明,忽略弹性压缩段影响时,锚固长度与极限承载力线性相关;浆体弹性模量主要影响界面应力随载荷增加时的传递进程,对承载力影响有限;黏结-滑移模型的剪应力峰值对承载力有显著影响.该解析方法对土遗址压力型锚杆锚固系统传力过程分析具有良好适用性.

    压力型锚杆浆体/土体界面黏结-滑移模型承载力土遗址锚固

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    重构谐波平衡法及其求解复杂非线性问题应用

    代洪华王其偲严子朴岳晓奎...
    212-224页
    查看更多>>摘要：谐波平衡法是求解非线性动力学系统周期解的最常用方法,但对非线性项进行高阶近似需要庞杂的公式推导,限制了该方法的超高精度解算.通过对频域非线性量的时域等价重构,提出了重构谐波平衡法(RHB法),解决了经典谐波平衡法超高阶次计算难题.然而,上述两种方法均要求动力学系统为多项式型非线性,且无法直接用来求解非线性系统的拟周期解.针对上述问题,文章提出一种将RHB法和复杂非线性系统等价重铸法相结合的计算方法,首先将一般非线性问题无损重铸为多项式型非线性系统,然后用RHB法进行高精度求解;针对拟周期响应求解问题,提出基于"补频"思想的RHB方法,通过基频的优化筛选,实现拟周期响应的快速精准捕捉.选取非线性单摆、相对论谐振子和非线性耦合非对称摆等典型系统进行仿真计算,仿真结果表明,所提出的RHB-重铸法在解非多项式型非线性系统的稳态响应时精度保持为10-12量级,达计算机精度,远超现有方法水平.补频RHB法则实现了对拟周期问题的高效解算,拓宽了方法对真实物理响应的求解范围.

    非多项式型非线性系统重构谐波平衡法微分方程重铸非线性单摆拟周期响应

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    分段线性系统经典数学模型的修正与动力学分析

    张瑞良申永军韩东
    225-235页
    查看更多>>摘要：由于间隙的存在,很多机械系统可以简化为分段线性模型,而简化后的模型中副簧系统通常包含阻尼.在大多数文献建立的数学模型中,主、副系统的接触点与分离点固定在间隙处.文章研究发现,由于副簧系统中弹簧与阻尼的力学特性不同,主、副系统的接触点与分离点位置实际上是随着系统参数和运动状态而变化的.若忽视这一点,后续的包括分岔和混沌在内的动力学分析就会出现误差甚至错误.首先基于经典的数学模型,用数值方法揭示了在简谐激励下主系统未返回到间隙处就与副簧系统提前分离,证明了经典数学模型的不当之处.进一步研究发现主系统不仅会出现提前分离,还会出现接触滞后的现象.因此对系统的接触与分离条件提出了修正,得到了更合理的数学模型.研究发现修正后的接触点、分离点位置与修正前相差较大,修正后的幅频响应曲线与修正前存在一定差别;在复杂运动中,修正前后的运动性质也可能发生改变,证明了修正后的模型更加合理,更能反映工程实际.然后,采用平均法并对平均法的积分区间进行推广,求得了修正模型的幅频响应的解析解,并通过龙格库塔法验证了解析解的正确性.对解析解进行稳定性分析,得到了解析解的稳定性判别式.最后,探究了修正模型的副簧系统参数对主系统幅频响应的影响.

    非线性振动分段线性系统平均法动力学行为接触

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