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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

    基于应力松弛变形探索La基金属玻璃微观非均匀性

    张剑郝奇邢光辉乔吉超...
    2616-2624页
    查看更多>>摘要：金属玻璃由于独特的微观结构而表现出优异的物理和力学性能,大量研究表明其微观结构表现为显著非均匀性,并且采用传统分析方法难以充分表征.如何建立宏观力学性能与微观结构非均匀性之间的内禀性关联是金属玻璃在固体力学领域尚未很好解决的重要科学问题之一.文章以La62Cu12Ni12Al14金属玻璃为研究载体,研究了宽温度窗口应力松弛行为,尝试探索金属玻璃在力学激励下微观结构非均匀性的演化规律.借助于经典扩展指数方程和激活能谱模型,研究了温度以及退火效应对金属玻璃应力松弛行为的影响规律.基于自由体积理论,明晰了金属玻璃应力松弛过程应力及缺陷演化规律,揭示了应力松弛变形过程中老化与变形导致年轻化的竞争机理以及对金属玻璃结构状态和力学行为的影响.借助于流变单元模型,厘清了金属玻璃在应力松弛过程中存在的老化与变形竞争的物理机制.本研究以应力松弛作为力学激励切入口,实验研究结合理论分析,从力学响应角度尝试揭示金属玻璃在变形过程微观结构非均匀性演化规律.

    金属玻璃缺陷浓度退火自由体积理论

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    基于SBFEM的剪切型裂纹动态开裂模拟

    江守燕高嘉林安邦杜成斌...
    2625-2634页
    查看更多>>摘要：剪切型断裂是岩土工程中常见的破坏模式,了解剪切破坏机理并准确预测剪切型裂纹的萌生、扩展过程对保障工程结构的安全性与稳定性具有重要意义.文章建立了基于比例边界有限元法(scaledboundary finite element methods,SBFEM)和非局部宏-微观损伤模型的剪切型裂纹动态开裂模拟方法,定义了基于偏应变概念的物质点对的正伸长量,可作为预测剪切型裂纹扩展行为的动态开裂准则,一点的损伤定义为该点影响域范围内连接的物质键损伤的加权平均值,而物质键的损伤则与基于偏应变概念的物质点对的正伸长量相关联,并引入能量退化函数建立结构域几何拓扑损伤与能量损失之间的关系,将拓扑损伤与应力应变联系起来,通过能量退化函数修正了SBFEM的刚度系数矩阵,得到了子域在损伤状态下的刚度矩阵,推导了考虑结构损伤的SBFEM动力控制方程,采用Newmark隐式算法对控制方程进行时间离散.最后,通过3个典型算例验证了建议的模型可较好地模拟剪切型断裂问题,能够很好地捕捉剪切型裂纹的扩展路径,并得到较为准确的载荷-位移曲线.

    比例边界有限元法非局部宏-微观损伤模型剪切型开裂四叉树网格偏应变

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    基于新型虚单元法的超弹性材料变形研究

    徐兵兵彭帆
    2635-2645页
    查看更多>>摘要：虚单元法是一种先进的求解固体力学问题的数值方法,在过去10年间,该算法在线弹性问题中得到了较为广泛地开发和应用.文章尝试给出一种通用的高阶虚单元法格式,可用于计算超弹性问题以及更普遍的非线性问题.与传统求解力学问题的虚单元法的思想不同,其主要思想是对泊松方程求解映射算子,并将该映射算子直接用于位移场的近似,从而可求解众多非线性力学问题.由于采用了标量场的映射算子来近似矢量场,因此该算法格式简单,并且可以轻易扩展到高阶格式或者三维问题求解.将从泊松方程出发,介绍虚单元法中椭圆映射算子的计算方法,在此基础上,详细推导虚单元法在求解超弹性问题时的具体格式,并给出切线刚度矩阵的计算方法.最后,给出了几个典型的超弹性数值算例,从而证明该虚单元法格式的有效性.

    虚单元法超弹性映射算子几何非线性

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    功能梯度三周期极小曲面静动态力学特性

    程乾尹剑飞温激鸿郁殿龙...
    2646-2658页
    查看更多>>摘要：功能梯度设计能够有效提高结构的力学特性及吸能性能.为探讨功能梯度极小曲面结构在静动态载荷下的力学响应以及梯度壁厚分布方式对其力学特性的影响规律,构建了包含线性梯度和多种非线性梯度(对数梯度、Sigmoid梯度以及指数梯度)Gyroid结构,通过3D打印光敏树脂制备样件开展了准静态压缩试验,采用LS-DYNA构建仿真模型并与试验结果对比,验证了仿真方法的有效性.研究发现,功能梯度壁厚分布方式显著影响结构力学性能及变形模式.在准静态压缩下,功能梯度结构呈现逐层压溃的变形模式,在接触端产生局部的致密化带,这一模式导致梯度结构吸能特性有一定提升.基于准静态测试数据以及试验变形模式分析,构建了Gibson-Ashby模型,揭示了均质结构弹性模量和屈服强度随等效密度的变化规律;利用该Gibson-Ashby模型,预测了功能梯度结构屈服强度,并构建等应力模型预测了梯度结构的弹性模量,预测结果与实验值具有良好的一致性.对于其动态力学性能,构建了4种冲击速度仿真模型,深入探讨不同冲击速度对梯度结构力学性能的影响规律.功能梯度结构在高速冲击下,由于其壁厚逐层递增的特性,其局部压溃现象更为明显,导致其在高速冲击下的致密化应变显著增大,其吸能特性也有所提升.其中,对数梯度结构具有最高的屈服强度,而Sigmoid梯度结构具有最高的平均平台应力和吸能特性,其比吸能特性为13.01 J/g,相较于相对密度为45％的均质结构而言提升了45％.此外,基于刚性-完美塑性-锁定模型对梯度结构的动态平台应力进行拟合预测,拟合结果与仿真结果吻合度较高,为预测功能梯度结构的动态力学响应提供了计算方法.

    三周期极小曲面结构功能梯度结构动态冲击力学性能吸能特性

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    含多维随机变量的广义概率密度演化方程解析解:以Euler-Bernoulli梁为例

    周永峰李杰
    2659-2668页
    查看更多>>摘要：广义概率密度演化方程的解析解,不仅具有重要理论价值,而且具有校验数值解、进而标定数值算法误差的作用.以Euler-Bernoulli简支梁为例,推导给出了梁受迫振动时跨中位移响应所对应的广义概率密度演化方程解析解.包括非平稳非高斯随机载荷作用下的解(包含2维随机变量)以及同时考虑载荷随机性和结构参数随机性时的解(分别包含2维、4维和5维随机变量).分析结果表明,真实的概率密度演化是一个十分复杂的过程,远不能用简单的概率分布函数加以描述.这一进展,可为概率密度演化理论的进一步深入研究提供一个方面的基础.

    广义概率密度演化方程解析解Euler-Bernoulli梁受迫振动多维随机变量

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    拓扑超材料中弹性波模式分离及能量聚集

    陈康康董兴建彭志科孟光...
    2669-2680页
    查看更多>>摘要：在凝聚态物理系统中的拓扑超材料,由于其反常的物理现象,在信息处理与能量应用方面展现出巨大的潜力.近些年来,受凝聚态物理中拓扑现象的启发,经典波动系统中的力学拓扑现象受到越来越多的关注.弹性波作为振动的重要载体,广泛存在于工程与自然环境中.作为一种矢量波,弹性波相对于声波与电磁波等标量波展现出更复杂的多分量传输特性,在调控与应用方面存在诸多困难.在本研究中,将以拓扑超材料为基础,围绕弹性波分解与力学应用展开.首先利用设计的声子晶体实现了双重狄拉克锥,并通过在声子晶体中引入几何扰动,实现了弹性波面内和面外模式的拓扑相分离;通过不同拓扑相的组合,构造了具有不同波传输特性的拓扑边界态,实现了弹性波面内和面外模式的分离;进一步地,基于耳语回廊(whispering gallery)模式引发的能量局域化,弹性波面内和面外分量的能量实现了分区域聚集,为振动能量高效俘获提供了思路.弹性波模式分离及其引发的能量聚集均采用实验进行了验证.阐明了拓扑超材料在弹性波分量调控与能量应用中蕴含巨大潜力,对振动信号处理与能量俘获等应用具有积极意义.

    弹性波拓扑超材料模式分离能量聚集谷霍尔效应

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    局部标架的共旋Timoshenko梁单元多体动力学数值特性分析

    刘海生张润森张腾刘铖...
    2681-2694页
    查看更多>>摘要：多柔体系统的动力学过程不仅包含结构大范围刚体运动带来的几何非线性,也存在大变形导致的几何非线性.近年来,基于李群局部标架的建模方法(local frame of Lie group,LFLG)被验证可与各类建模方法结合,能够消除刚体运动带来的几何非线性.同时,大变形导致的几何非线性也将随着空间离散加密逐渐减弱.由此,LFLG可消除多柔体系统中部件的几何非线性,刚体与柔性体惯性力、内力及其Jacobian矩阵均满足刚体运动的不变性,可有效减少单元Jacobian矩阵更新次数.但由于多体系统还广泛存在约束及载荷的非线性,LFLG方法在实际应用中是否能够提升系统整体的Jacobian矩阵复用效率尚未进行深入探讨.并且,多柔体系统通常采用变阶变步长时间积分策略求解动力学方程,算法阶数以及时间步长变化也将导致多体系统Jacobian变化,加剧了系统Jacobian复用难度.为客观分析LFLG方法在实际仿真中的数值特性,文章首先以共旋坐标建模方法为例,给出了基于李群局部标架的三维Timoshenko梁单元建模方法.较于几何精确建模、绝对节点坐标等方法,该方法能够最大复用小变形有限元方法的单元算法,可降低单元开发难度;其次,搭建了LFLG方法的变阶变步长BDF(backward difference formula)与变步长广义α积分器的计算流程,并针对小变形与大变形两种工况,分析单元弹性力及阻尼力几何非线性特性,对比Jacobian复用效率;最后,通过与全局标架算法对比,分析局部标架方法与全局标架建模方法的数值特性.

    李群局部标架方法共旋方法几何非线性向后差分时间积分方法广义α时间积分方法

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    非保守广义Chaplygin系统的Herglotz型Noether定理

    张毅
    2695-2702页
    查看更多>>摘要：Herglotz原理是非保守系统的变分原理,它是经典Hamilton原理的一个推广.在非保守情形,现有推广形式的Hamilton原理尽管也可导出运动方程,但实际上不再是变分原理.Noether定理是分析力学的一个基本原理,它阐明了对称性和守恒律的相关性,利用Noether定理可找到比牛顿力学和分析力学更多的守恒律.Chaplygin系统是一类特殊而又应用广泛的非完整系统,其方程可独立于约束方程进行研究.非保守广义Chaplygin系统则是Chaplygin系统对非保守力学的推广,因此研究建立该系统的Herglotz型Noether定理具有重要意义.文章针对非完整约束系统,提出基于Herglotz原理建立非保守广义Chaplygin系统的动力学方程,利用变分关系以及虚位移的Chetaev条件,从关于Hamilton-Herglotz作用量的微分方程出发推导建立其全变分方程并求解,由此导出非保守广义Chaplygin系统的作用量的全变分.给出Herglotz型Noether对称变换及准对称变换的定义,在此基础上利用全变分公式导出其判据(Noether等式),建立并证明非保守广义Chaplygin系统Herglotz形式的Noether定理,得到新型守恒量.最后,针对两个具体的非保守非完整系统,建立了它们的Herglotz型广义Chaplygin方程、判据方程和Chetaev条件,解出生成元,由文中所得定理找到了系统的守恒量,验证了结果的有效性.

    非保守广义Chaplygin系统Herglotz原理Noether定理作用量变分

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    基于符号距离场的多体系统碰撞动力学研究

    张西南游浦刘铸永
    2703-2712页
    查看更多>>摘要：多体系统动力学中的接触碰撞问题是典型的边界非线性问题,对其动力学仿真面临着巨大的数值困难.由于求解过程中需要一直进行复杂的接触碰撞检测,严重地影响了数值计算效率.为了实现对多体系统动力学中接触碰撞问题的快速求解,文章提出一种改进的基于符号距离场的多体系统动力学接触碰撞检测算法.通过对预先生成的符号距离场进行三线性插值,求解出空间中任意一点距离物体表面的最短距离和法向量.将接触碰撞检测分为全局检测和局部检测两个过程,首先在全局检测时利用OBB包围盒技术对物体之间是否存在潜在接触可能性进行快速判断;然后在局部检测时基于符号距离场信息并结合八叉树结构对接触碰撞检测算法进行优化.分别采用Hertz接触力模型和基于速度的库伦摩擦力模型,建立了多刚体系统非连续动力学方程.最后,通过对典型的算例和空间站交会对接的工程案例进行仿真,验证了所提方法在解决复杂多体系统碰撞动力学问题时的正确性和高效性.该方法可以进一步拓展到复杂构型刚体与柔性体的接触碰撞动力学研究.

    符号距离场碰撞检测多体系统八叉树交会对接

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    主被动阻尼减振器对轧机辊系减振特性研究

    徐慧东王义平和东平周碧柳...
    2713-2730页
    查看更多>>摘要：轧机的垂直振动是冷轧带钢产品生产效率低下的关键问题所在,严重影响了轧制产品的质量和轧制速度的提高.为提升轧机设备的安全性,同时提高生产的效率和钢材的精度,基于主被动阻尼减振器对轧机辊系的振动特性及减振效果进行了研究.首先,考虑主动阻尼控制效应中的分数阶和时滞因素,建立带有主被动阻尼减振器的分数阶时滞垂直非线性振动方程;然后,对建立的数学模型进行稳定性分析,得到主被动阻尼减振器各参数的稳定区域;再者,运用多尺度法求得系统的幅频方程,分析系统的时域特性、频谱特性、主共振特性以及次谐共振特性;而后,对轧机辊系振动响应进行时滞反馈控制,通过获得最优反馈控制增益和最优反馈时滞,将振动系统的振幅、不规则振动及能量消耗达到最优;最后,对静定轧机上工作辊进行了垂直振动控制实验,对比发现理论分析与实验结果基本吻合,结果表明主被动阻尼减振器能够有效抑制轧机辊系的垂直振动并满足设计要求.研究结果为轧机辊系减振器的设计应用及轧机的振动控制提供了参考.

    时滞稳定性谐波共振减振控制轧机辊系

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