期刊,力学学报 2024年卷7期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

力学学报

主　　编：郑泉水

出版周期：双月刊

国际刊号：0459-1879

电子邮箱：lxxb@cstam.org.cn

电　　话：010-62536271

邮政编码：100190

地　　址：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

数据驱动下人体面部皮肤的本构参数反演及力学特征分析

陶雅萍桑建兵孙丽芳向华鑫...

1959-1969页

查看更多>>摘要：人体面部皮肤的本构参数反演及力学特性研究对皮肤病变早期诊断、皮肤仿生材料设计及计算图形学中的面部模型建立都有着至关重要的作用,机器学习与有限元仿真方法相结合能更高效、更准确地解决非入侵式皮肤组织本构参数反求问题.首先建立了面部皮肤多向拉伸下的应力松弛有限元模型,并通过多步位移控制法对皮肤的超弹性力学性能与黏弹性力学性能分离;对Gasser-Ogden-Holzapfel(GOH)与Prony series本构模型参数进行敏感性分析,揭示影响面部皮肤应力松弛实验结果的关键参数.其次,利用贝叶斯超参数优化理论搭建随机森林(RF)模型与支持向量回归(SVR)模型,结合实验数据对人体面部皮肤组织本构参数进行了反求.最后,将计算得到的有限元仿真曲线与试验获得的拉伸力响应曲线对比,并引入决定系数R2 对两种模型的预测准确性进行了评估.结果表明,纤维组织分散度κ、剪切模量相关参数C10 和松弛模量g1 是影响皮肤应力松弛实验结果的关键参数,RF模型数值计算曲线与试验曲线的拟合优度为 0.98,其在皮肤本构参数反演问题上表现出更高的准确率,机器学习可以精准高效地获取面部皮肤的本构参数,进而准确描述皮肤组织的力学性能,该方法也可进一步推广到其他生物软组织的复杂本构参数反演问题.

关键词：

面部皮肤组织参数反求有限元随机森林支持向量机

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微槽-波纹壁面对平板边界层第一/二模态波影响研究

黄文锋涂国华陈曦李晓虎...

1970-1982页

查看更多>>摘要：高速边界层转捩会使飞行器表面的热流和摩阻显著增加,延迟边界层转捩对飞行器降热减阻具有重要意义.在以第二模态主导的高速边界层转捩过程中,适当位置布置的波纹壁和微槽道均能够有效地抑制第二模态的增长,从而达到延迟边界层转捩的效果.研究了微槽-波纹组合壁面对马赫数 4.5 平板边界层稳定性的影响,通过改变微槽的开槽方向(垂直壁面和竖直向下)、开槽数、孔隙率、开槽深度以及开槽位置等方式,考察了这些微槽参数对第一/二模态波的作用效果.研究结果表明:相比光滑波纹壁面,微槽-波纹组合壁面促进了第一模态波的增长,增强了对低频第二模态波的抑制效果,对高频第二模态波的抑制效果没有明显的提高;开槽方向对微槽-波纹组合壁面的控制效果没有明显影响;开槽位置对微槽-波纹组合壁面的控制效果有显著影响,在波纹壁波峰处开槽时增强对第二模态波的抑制效果,但同时也会促进第一模态波的发展.

关键词：

高速流动边界层转捩流动控制延迟转捩边界层稳定性

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倾斜壁面上液膜流中孤立波及其内部涡的演化特性研究

吴正人王琦峰陆世佳董帅...

1983-1991页

查看更多>>摘要：研究了在重力作用下,二维不可压黏性流体液膜沿倾斜壁面流动时,其上孤立波及其内部涡的演化.采用小参数摄动法与行波变换法,首先推导出了非平整倾斜基底上液膜厚度的零阶和一阶的一般演化方程,然后对该方程进行化简并采用Mathematica进行数值求解.分析结果表明:孤立波波形图中,波前出现了一个毛细波,而毛细波波谷处出现了完全开式涡;通过对流量分析,发现其与孤立波波形具有相同的变化趋势,并且与波速呈正相关,对于双峰与三峰孤立波,前一波峰的流量比靠后的大;随着波速增加到超过某一临界值时,孤立波波峰内将出现涡流,经过计算该临界波速与倾斜角呈正比关系,对于双峰与三峰孤立波,当波速继续增大,靠后的波峰内也将出现涡流;通过分析自由表面的速度分布得出:该涡流的产生是自由表面的垂直速度在波前和波尾的速度梯度与大于波速的水平速度共同作用的结果,波峰多更容易产生涡流;通过分析在动坐标系下得到的迹线图,发现该涡流面积也正比于波速且旋向为顺时针,综合推断得出:旋涡是在孤立波表面处开始形成的,波峰内的流体沿壁面呈滚落状向下运动.

关键词：

孤立波液膜涡流波速

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倾斜射流撞壁形成液膜的铺展形态及波动特征

陈晓东蔡国辉吴二军王博...

1992-2003页

查看更多>>摘要：为了深入理解倾斜射流撞壁液膜表面波的形成演变机理和液膜不同的铺展形态,开展了倾斜射流撞壁的实验观测和数值模拟.使用高速相机记录了不同射流速度和倾角的液膜铺展形态,并通过数值模拟结合实验观测揭示了液膜表面波的形成和演变过程.结果表明随着射流速度的增加,液膜的铺展形态将经历平滑液膜-闭合边缘、波动液膜-闭合边缘和波动液膜-开放边缘 3 种状态.液膜的铺展高度和宽度与射流速度近似正比关系,但随着液膜边缘的破碎,将会体现非线性变化.随着射流倾角的增加,液膜铺展将从窄变宽,并且液膜边缘形态可由闭合变为开放.射流速度和射流倾角的增加,都会使撞击点上方的区域趋向失稳破碎,导致液膜边缘出现指状结构.射流内的湍流扰动会在撞击壁面后激励起液膜的二维表面波,撞击点附近初始的表面波在下游发展过程中会发生展向演变,出现三维特征.射流速度越快,射流表面扰动越强,液膜表面形成的表面波也越复杂,三维表面波与撞击点越接近.表面波的形成会影响液膜的流动和厚度分布,在波峰处,液膜的流动速度较快,随着下游的发展,波峰的速度将会逐渐减小,在液膜表面还会出现两个波之间追赶的现象.

关键词：

倾斜射流撞壁液膜铺展形态表面波动实验观测数值模拟

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基于直接数值模拟的涡环碰撞过程涡结构分析

黄泊桦蒋子超王卓霖罗炫...

2004-2014页

查看更多>>摘要：涡环间的碰撞涉及复杂的多层级涡结构拓扑关系和涡量转移机理.深入研究该模型,有助于揭示涡结构之间相互作用过程所包含的机理.区别于现有研究一般专注于涡环小尺度次级结构的瞬态演化,本研究使用基于一种改进的SIMPLE算法的直接数值模拟,结合整体动态演变与其涡结构细节对涡环碰撞模型进行分析.基于高分辨率网格,分析了在不同雷诺数下涡环碰撞后由涡重联分裂出的次级涡结构.研究表明,涡环碰撞过程伴随着复杂的涡结构拓扑变化,如高涡量区域的偏转及涡丝间的此消彼长.在碰撞时,环本身的不稳定性导致了局部接触后分裂出沿方位角规律分布的次级涡环.而次级结构本身随流场雷诺数的增加呈现出从无到有、从近似圆环状到湍流态的转变.最后,对多雷诺数下的涡拟能曲线进行横向比较以反映碰撞对流场的整体涡流强度影响.结果表明,雷诺数的提高对涡拟能的调控整体表现为初始时刻耗散速率降低;因碰撞而抬升的峰值提高;峰值对应的时间点先延后再前移.本研究基于直接数值模拟展示了涡结构演化的偏转、重联、湍流化等特征,揭示了雷诺数对涡环碰撞的部分调控机制,对复杂流动的涡系演化机理研究有启示作用.

关键词：

涡环碰撞涡重联不稳定性涡拟能直接数值模拟

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海底火山喷发大气冲击波激发的轴对称海啸波数值模型

吴蓓蓓刘桦

2015-2028页

查看更多>>摘要：海底火山喷发引发海啸具有多源激发机制,包括水下爆炸、边坡失稳、火山口坍塌、碎屑流、地震以及大气扰动.为了深入认识轴对称移动气压扰动激发海啸的机理,探究气压扰动参数对水波形态的影响规律,本文在柱面孤立波Boussinesq模型的基础上,考虑水面移动气压扰动作用,建立了由火山喷发激发的轴对称移动气压场所驱动的海啸波数值模型.利用不同地形上柱面波的传播算例验证了本模型的精确性与稳定性.数值模拟了 2022 年汤加火山喷发大气扰动激发海啸事件,并与太平洋DART浮标实测数据比较,较好地复演了大气扰动驱动海啸波的远场传播过程,并讨论了波动在深水区的色散行为.研究了轴对称气压扰动的径向移速、强度及尺度对波动演化特征的影响,结果显示:气压移速与浅水波速的相对大小显著影响波形,当二者接近时将激发Proudman共振.在共振条件下,波幅与径向传播距离呈近似线性增长关系,波幅放大因子随气压尺度增大而减小.在远离共振条件时,气压强度和尺度对波幅放大因子的影响相对较小,受波能流守恒约束柱面自由波幅则沿程衰减,受迫波幅值近似按气压衰减规律变化.

关键词：

移动气压扰动柱面波Boussinesq方程Proudman共振汤加火山海啸

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基于张量化微结构表征的筏化镍基单晶高温合金疲劳寿命评估

罗诚袁荒

2029-2050页

查看更多>>摘要：镍基单晶高温合金的微观组织在长时高温服役下会发生粗化和筏化等微结构演化,导致力学性能衰减,影响航空发动机的服役寿命.文章研究了粗化和筏化镍基单晶DD6 合金的低周疲劳行为,通过高温热暴露和预蠕变处理分别制备了粗化和筏化合金,针对具有不同微结构状态的合金开展了 980℃下的等温低周疲劳试验,发现粗化和筏化合金的疲劳寿命相比初态合金显著下降.基于电子扫描显微镜和光学显微镜对试件断口表面进行了微观表征,揭示了筏化组织对低周疲劳损伤机理的影响.裂纹扩展路径受微结构状态影响,相比初态合金,粗化和筏化合金中I型微裂纹会更早发生偏折,沿晶体学面扩展而导致更早的疲劳失效.基于组构张量及其张量分解方案对合金的微结构进行了量化表征,提取了微结构的特征参数,进一步提出了一种新的微结构敏感的等温疲劳寿命预测模型.通过分别关联γ-基体相和γ′-强化相组构张量的独立分量,解耦了粗化和筏化对寿命的影响.在新模型中,γ/γ′微结构形态对低周疲劳的影响得到了较好描述,预测结果的准确性和保守性得到了显著提高.研究结果可为工程中镍基单晶涡轮叶片的强度设计和寿命评估提供理论指导.

关键词：

单晶合金张量化表征筏化疲劳寿命评估

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基于优化算法及压痕形貌的金属塑性力学参数表征

何艳骄马宇宏田永喜树学峰...

2051-2062页

查看更多>>摘要：相比于需要特定形状尺寸试样的传统力学测试手段,压入法具有试样加工方便及可实现原位测试等优点,针对现有压入表征法对所采集压入载荷-深度曲线的依赖性,通过作为压入后材料塑性力学性能直观响应的残余压痕形貌有效获取金属塑性力学参数可提供一种新的压入表征方法;本研究通过Instron万能材料试验机开展了紫铜/镁合金的球形压入测试,基于轮廓形态系统对压入测试后的残余压痕形貌进行扫描并将所得形貌特征作为后续研究的数据基础;将压入数值模拟与实验测试所得残余压痕形貌的对比结果作为拟合优度,对传统Nelder-Mead算法在参数筛除、预处理、重复性判断及收敛条件方面进行改进,以保证进入数值计算的材料参数的合理性并提高计算效率,基于Abaqus二次开发结合改进的Nelder-Mead算法进行参数寻优以得到紫铜/镁合金的相关塑性参数;将由Instron万能材料试验机拉伸测试表征所得紫铜/镁合金的相关塑性参数值作为对照标准,给出了算法寻优结果的相对误差,并验证了所提出基于优化算法及残余压痕形貌获取金属塑性参数方法的有效性,相关研究提供了一种新的有效表征金属力学性能参数的方法.

关键词：

优化算法压痕形貌塑性力学参数金属Abaqus二次开发

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含裂纹声子晶体能带分析的改进局部径向基函数配点法

徐杰郑辉石承志闫雪豹...

2063-2076页

查看更多>>摘要：基于直接法局部径向基函数配点法(local radial basis function collocation method,LRBFCM)提出了含裂纹声子晶体反平面弹性波的能带结构计算方法,分析了其能带结构特性,并通过有限元法计算对比验证该数值结果的准确性和有效性.在边界上采用直接法沿方向取局部节点,解决了边界求解不稳定问题,讨论了数值方法的处理技巧对结果的影响.并通过考虑不同声阻抗比、散射体形状(方形、圆形)和裂纹情况,验证了该方法计算含裂纹声子晶体能带结构的适用性.研究了形状参数、配点数对计算结果的影响.最后深入分析了不同长度和位置的裂纹对声子晶体能带结构的影响特性,并进行了对比分析.文章的创新性在于用直接法局部径向基函数配点法解决了含裂纹声子晶体能带结构计算的问题,极大增加了声子晶体的应用价值.研究结果显示:随着裂纹的扩展,能带结构带隙逐渐变窄;当裂纹扩展到一定程度时,金散射体的声子晶体带隙数量会增加,且新增带隙会随着裂纹扩展而变宽,但铝散射体的声子晶体带隙数量会减少;直接法局部径向基函数配点法可以大大提高含裂纹声子晶体能带结构的计算效率和计算精度.

关键词：

径向基函数反平面弹性波应力强度因子裂纹有限元法

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高强钢-钢筋混凝土复合防护结构厚度极限计算方法

朱擎李述涛陈叶青马上...

2077-2090页

查看更多>>摘要：为探究弹体高速冲击下,高强钢-钢筋混凝土复合防护结构的穿甲侵彻机理和厚度极限计算方法,为此类复合防护结构设计提供依据和参考,文章通过弹体侵彻复合靶模型试验确定了高强钢-钢筋混凝土复合结构的穿甲模式,对前覆高强钢板与钢筋混凝土背板的受力情况进行解耦分析,建立了高强钢-钢筋混凝土复合防护结构临界穿甲理论模型;基于冲击动力学理论,建立了无背板支撑下高强钢、无限厚背板支撑下高强钢与钢筋混凝土背板共 3 类厚度极限控制方程,提出该类复合防护结构整体厚度极限计算方法;设计开展了弹体侵彻高强钢-C40 钢筋混凝土复合靶验证性试验,试验结果证明了计算方法的可靠性,揭示了复合防护结构抗侵彻机理;根据理论模型的假设,最后对计算方法的适用性和误差进行了讨论.研究结果表明:理论计算结果总体与试验验证的结果相吻合,由于不考虑弹体质量损失与材料动态应变率效应等因素,理论计算的厚度极限结果较试验验证数据偏高,对于工程防护设计而言偏向安全.

关键词：

侵彻高强钢钢筋混凝土厚度极限计算方法

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