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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
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    基于动态人工波速的透射边界

    李小军张恂邢浩洁
    2924-2935页
    查看更多>>摘要：人工边界处理是近场地震波动数值模拟的关键问题,其中透射边界(multi-transmitting formula,MTF)是一种应用较为广泛的人工边界方法,但它也存在计算精度与稳定性相互冲突的问题.为提高稳定性较好的低阶边界的模拟精度,发展出一种动态人工波速透射边界,能够适应复杂波动中外行波透射角随时间大幅度变化的情形,并探讨了动态人工波速识别这一关键问题.通过在当前时刻波场中沿人工边界附近划定观察窗口,并在一段时间之前某时刻波场中构建出一组与边界法线夹角在-90°～90°范围变化的筛选窗口,设计出一种对这两个时刻局部窗口中的波场进行比对的图像处理方法来识别外行波的透射角度.将识别得到的透射角度用于动态更新透射边界的人工波速,实现基于动态人工波速透射边界的波动模拟.在SH波动数值模拟中分别以单一脉冲波的简单波动和多个平面波叠加的复杂波动为例,证明所发展的动态人工波速透射边界对于不同透射角的波动成分均具有较好的适应性,模拟精度显著优于采用经验固定人工波速的传统透射边界.该方法为发展和完善高精度且计算稳定的人工边界提供了一个全新的研究思路.

    地震波动人工边界条件透射边界人工波速图像处理

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    考虑剪胀效应的各向异性本构模型及其在圆柱扩孔中的应用

    万征刘媛媛
    2936-2954页
    查看更多>>摘要：自然沉积场地中的超固结黏土兼具各向异性与剪胀性质,但能同时准确描述上述特性的本构模型较少,而能将模型应用于土体的柱孔扩张分析就更为少见.为此,做了三点工作:(1)在超固结黏土UH模型基础上,引入随超固结度变化的变相应力比,并利用非相关联流动法则反映受超固结度影响的剪胀特性;(2)采用修正的旋转硬化规则,利用塑性应变增量来驱动屈服面及塑性势面的转轴,使之反映初始各向异性以及循环加载下应力诱导各向异性特性.并采用基于SMP准则的变换应力方法来得到三维修正UH模型;(3)提出了一种自相似性模拟土体柱孔扩张方法.实测数据表明,在剪切加载下正常固结或者轻微超固结黏土处于体积收缩变形模式,而中度超固结则处于先剪缩后剪胀的变形模式,重度超固结黏土则是完全剪胀变形模式.K0 固结黏土则表现为更高的剪切刚度以及稍高的残余强度,所提模型能够描述上述的剪胀规律以及各向异性特性.采用所提修正UH模型的三维本构方程及自相似性方法,分析了考虑超固结度以及K0 固结条件下柱孔扩张过程中的土体应力场分布状态,并通过一系列各类型黏土的室内试验以及现场原位测试试验与所提模型及解析解方法的预测进行对比,验证了所提模型及解析方法的合理性及适用性.

    柱孔扩张各向异性剪胀K0固结本构方程

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    热效应下P波入射基岩-饱和土-非饱和土场地地震地面运动研究

    马永沁马强
    2955-2973页
    查看更多>>摘要：基于热效应下弹性波的传播理论,通过建立P波入射基岩-饱和土-非饱和土场地模型,研究了该场地下地震地面运动的问题.采用Helmholtz分解原理,结合边界条件,对热效应作用下场地中的波场进行分析,得到平面P波入射基岩-饱和土-非饱和土场地地震地面运动的解析解答.通过数值模拟,分析了热传导系数、饱和度、地下水水位等物理力学参数对场地地震地面运动的影响规律.研究结果表明:在考虑热效应和等温条件两种模型时,场地位移放大系数表现出显著的差异.特别地,在等温条件下位移放大系数普遍大于考虑热效应时的值;水平位移放大系数的变化趋势与热膨胀系数及热通量相位延迟时间的增长呈正相关性.与此同时,当介质温度和饱和度增加时,水平位移放大系数则表现出下降的趋势;对于竖向位移放大系数,其变化模式与热通量相位延迟时间、介质温度和饱和度的增长呈正相关.然而,当热膨胀系数增加时,竖向位移放大系数呈现出减小的趋势;此外,热传导系数的增加对自由场地位移放大系数的影响不明显,表明热传导系数对场地位移放大系数的变化作用较小;在考虑地下水水位的影响时,热效应下随着地下水水位的升高,水平和竖向位移放大系数逐渐增大.相反,在等温条件下的位移放大系数均随之减小.

    热效应地下水水位基岩-饱和土-非饱和土场地地震地面运动平面P波

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    基于遗传算法的身管-弹丸接触碰撞网络模型优化研究

    彭静罗灿马佳黎科先...
    2974-2986页
    查看更多>>摘要：火炮作为一种复杂多体系统,是陆军核心火力支援装备.弹炮间隙引起的身管-弹丸接触碰撞现象,直接影响火炮系统射击精度.针对身管-弹丸复杂表面接触碰撞问题,传统的知识驱动建模策略难以较好地兼顾建模精度与预测效率.文章结合有限元数值模拟与人工神经网络方法,建立身管-弹丸接触碰撞神经网络模型,并开展模型综合性能评估:(1)建立身管内膛与弹丸前定心部接触碰撞有限元弹塑性动力学模型,分析不同初始碰撞速度下各物理量变化规律,构建网络模型训练所需多工况样本集;(2)引入多样性评价指标,为全面综合的接触碰撞模型性能评估奠定基础;(3)考虑神经网络超参数设置对所建模型预测精度及稳定性的重要影响,采用遗传算法开展合理超参数设置研究,重点关注遗传算法相关参数设置对所建模型预测性能的影响.仿真结果表明:随着超参数优化方案的改进,所建身管-弹丸复杂表面接触碰撞神经网络模型的预测精度和稳定性显著提升,进一步验证了研究策略的有效性.

    接触碰撞数据驱动超参数遗传算法

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    航天器v∞转移轨道的模型和解析法

    何胜茂高扬张皓王扬鑫...
    2987-3001页
    查看更多>>摘要：假定A和B是围绕一个引力中心按照开普勒轨道运行的卫星,针对航天器从A出发转移至B的轨道确定问题,文章提出了一个新的模型,称为v∞转移轨道(v∞-transfer-orbit,VTO).VTO选取航天器飞离A的时刻t0 和逃逸速度大小v∞作为设计参数,求解抵达B的开普勒轨道.根据A和B运行轨道的空间位置关系,VTO分为A/B异面、A/B共面和A/B重合3种情况,同时存在3类解:General-VTO、Backflip-VTO和Resonant-VTO.文章建立了统一的VTO解析方法,即将航天器抵达B的位置约束分解为轨道约束和时间约束,根据轨道约束推导航天器轨道关于单个变量的解析式,根据时间约束建立该变量的一元方程,从而将原问题转化为一元方程寻根问题.首先,依次针对A/B异面、A/B共面和A/B重合情况构建了General-VTO的一元寻根方程,详细介绍了一元方程的寻根区间,并给出了一种基于三次样条插值的快速寻根算法;然后,构建了Backflip-VTO的一元寻根方程,在分析一元方程函数单调性、极值点和拐点的基础上给出了一元方程寻根区间和寻根方法;之后,构建了Resonant-VTO的直接解析式.最后,给出算例并重点说明VTO多解性.

    v∞转移轨道General-VTOBackflip-VTOResonant-VTO轨道确定

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    脑复杂网络的刚度与阻尼特性分析

    王荣刘浩俊刘珈宁吴莹...
    3002-3011页
    查看更多>>摘要：脑神经系统与机械振动系统表现出相似的振荡行为.机械系统的振荡与刚度和阻尼密切相关,但脑神经系统是否具有刚度和阻尼特性尚不清楚.基于经典的FitzHugh-Nagumo(FHN)神经元模型,建立了以通道打开概率为状态变量,并具有非线性变刚度和变阻尼的神经元振动力学模型.首先,通过分析单FHN神经元的动力学行为,给出了负阻尼和弱刚度支持FHN神经元动作电位产生,以及强阻尼诱发神经元不应期的动力学机制.其次,建立了大尺度脑复杂网络振动力学模型,分析了系统相对应的主刚度和主阻尼,发现了静息态大脑左半球的刚度和阻尼低于右半球,高级功能系统的刚度和阻尼低于低级功能系统.再次,通过变化全局耦合强度参数,给出了中等程度的刚度和阻尼支持静息态大脑功能性平衡的证据.最后,基于 3 种认知任务和统计学因子分析,发现了执行控制功能与静息态大脑较低的刚度和较高的阻尼有关.文章通过单个FHN神经元和脑复杂网络分析,揭示了脑神经系统的刚度和阻尼特性.

    神经动力学非线性动力学刚度阻尼脑复杂网络

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    拟周期激励下分段不对称振子的全局动力学

    杨兆虎李险峰李登辉周碧柳...
    3012-3022页
    查看更多>>摘要：分段线性振子是一类强非线性系统,广泛存在于工程和数学领域.例如用永磁铁和悬臂梁构造分段线性能量阱,用分段线性模型逼近非线性振子,这类系统具有复杂的动力学行为.目前关于分段线性振子的研究主要考虑单频激励情形,对于拟周期激励系统研究较少.然而在实际工程中,外部激励通常为多频激励.文章通过广义的Melnikov方法,研究了拟周期激励下一类分段不对称振子的全局动力学,得到了同宿轨道横截相交的条件,由此给出了系统发生Smale马蹄型混沌的阈值.通过时间历程图、相图、Poincaré截面图和最大Lyapunov指数图验证了理论结果,并分析了阻尼、弹簧刚度及外激励幅值对系统混沌运动的影响.此外,发现了系统的拟周期吸引子经环面倍化路径和分形路径演化为奇异非混沌吸引子的特殊现象.奇异非混沌吸引子是一类具有分形几何结构,但最大Lyapunov指数非正的吸引子,这类吸引子可看作一种介于拟周期吸引子和混沌吸引子之间的特殊吸引子.对奇异非混沌吸引子的产生机理和拓扑结构的研究有助于更好地理解多频激励系统中的分岔和混沌现象.

    分段不对称振子拟周期激励混沌Melnikov方法奇异非混沌吸引子

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    端部非线性单元耦合弹性梁系统动力学行为研究

    李政赵雨皓崔海健陈明飞...
    3023-3038页
    查看更多>>摘要：建立了端部非线性单元耦合弹性梁系统物理模型,从能量角度,根据广义哈密顿原理和变分法建立弹性梁系统的振动控制方程.首先,运用伽辽金法展开弹性梁系统的横向振动位移并建立其残差方程,运用龙格库塔算法求解数值结果.然后,在保证计算数值结果正确性的基础上,深入研究端部耦合非线性单元对弹性梁系统频率响应的影响规律,探索端部耦合非线性单元在单频激励下对弹性梁系统振动响应的影响规律并掲示弹性梁系统非线性动力学行为的生成机理.最后,研究了弹性梁系统在复杂非线性振动响应下的振动能量传递特性.研究结果表明,合理利用端部非线性单元,能够表现出主动梁振动能量传递给从动梁的现象,降低主动梁振动,从动梁类似于吸振器.在复杂非线性振动状态下,弹性梁系统出现靶向能量传递现象,准周期振动状态是出现该现象的标志.靶向振动能量传递现象的出现为从时域角度单向控制弹性梁系统的振动水平提供可能.

    双梁系统端部耦合非线性伽辽金法非线性响应

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    移动车辆激励的内埋膜复合材料桥梁结构动力学计算

    白建涛王东禹孙鹏飞左文杰...
    3039-3050页
    查看更多>>摘要：桥梁通常由钢筋混凝土复合材料构成,钢筋数量众多且以铺层方式埋于混凝土内部.传统方法通常采用二维梁单元建模,进行桥梁动力学计算,虽然具有很高的求解效率,但计算精度较低.文章提出了内埋膜复合材料模型,对钢筋混凝土桥梁结构进行均匀化建模,建立了移动车辆激励的桥梁结构有限元求解模型,实现了车桥耦合动力学问题计算.将钢筋铺层结构等体积等效为膜结构,分别对混凝土实体结构和膜结构进行有限元离散,建立了实体单元和膜单元的内埋约束方程,描述了钢筋和混凝土之间的相互作用关系.给出了移动载荷的计算方法,采用射线法识别移动载荷加载单元位置,推导了实体桥梁与车辆模型的车桥耦合系统动力学方程,采用HHT-α方法构造了动力学方程求解格式,通过数值算例验证了方法的有效性.采用内埋膜方法对桥梁复合材料结构进行精细建模,可以获得移动车辆激励工况下精确的车辆与桥梁动力学响应,将在桥梁动力冲击分析、桥梁损伤识别和健康监测等方面有重要应用.

    桥梁结构移动车辆内埋膜模型动力学计算

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    基于聚类分区混合代理模型的多目标序列优化

    丁家斌尹汉锋文桂林刘杰...
    3051-3068页
    查看更多>>摘要：针对具有显式约束的昂贵多目标优化问题,提出了一种基于聚类分区混合代理模型(CPEM)的多目标序列优化方法(MOSOM-CPEM).在MOSOM-CPEM中引入了约束域最优拉丁超立方设计(CDOLHD),使其能够在边界形状复杂的可行域内构造样本点.多区域混合代理模型(EM-MROWF)中的可行域划分方法在分割非矩形域时将导致部分区域样本点数量较少从而影响该区域混合代理模型的预测精度.为了解决这一缺陷,在CPEM中提出了一种基于K-means聚类的可行域分区方法和相应的边界光滑方法.CPEM与多项式响应面(PRS)、径向基函数(RBF)、克里金(KRG)模型和两种混合代理模型(GOEL和ACAR)在 10 个测试函数上进行了拟合精度比较.结果表明,CPEM的整体拟合精度优于对比的代理模型,证实了所提出的可行域分区方法的有效性.MOSOM-CPEM在CEC2021 中的 6 个工程约束多目标优化问题上与其他基于代理模型的优化方法进行了比较.结果表明,在使用相同的样本点数量的前提下,MOSOM-CPEM获得的Pareto前沿收敛性和分布性更好.MOSOM-CPEM应用于履带式起重机超长桁架臂的腰绳结构优化问题,结果证实了其优势,表明MOSOM-CPEM具有较高的工程应用价值.

    K-means聚类混合代理模型边界光滑方法序列优化多目标优化

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