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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

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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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    基于相场模拟的应力辅助时效的NiTi形状记忆合金功能性能研究

    徐波于超王宠阚前华...
    3507-3520页
    查看更多>>摘要：通过改进的耦合沉淀相析出和马氏体相变的相场模型模拟了应力辅助时效的NiTi单晶的超弹性、弹卡效应、单程形状记忆效应和应力辅助双程形状记忆效应,讨论了单一取向Ni4Ti3 沉淀相对功能性能的影响以及背后的微观机理.模拟结果显示,由于单一取向Ni4Ti3 沉淀相的强几何约束,超弹性过程和应力辅助双程形状记忆过程中的马氏体相变并不以马氏体条带快速扩宽的方式进行,而是以大量针状马氏体的形核与生长来实现,马氏体逆相变则以大量针状马氏体的缩减和消失来实现.含单一取向Ni4Ti3 沉淀相的单晶系统具有优良的弹卡效应.对于单程形状记忆效应,含单一取向Ni4Ti3 沉淀相的单晶系统在温度诱发马氏体相变过程中形成的孪晶面均与沉淀相惯习面平行,单一取向和两种取向的Ni4Ti3 沉淀相对马氏体重取向的约束不同,对温度诱发马氏体逆相变的约束也不同,导致二者对应的应力-应变-温度曲线的差异.文章将为理解Ni4Ti3 沉淀相对NiTi合金功能性能的影响提供见解,并为调控合金的马氏体相变、功能和力学性能提供参考.

    NiTi形状记忆合金Ni4Ti3沉淀相相场模拟功能性能

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    基于统一相场理论的早龄期混凝土损伤与破坏分析:化-热-湿-力多场耦合与多重变形竞争

    吴建营莫盛特周浩
    3521-3536页
    查看更多>>摘要：受水泥水化、温度传输、水分传输和力学作用等多场耦合影响,早龄期混凝土会产生自收缩、热胀冷缩、干燥收缩和载荷变形等多重变形机制,由此导致核安全壳、隧道桥梁及水工大坝等大体积混凝土结构往往在建造期即出现裂缝,严重削弱结构的完整性、耐久性和安全性.探究早龄期混凝土裂缝产生的物理机理,对其萌生和发展进行精准分析预测并进行调控,是确保混凝土结构全生命周期安全服役的重要手段.在固体结构损伤破坏统一相场理论的基础上,合理反映上述化-热-湿-力多场耦合以及由此导致的多重变形相互竞争机制,建立了早龄期混凝土化-热-湿-力多场耦合相场内聚裂缝模型,并将其应用于若干早龄期混凝土损伤破坏验证性实验的数值模拟,重点探究了干燥收缩变形对结构裂缝演化和破坏模式的影响规律.分析结果表明:该模型合理地反映了多场耦合和多重变形竞争机制,因此能够更加准确地预测早龄期混凝土结构的裂缝演化过程和最终破坏模式,对实际混凝土结构建造期的裂缝模拟、损伤破坏分析以及全生命周期服役安全评估具有指导意义.

    混凝土早龄期裂缝多场统一相场理论干燥收缩

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    材料微区动态力学性能检测技术研究进展——从压痕硬度测量到仪器化压入测试

    赵守明朱远泉彭光健张泰华...
    3537-3552页
    查看更多>>摘要：针对材料微区动态力学性能检测技术,阐述压痕硬度测量和仪器化压入测试的原理和机制,分析动态压入测试的潜在问题,介绍静态和动态压入载荷测量原理、压入应变率含义、撞击压入的动态特征和沉积热量影响.梳理动态压入技术的两条发展路径:基于击杆和落/摆锤等低速撞击、分离式霍普金森压杆撞击及微粒高速撞击等传统动态加载技术,发展宏观压痕硬度测量技术;基于纳米压入仪测量的动态校正、载荷直接测量和载荷间接测量等,发展动态纳米压入测试技术.仪器化压入测试分析方法对压入载荷-深度测量信噪比要求高,传统动态加载的测量技术不能满足要求,目前需要基于测量系统动力学模型,提高纳米压入技术的仪器动态特性和测量信噪比.未来发展动态仪器化压入测试技术,需关注仪器动力学相应设计理论、动态微力和位移测量原理技术和测量影响因素校准检验方法,重点在于提高压入仪器的动态测量信噪比、发展鲁棒的参数识别分析方法,并加强动态仪器压入基础问题研究.

    仪器化压入动态压入硬度材料参数力学性能测试

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    显式方法模拟类橡胶材料率相关Mullins效应

    王晓明田兴兴张振肖衡...
    3553-3563页
    查看更多>>摘要：有了加载历史后的类橡胶材料再次加载,会发生应力软化效应,也称为Mullins效应.Mullins效应引起的应力-应变滞回圈会随着应变率的变化而发生改变.首先,经典的类橡胶材料弹性势通常不考虑耗散,无法从理论上解释为什么材料有了加载历史以后会产生应力软化现象;其次,传统方法通常把应变率作为固定的参数引入到方程,这样就增加了模型的使用局限性;最后,大部分模型仅仅考虑单一的变形模式(比如单轴拉伸),而真实的材料还可能受到等双轴拉伸、平面应变拉伸等更加复杂的变形模式.文章基于显式方法构造类橡胶材料弹性势,用来模拟不同应变率下考虑Mullins效应的应力-应变关系.首先,通过研究类橡胶材料在加载-卸载下的应力-应变关系,构造耗散随着加载历史变化的规律;其次,将耗散和应变率作为变量引入到形状特征参数中,构造 3 个基准实验新的形函数表达;最后,利用对数应变构造 3 个不变量,结合前面得到的形函数,基于Hermite 插值方法得到统一弹性势.结果表明,通过统一弹性势可以分别推导得到 3 个基准实验下的应力-应变关系,对于率相关Mullins效应的实验数据可以进行精确的匹配与合理的预测.本研究工作所有的参数通过显式方法给出,大大减少了计算代价,为类橡胶材料的工程设计和实际应用提供了重要数据和设计指导.

    弹性势Mullins效应应变率耗散形函数

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    基于CatBoost算法的渗碳齿轮接触疲劳极限预测方法研究

    王庆志张秀华吴吉展李扬...
    3564-3576页
    查看更多>>摘要：表面完整性是影响齿轮接触疲劳性能的关键因素,探明表面完整性参数与齿轮接触疲劳极限的定量关联规律,对实现表面完整性参数主动设计和提升齿轮疲劳性能具有重要意义.为探究表面完整性参数与接触疲劳极限的定量关联规律,进行磨削、喷丸强化、二次喷丸和喷丸光整等不同工艺状态的 18CrNiMo7-6、16Cr3NiWMoVNbE材料牌号的渗碳齿轮表面完整性表征和接触疲劳极限测试;通过皮尔逊相关系数法分析了影响齿轮接触疲劳极限的关键表面完整性参数,基于CatBoost算法探究了特征参数对齿轮接触疲劳极限的影响权重,采用多元线性回归推导了考虑表面完整性参数的齿轮接触疲劳极限预测公式.结果表明,二次喷丸工艺状态的齿轮次表面最大残余压应力幅值可达 1250 MPa以上,表面硬度达到 685 HV,接触疲劳极限相较于渗碳磨削态最高可提升 19.6%.基于本文齿轮材料和加工工艺所得到的与接触疲劳极限贡献度相关的表面完整性特征参数分别为表面硬度、最大残余压应力、表面残余压应力和表面粗糙度,贡献度分别为 39.5%,24.7%,23.5%和 12.3%.提出的基于表面完整性的齿轮接触疲劳极限预测公式,相比试验结果的平均预测误差仅为2.9%,满足工程应用需求.

    渗碳齿轮接触疲劳疲劳极限表面完整性表面强化工艺

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    基于频响特征图的稳健有限元模型修正

    王震宇何成陈卫婷张相南...
    3577-3590页
    查看更多>>摘要：航空航天工程领域对飞机的性能指标和技术要求越来越苛刻,传统方法在处理大规模及多工况的有限元模型修正问题时面临诸多挑战,当前深度学习技术的快速发展为有限元模型修正提供了新的思路.频响函数囊括了结构的所有动态特性信息,基于频响函数的方法是当前有限元模型修正研究的热点问题.传统的基于频响函数的模型修正方法存在频率点选择、灵敏度矩阵数值异常、抗噪性差和耦合模态难以处理等问题,为此提出一种基于频响特征图的稳健模型修正方法.该方法借助贝叶斯卷积神经网络(Bayesian concolational neural network,BCNN),将模型修正转化为正问题进行研究.BCNN的输入为若干条频响函数经处理和整合形成的频响特征图,其输出为需要修正的模型参数.贝叶斯框架能够减少神经网络在小数据集上的过拟合现象,使训练具有更强的鲁棒性,进而增强了频响特征图和模型参数之间复杂映射关系的拟合准确性.基于频响特征图的方法不仅具备传统基于频响函数的方法的优点,如无需模态识别和模态匹配,可同时修正结构参数和阻尼等,还显著地提升了修正效率和抗噪性.文章首先以数值仿真为例,证明了该方法相较于经典的基于频响的迭代方法具有更准确的修正精度和更强的抗噪性,且对于多钟不同工况的修正更具有效率.然后以包含 6 根加强肋的钛合金壁板为例对该方法进行实验验证,证明了该方法在工程复杂结构中的有效性.

    频响函数模型修正贝叶斯卷积神经网络频响特征图抗噪性

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    时间尺度上广义Birkhoff系统Lie对称性摄动

    侯爽宋传静
    3591-3600页
    查看更多>>摘要：近几年,在时间尺度框架下研究对称性与守恒量日益引发关注.然而,因该领域尚处于探索阶段,其研究成果的可靠性仍在进一步考察中,且对称性的摄动与绝热不变量的研究也正是基于此项工作之上,因此对于该领域的深入探讨具有重要意义.首先,在时间尺度框架下,给出了精确不变量与绝热不变量的定义,对于未受扰动力作用和受扰动力作用的广义Birkhoff系统,分别建立了Lie对称性及其摄动的确定方程和结构方程,并基于此得到了该系统Lie对称性导致的精确不变量及其摄动导致的绝热不变量,并给出相应证明.其次,考虑受约束Birkhoff系统,对于未受扰动和受扰动的时间尺度上约束Birkhoff系统及其相应自由Birkhoff系统,分别给出了Lie对称性导致精确不变量及其摄动导致绝热不变量的条件.相应小节末尾分别给出算例并对所得守恒量进行了数值模拟,直观地验证了结论的有效性.取时间尺度为实数集和整数集,所有结论可退化到经典连续型和离散型动力学系统.本论文的方法与成果对时间尺度动力学系统对称性及其摄动理论研究具有一定的指导意义,可应用和拓展到非迁移系统,对偶系统,分数阶时间尺度相结合系统,nabla导数情形等.

    时间尺度Lie对称性摄动与绝热不变量Birkhoff系统

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    基于离散单元法模拟颗粒流的图神经网络计算加速方法

    郅朋吴宇清
    3601-3611页
    查看更多>>摘要：本研究旨在探索一种基于图神经网络(GNN)加速离散元法(DEM)计算的新模型,以提高颗粒流模拟的计算效率和精度.传统DEM方法尽管精确,但计算耗时长.GNN具有模拟DEM的天然优势,在GNN中颗粒表示为节点,颗粒的相互作用表示为边.提出的加速模型包含了两个GNN,分别是颗粒-颗粒图神经网络(P-P GNN)和颗粒-边界图神经网络(P-W GNN),能够分别学习颗粒-颗粒和颗粒-边界接触信息.通过水平滚筒、倾斜滚筒和漏斗堆积 3 种颗粒流场景的模拟,验证了该模型的有效性和优越性.结果表明,利用GNN模型能够有效地捕捉颗粒流中的复杂接触关系,极大地提高了计算速度,相较于传统DEM实现了约 30 倍的加速.其次,模型在不同颗粒流场景下单步预测均表现出高精度,并且在宏观特征预测上表现优异,能够准确预测颗粒流的休止角、温度以及重心变化等.另外,文章还研究了超参数对预测结果的影响,如临界距离和GNN的层数,合适的临界距离可以限制颗粒穿过边界,GNN的层数在 3～10 层对预测结果没有显著影响,这为进一步优化GNN模型应用于颗粒流模拟提供了研究基础.

    离散元图神经网络颗粒流机器学习

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    基于卷积神经网络的超分辨率格子Boltzmann方法研究

    罗仁宇李奇志祖公博黄云进...
    3612-3624页
    查看更多>>摘要：对于隧道突涌水、飞行器和汽车外形设计等与流动相关的问题,通常使用计算流体力学(CFD)来预测流场特征和分析结构性能,为设计的快速迭代提供技术支撑.然而,高精度CFD仿真需要大量的计算资源.近年来,基于机器学习的超分辨率流场重构方法在流体力学领域取得了重大进展.本文首次基于格子Boltzmann方法(LBM),结合卷积神经网络,建立新的超分辨率流场重构模型(SRLBM),将介观分布函数从低分辨率重建至高分辨率,进而还原宏观速度场与涡量场.首先,使用LBM模拟了不同雷诺数下的二维圆柱绕流,从多方面与文献进行对比,验证了LBM的准确性.然后,将二维圆柱绕流数据作为SRLBM的训练集,并对比不同缩放系数下SRLBM的重建效果.结果表明,SRLBM在不同缩放系数下均能准确恢复高分辨率分布函数.在 8 倍缩放系数下,相比双三次插值重建方法,SRLBM重建的分布函数误差降低了近 60%,宏观场误差降低了近 70%.即使在 32 倍缩放系数下,SRLBM还原的宏观场与直接数值模拟结果基本保持一致.固体体积分数作为额外输入通道可有效提高SRLBM的预测能力,在 32 倍缩放系数下,可使圆柱区域相对误差降低近40%.SRLBM具有一定的泛化能力,当缩放系数为 8 时,在一定雷诺数范围内重建的高分辨率流场误差小于3%.因此,SRLBM在经过充分训练后,具备成为高精度复杂流场快速重构方法的潜力.

    格子玻尔兹曼方法深度学习超分辨率卷积神经网络流场重构

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    征稿简则

    《力学学报》编辑委员会
    封4页
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