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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
收录年代

    青年人才托举工程专刊序

    陆夕云
    307-309页
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    高置信水平结构逆可靠度分析与优化方法研究进展

    郝鹏杨浩冯少军王博...
    310-326页
    查看更多>>摘要：不确定性客观存在于工程结构生产制造以及服役等各环节之中并对结构的承载性能影响显著.特别是对于服役条件苛刻的航空航天承载装备,在设计阶段考虑多源不确定性的影响对于结构安全至关重要.在众多不确定性分析方法中,逆可靠度分析方法在效率和稳健性方面具有一定优势.为此,国内外学者在高置信水平结构逆可靠度分析与优化方法方面开展了大量研究并取得了长足进步,包括自适应迭代控制算法、先进可靠度优化策略与非充分样本下的高置信水平设计方法等.本文首先对国内外逆可靠度分析与优化方法取得的进展进行了系统梳理与总结,特别是逆可靠度分析方法的发展历程以及面临的挑战问题,主要包括强非线性功能函数、多设计点以及低失效概率问题.进一步,针对长期困扰可靠度方法实际应用的小样本问题,重点从结构高置信水平可靠度分析与优化理论角度开展系统介绍,详细论述了小样本诱发的认知不确定性到可靠度置信水平的传播链条.最后,基于现有成果和国家重大前沿需求,重点围绕航天装备可重复使用需求对结构可靠度未来研究方向进行了思考与展望,期望相关研究成果能够进一步助力我国航空航天结构实现高可靠性与极致轻量化设计.

    航空航天结构逆可靠度分析可靠度优化设计置信水平优化设计小样本

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    木基材料自上而下多尺度结构设计研究进展

    宋睿郑浩南宋建伟申胜平...
    327-346页
    查看更多>>摘要：在全球气候变暖危机和"双碳"战略的大背景下,开发使用木基材料替代传统结构或功能材料,可以大大降低能源消耗,减少碳排放并增加碳封存量,对改善生态环境、实现绿色可持续发展具有重大意义.近年来,为了开发利用木质资源并提升传统木基材料的宏观性能,不少学者通过自上而下的"两步改性"策略实现了木材中从微观尺度到宏观尺度的多尺度结构设计调控,从而赋予了木基材料诸如高强度等不同的宏观性能,为开发设计可持续、绿色低碳的高性能木基材料开辟了新的天地.基于此,文章围绕木基材料中自上而下的多尺度结构设计策略进行了详细综述:首先简要概述了木材天然具备的跨尺度多层级结构,接着综述了微观尺度下木基材料中由纤维素主导的力学行为机制,其次从细胞壁工程的角度回顾了不同微结构调控策略以及得到的具有不同性能的木基材料,随后简要综述了近期木基材料的功能化应用新进展.最后总结了现有木基材料多尺度结构设计方面存在的不足并提出了相应的研究展望.

    木材自上而下氢键微结构调控力学性能功能性

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    原子尺度断裂模拟进展

    丁彬高源陈玉丽李晓雁...
    347-364页
    查看更多>>摘要：材料/结构的断裂是一个多尺度过程,绝大多数断裂过程都涉及到原子键的断裂,因此原子尺度的演化对材料的宏观断裂行为有重要影响.随着实验技术的飞速进步,高清电子显微镜已经可以观察到原子尺度的裂纹,而计算能力的日渐强大使得原子尺度模拟成为揭示实验现象背后的断裂机制、研究众多典型纳米结构材料断裂行为的有力工具.在本综述文章中,首先介绍了原子尺度断裂模拟的加载方法,包括均匀加载、速度梯度加载、K场加载和静水应力加载,并综合对比了上述加载方法的适用范围,然后给出了基于原子尺度信息定量计算断裂韧性的方法,包括能量释放率法、线下面积积分法、临界应力强度因子法、原子尺度内聚力模型法和原子尺度J积分法.随后介绍了近年来有代表性的不同类型的纳米结构材料(包括单晶、多晶、孪晶等晶体结构,非晶结构,异质界面结构)断裂行为模拟研究,例如钝化处理的单晶硅太阳能电池裂纹抗力大大增加、锂离子电池中锂化浓度控制的硅电极韧脆转变、错配应力驱动界面自发分层一步制备大尺度纳米硅片.这些研究结果揭示了实验现象背后的机理,同时和实验结果的一致性也印证了原子尺度模拟的可靠性与准确性.最后强调了原子尺度模拟面临的一些问题和挑战,并对将来的发展方向进行了展望.

    纳米结构材料断裂行为断裂韧性原子尺度模拟

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    颗粒间碰撞对槽道湍流中颗粒聚集效应的影响研究

    崔元凯张欢
    365-376页
    查看更多>>摘要：颗粒两相湍流广泛存在于自然现象和工业流动中,与人们的生活和生产活动息息相关.通常情况下,当颗粒的体积分数小于O(10-4)时,颗粒间的碰撞效应被忽略.一些研究发现,在颗粒两相壁湍流中,即使在低体积分数情况下,由于湍泳和倾向性聚集会导致颗粒局部浓度较高,颗粒间的碰撞频繁发生.然而,已有结果大多针对均匀各向同性湍流或采用大涡模拟的研究手段,尚缺少关于颗粒两相槽道湍流的直接数值模拟研究,颗粒间碰撞对颗粒聚集程度和形态影响的定量规律仍不清楚.文章基于欧拉-拉格朗日点颗粒框架,在摩擦雷诺数为Reτ=180的条件下,采用直接数值模拟探讨了有/无颗粒间碰撞时水平槽道湍流中双分散颗粒聚集模式的差异.算例的颗粒平均质量分数为(ø)m～0(1),因此模型中还考虑了颗粒对流场的反馈作用.研究发现,颗粒间碰撞驱使近壁颗粒向槽道中心迁移,导致颗粒平均浓度的壁法向廓线变得十分平坦,抑制了壁湍流中颗粒的湍泳现象.同时,颗粒间碰撞导致颗粒在与壁面平行的水平薄层内更加均匀地分布.特别是在黏性底层内,各向异性的颗粒条带结构完全消失.这些结果表明,颗粒间碰撞显著抑制了水平槽道湍流中颗粒的湍泳和近壁区的倾向性聚集现象.

    颗粒两相湍流槽道湍流颗粒聚集颗粒间碰撞直接数值模拟

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    黏性对内空泡诱导柱状液滴界面不稳定性的影响

    黄剑霖宋广毅王静竹王一伟...
    377-386页
    查看更多>>摘要：Rayleigh-Taylor不稳定性存在于爆炸、液滴形成和液体喷雾等工程应用过程中,是流体力学关注的经典问题之一.内空泡振荡诱导液滴界面演化问题是其研究中基本模型之一,空泡振荡作用下液滴界面发生扰动并发展,其特征形态主要表现为破碎、通气和稳定.液体黏性是影响界面不稳定性发展的重要因素,文章通过建立高精度的数值模拟方法,开展液体黏性对内空泡诱导柱状液滴界面不稳定性的影响研究.在数值模拟中,基于开源OpenFOAM框架的多相可压缩求解器直接求解Navier-Stokes方程,采用isoAdvector的几何流体体积法捕捉界面演化特征.结果表明,液体黏性的增加会减缓空泡的收缩,进而减缓液滴界面扰动的发展,该影响下通气工况液滴通气发生时间增加,而稳定工况最大扰动幅值减小.最大扰动幅值的减小直接影响了液滴的特征形态,基于一系列数值模拟结果归纳得到液滴不稳定性相图.在文章讨论的参数范围内,随着黏性增加,小液滴(Rd0＜2 mm)的形态从破碎转变为通气进而变成稳定;中液滴(2 mm＜Rd0＜3 mm)的形态从通气转变为稳定,不出现破碎形态;而大液滴(Rd0＞3 mm)的形态不随液体黏性改变,液滴形态会随着液体黏性增加趋于稳定.

    Rayleigh-Taylor不稳定性液体黏性空泡振荡柱状液滴界面不稳定

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    无拉力弹性地基上矩形板屈曲/后屈曲问题的辛求解方法

    熊斯浚郑新然梁立周超...
    387-398页
    查看更多>>摘要：无拉力弹性地基上矩形薄板的屈曲/后屈曲问题是板壳力学中一类重要课题,在工程中有着大量应用.因涉及接触非线性,目前主要采用数值方法对该类问题进行求解,发展具有重要基准价值的解析方法是当前面临的一项挑战.针对上述问题,本文将板划分为若干包含强制边界条件的板,形成子问题,在辛空间下利用分离变量与辛本征展开对子问题进行解析求解,通过子问题边界处的连续条件确定板与地基的接触状态;通过迭代求解上述过程,获得子问题划分的收敛结果,并得到最终屈曲载荷及模态.结果表明,无拉力弹性地基与Winkler地基上板的屈曲行为存在显著差异,且无拉力弹性地基的刚度对板的屈曲载荷与屈曲模态均有重要影响.在此基础上,结合Koiter摄动法与辛方法,对无拉力弹性地基上矩形板的后屈曲问题进行求解,获得板的后屈曲平衡路径.所得到的屈曲与后屈曲分析结果均与有限元计算结果吻合良好,确认了本文结果的正确性.由于本文方法数学推导严格,求解效率高,因此不仅为研究无拉力弹性地基上矩形薄板的屈曲/后屈曲行为提供了一种有价值的理论工具,更有望拓展至更多复杂板壳力学问题的求解.

    辛方法屈曲后屈曲无拉力弹性地基板

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    基于高阶应变梯度塑性理论的受限薄层剪切问题研究

    华奋飞罗彤雷剑刘大彪...
    399-408页
    查看更多>>摘要：针对受限金属薄层在剪切塑性变形时出现明显尺度效应这一问题,现有理论分析多采用纯剪切假设和传统钝化边界条件,其理论预测与实验结果不符.文章采用黏弹塑性本构模型,对Gudmundson高阶应变梯度塑性理论进行了有限元实现,深入研究了金属薄层受限剪切的塑性变形机理.考虑因界面倾斜引起的附加压应力,采用自定义平面单元对材料的压缩-剪切组合变形进行了有限元模拟.根据表面解锁的物理机制,引入"软-硬"中间态的边界条件.结果表明,在压缩-剪切组合变形条件下,受限薄层的剪切流动应力明显低于纯剪切条件下的流动应力,而压应力的存在降低了剪切屈服强度.利用周期性钝化边界条件,能够定量描述界面处几何必需位错饱和引起的边界条件变化,理论预测与实验结果吻合.相关研究揭示了加载方式和高阶边界条件在受限薄层剪切尺度效应问题中的重要作用.

    应变梯度塑性剪切变形尺度效应钝化效应高阶边界条件

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    基于组合超表面的跨水空声波调控研究

    张少聪朱家辉李辰洋瓮佳轩...
    409-421页
    查看更多>>摘要：现有声学超表面的研究多是针对空气或水等单一介质,有关跨介质声波调控的研究相对较少.文章主要基于组合超表面研究跨水空界面声波的调控特性.首先,利用遗传算法设计了可以调控波前的高透射空气声超表面.接着,通过复合离散型跨水空高透射超表面设计组合超表面实现了对跨水空界面声波的波前调控,并讨论了组合超表面间距对波控性能的影响.最后加工制作组合超表面试样,并对跨水空声波聚焦功能进行了实验验证.结果表明通过复合两种独立设计的超表面可以实现跨水空界面声波的异常折射和聚焦功能.组合超表面的间距会影响其对声波的调控效果.当间距较小时,组合超表面虽然可以实现对跨水空界面声波的调控,但是调控效果较差;随着间距的增加,组合超表面对跨水空声波的调控效果会迅速增强并趋于稳定.在实验中观察到了跨水空界面的声聚焦现象以及组合超表面间距对跨水空界面声波聚焦效果的影响,实验结果与仿真结果基本一致.研究工作为跨水空声学器件的设计提供了一定的数值和实验基础.

    组合声学超表面水空气界面间距异常折射声聚焦

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    富氢环境下镍钛形状记忆合金弹簧变形行为的实验和理论研究

    姜晗于超康国政
    422-432页
    查看更多>>摘要：镍钛形状记忆合金器件在某些特定服役环境下不可避免地与氢接触,导致其力学性能发生改变.实验研究方面,通过对两种构型(弹簧指数为8.5和11.7)的镍钛合金弹簧进行异位电解充氢,随后对充氢和未充氢镍钛合金弹簧进行不同幅值的拉伸-卸载实验,揭示了氢对超弹性镍钛合金弹簧变形行为的影响.结果表明,氢会显著影响弹簧的相变硬化行为,并且使马氏体相变临界力下降地更为迅速.理论研究方面,基于实验结果,在不可逆热力学框架下构建了镍钛形状记忆合金力-扩散耦合本构模型.在该本构模型中,考虑了与弹性,马氏体相变和氢致膨胀相关的应变和氢浓度场对马氏体相变的影响.通过建立的Helmholtz自由能推导出相变行为的热力学驱动力.基于质量守恒定律和Fick定律,得到氢浓度场的演化方程.为了准确地描述充氢和未充氢镍钛合金弹簧的变形行为,在建立的本构模型基础上,进一步发展了描述弹簧力-扩散耦合变形行为并考虑其扭转、弯曲变形模式的半解析模型.通过与实验结果的对比,可以发现,提出的半解析理论模型能够很好地预测富氢环境下超弹性镍钛合金弹簧的变形行为.

    镍钛形状记忆合金弹簧富氢环境力-扩散耦合半解析模型

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