当期目录

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  • 聚合物及其复合材料多场耦合损伤本构模型研究进展
    宋浩然, 朱萍萍, 仲政
    2026, 47(1): 1-14. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.01.001
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    聚合物及其复合材料凭借优异的力学性能与高度可设计性，广泛应用于各传统工程及新兴领域．但在材料服役中常暴露于湿热、化学腐蚀、电磁辐射、循环机械载荷等复杂多场耦合环境，易诱发性能退化、各向异性损伤演化等非线性行为．本文首先梳理几类经典聚合物本构模型，剖析其优势与局限；其次聚焦多场耦合下聚合物及其复合材料损伤本构研究进展，阐述模型建构思路、损伤内变量定义、损伤演化微-宏观机制及耦合效应定量表征方法，重点分析连续介质损伤力学在描述多场耦合与跨尺度损伤行为的优劣势；最后展望未来损伤力学的重点研究方向，为相关领域理论突破与工程应用提供参考．
  • 低维纳米复合材料多场耦合力学研究进展
    夏晓东, 王梦凯, 仲政
    2026, 47(1): 15-37. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.01.002
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    低维纳米复合材料凭其轻质及优异的力学特性，已广泛应用于固态电池及航空航天等领域．然而，在实际工程中该类复合材料常面临复杂工况，表现出显著的多场耦合与多尺度力学特征．本文聚焦于低维纳米复合材料的多场耦合力学行为，从实验表征、理论建模及数值模拟三个维度，系统综述了晶粒尺寸相关弹塑性损伤力学、温度相关粘弹性力学以及温度相关粘塑性损伤力学的研究进展．重点阐明了如何通过多尺度模型建立温度效应、位错机制、界面效应及微结构演化等微观机制与宏观多场耦合特性的内在联系．最后，梳理了低维纳米复合材料多场耦合力学领域当前的挑战，并对未来研究方向进行了展望．
  • 基于晶体塑性有限元法的HCP 锆合金孔洞演化及各向异性力学行为研究
    何昊东, 陈忠村, 刘虓瀚, 李阳, 杨庆成
    2026, 47(1): 38-54. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.01.003
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    锆合金因其优异的力学性能与耐腐蚀性能，被广泛应用于核反应堆燃料包壳等关键领域．然而，在核辐照作用下，其内部会形成孔洞，从而显著影响材料的力学性能与服役安全性．本文基于晶体塑性有限元法(Crystal Plasticity Finite Element Method, CPFEM)，建立并实现了一种适用于六方密排（Hexagonal Close-Packed, HCP)结构锆合金的率相关晶体塑性本构模型，并通过在Abaqus平台编写UMAT子程序实现数值求解．采用包含球形孔洞的锆合金单晶代表性体积单元(Representative Volume Element, RVE)模型，系统研究了不同加载条件（单轴与双轴拉伸、压缩）下的宏观力学响应与微观孔洞演化规律．结果表明，孔隙率对锆合金的强度与损伤演化具有显著影响：在单轴拉伸下，孔洞扩张导致材料出现明显软化效应；而在单轴压缩下，孔洞收缩引起几何硬化效应，使流动应力随变形持续增加．此外，晶体初始取向对宏观各向异性行为具有决定性影响——当拉伸方向由〈a1〉轴转向〈c〉轴时，材料表现出更高的屈服强度与弹性刚度．进一步研究发现，多轴应力状态会显著改变孔洞的演化特征：双轴拉伸加速软化失效过程，而双轴压缩则强化硬化效应．该研究揭示了孔洞演化、晶体取向与加载路径对HCP锆合金力学行为的耦合影响，为复杂应力条件下的结构安全评估与性能优化提供了重要理论依据．
  • 三杆张拉整体机器人多绳索协同的驱动策略研究
    张家成, 宋自根
    2026, 47(1): 55-65. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.01.004
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    张拉整体机器人凭借其轻质、可变形以及优越的结构适应性，在行星探索、灾害救援等领域展现出广阔的应用前景．现有针对张拉整体机器人驱动控制策略的研究中，主要基于最少个数的绳索驱动设计原则．即在机器人驱动控制设计过程中，如果仅收缩单个绳索即可实现运动，则优先收缩该绳索，而不驱动其他绳索．这就导致了因为需要收缩绳索的长度很大，而引起机器人驱动控制的响应时间变长，使得机器人在移动时运动效率低下，限制了其工程应用．为此，本研究以三杆张拉整体机器人为研究对象，基于力密度法，对张拉结构的几何构型与静力平衡特性进行了系统建模，分析了其受力-变形的响应关系．进一步，利用重心偏移的滚动判定方法，设计了遍历搜索算法，提出了基于多绳索协同驱动的控制策略，实现单个绳索收缩量的减小，从而降低机器人在运动变形过程中的结构变形幅度，实现了驱动控制响应时间的显著缩短．最后，研制了基于ESP32控制系统的三杆张拉整体机器人实验平台，并通过原型实验验证了所提出策略的有效性．结果表明，相较于最少驱动绳索运动控制策略，多绳索协同驱动模式能够显著降低变形幅度，减少响应时间．
  • 旋转Rayleigh-Bénard 对流中旋涡从无序态到超涨落态的转变
    谢今晓, 钟锦强
    2026, 47(1): 66-80. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.01.005
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    在旋转Rayleigh-Bénard对流系统中，对流旋涡作为流动的基本单元，其相互作用主导了系统的输运特性．本研究结合实验观测与统计分析，揭示了旋涡分布随约化瑞利数Ra/Rac的减小，从无序随机态向超涨落态的动力学转变．基于密度涨落的分析表明，在强旋转约束下，系统涌现出显著的巨数涨落特征，幂律指数显示其超越了随机泊松分布．静态结构因子 S(k) 的计算结果显示，旋涡虽在全局上缺乏长程周期性，但在局域尺度上呈现出与六方晶格高度吻合的有序排列模式．进一步的空间关联函数与旋涡团块统计分析发现，旋涡间的流体相互作用与位阻效应诱导了局部各向异性，促使具有自相似特性(L ~ N0.65)的大尺度旋涡团块形成．这种团块结构的长程关联被证实是系统产生超涨落现象的物理根源．本研究阐明了对流旋涡分布的复杂统计特性，为理解湍流对流中自组织结构的集体行为提供了新的物理视角．
  • 考虑温度和溶质含量的先驱液表观黏度模型及浸渍效果分析
    何云璐, 王岭, 陈熹, 戴瑛, 贺鹏飞, 邱海鹏
    2026, 47(1): 81-90. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.01.006
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    在制备陶瓷基复合材料的先驱体浸渍裂解(Precursor Impregnation Pyrolysis, PIP)工艺中，浸渍过程的效率受到先驱液的黏度影响，黏度取决于浸渍温度、先驱体溶质质量分数和剪切速率．本文基于阿伦尼乌斯形式建立了一个考虑温度、溶质质量分数和剪切速率的五参数先驱液表观黏度模型．选取混入陶瓷微粉和不同溶剂类型的聚碳硅烷(Polycarbosilane, PCS)先驱液进行参数标定和模型验证，分析了先驱液黏度对温度、剪切速率和PCS质量分数的敏感性．在该黏度模型基础上推导了毛细管内先驱液浸渍深度与溶质质量分数、温度和浸渍时间的关系．研究表明，该模型能够有效定量分析黏度的影响因素，并为浸渍液配比和工艺条件的优化提供理论依据．
  • 氯化聚氯乙烯电缆保护管落锤冲击响应特性与损伤机理研究
    毛丹辰, 李成钢, 储昭杰, 王耀文, 刘建军, 邓向允, 吴佰建
    2026, 47(1): 91-103. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.01.007
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    为揭示氯化聚氯乙烯(Chlorinated Polyvinyl Chloride, CPVC)电缆保护管在标准落锤冲击下的动态响应特征与损伤机理，本文结合实验与数值仿真开展系统研究．通过落锤冲击试验，对不同性能批次试样在多能级冲击下的动态应变与损伤形态进行测试；基于有限元软件建立三维显式动力学模型并经试验数据验证其可靠性．依托该模型，深入分析了冲击力、应变、应变率、接触应力及能量吸收等关键物理量的演化规律，并结合不同批次试样的损伤表现，明确了影响冲击响应与失效模式的主导因素．研究揭示了 CPVC 电缆保护管在冲击载荷下的动态力学行为与损伤机制，所提取的关键物理量指标可为轻量化、便携式现场快速检测装备的设计与标定提供理论依据和评价标准．
  • 无螺纹自锚式锚杆承载特性的物质点法模拟研究
    冯攀举, 周晓敏, 李松刚, 孙政
    2026, 47(1): 104-117. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.01.008
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    针对无螺纹自锚式锚杆的承载特性，基于B样条物质点法(B-spline Material Point Method, BSMPM)，引入了库伦摩擦模型、指数模型和双曲线模型，发展了土体-锚杆耦合界面接触模型，开展了锚杆的竖向和水平拉拔模拟，并与已有试验结果或理论解进行对比．结果表明：(1) B样条物质点法能够准确计算土体-锚杆耦合问题，引入三种接触模型下的耦合模型所得锚杆竖向拉拔模拟结果均与已有试验结果吻合较好，所得锚杆水平承载力特征值与理论解相对误差在合理范围内，指数接触模型、摩擦接触模型和双曲线接触模型的相对误差分别为12.03%、13.04%和13.19%；(2) 水平荷载下锚杆变形由锚杆与土体的相对刚度主导，长径比增加至30时，锚杆变形特征由刚性转变为弹性；(3) 随着锚杆直径的增大，水平变形系数呈幂指数减小，锚杆的水平承载力呈负指数衰减型曲线增长规律，锚杆直径由100 mm增大至400 mm，水平承载力提升83% (10.3 kN→18.87 kN)．研究结果验证了B样条物质点法在土体-锚杆耦合问题研究上的可行性，为土体-结构耦合问题研究提供了可靠分析方法．
  • 含非对称内部结构的水下壳体声场波数谱特征研究
    马力, 潘永东, 殷学文, 金亚斌
    2026, 47(1): 118-132. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.01.009
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    水下壳体的声振特征对于掌握振动传播与声辐射机理至关重要．传统的频域分析方法，能够通过准确建立模态贡献量与线谱噪声的定量关系以实现深度揭示水下结构声辐射的物理机理，受到持续广泛的关注，但壳体内结构弹性波与声辐射特征的内在联系及其物理机理尚不清晰．本文以典型水下壳体结构为例，将声振系统有限元法与空间傅里叶变换法结合，提出了壳体结构弹性波及其辐射亮点的波数域分析方法．通过不同基座形式的结构典型算例，揭示了结构对称性对弹性波波数域中辐射亮点特征的影响，进一步基于空间波数谱与壳体法向振速、远场辐射波、声功率等建立了频域与波数域对应关系．研究结果表明提高基座对称性有助于降低组合壳体结构的声辐射水平，可为后续结构优化设计提供全新的理论支撑．
  • 变角度纤维复合材料多孔板的屈曲问题研究
    张宁, 徐志军, 刘亚威, 陈晓东, 聂国隽
    2026, 47(1): 133-147. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.01.010
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    本文基于经典层合板理论，借助等几何分析法和有限胞元法，针对不同开孔形状、开孔尺寸和开孔数量的变角度复合材料多孔层合板的屈曲问题进行了研究．并与现有文献或有限元结果进行对比，验证了此方法处理变角度复合材料多孔板屈曲问题的收敛性和正确性．进一步，对多种边界条件和纤维路径下含单孔或多孔的变角度纤维复合材料层合板进行了参数化屈曲分析．结果表明，合理的纤维铺设角度可以显著减少由于开孔造成的屈曲性能损失．
  • 基于非线性界面应力的层合复合材料板分层成像方法
    李固基, 唐俊杰, 邱玲, 徐炜
    2026, 47(1): 148-156. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.01.011
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    分层作为复合材料层合板的典型不可见损伤，会影响结构性能与安全性．然而，由于微小初始分层对结构刚度影响微弱，使用传统线性动力方法对其进行成像检测具有较大难度．另一方面，在振动过程中分层会发生类似“呼吸”的张开—闭合运动，导致其界面发生接触和分离，引发层间正应力和切应力的非线性特征．本文将上述分布于“呼吸”分层界面的应力定义为非线性界面应力，其仅存在于分层区域内，并且可分解为各阶高次谐波频率下的一系列成分．此基础上，本文提出了一种基于非线性界面应力的层合复合材料板分层成像方法．通过各阶高次谐波下的非线性稳态波场重构非线性界面应力幅值，利用其局部化特性构造了一种适用于微小分层非线性动力成像的分层指标．实验研究结果表明，本文所提的分层成像方法不仅适用于面积较大的热分层，还可精确刻画由初始缺陷或低速冲击引起的微小分层．
  • 基于相场法的花岗岩矿物尺度损伤机理研究
    周标和, 赵程, 幸金权, 陈会官, 赵春风, 徐海宁
    2026, 47(1): 157-174. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.01.012
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    矿物尺度的损伤演化决定了岩石材料的宏观力学行为．采用Voronoi多边形表征岩石的矿物，通过界面模型描述矿物界面的削弱效应，在弹塑性相场法的框架下开发了矿物尺度的损伤模拟方法，并对花岗岩的三轴压缩试验进行模拟验证方法有效性．基于多尺度能量传递定理，提出一种矿物尺度的能量统计分析方法，通过矿物颗粒应变能密度的积分定义岩石的宏观损伤变量，从矿物颗粒能量演化的视角探究岩石的损伤机理．结果表明：应变和应力集中会导致矿物颗粒应变能密度的数据分布具有右偏性，通过对数正态分布可以很好地描述矿物颗粒应变能密度的数据分布；矿物应变能密度对数正态分布的均值参数可通过宏观均匀化应变能密度以及方差参数确定，且方差参数随着宏观损伤变量近似线性增长．
  • SiCf/SiC复合材料涡轮叶片设计的结构强度分析和榫头铺层结构改进
    李婷婷, 周洪民, 徐昊, 王静, 王岭, 戴瑛, 贺鹏飞, 邱海鹏
    2026, 47(1): 175-189. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.01.013
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    针对复合材料涡轮叶片在复杂服役环境下的力学响应和结构设计问题，本文参考某高温合金涡轮转子叶片，开展了基于工艺、结构和性能的SiCf/SiC复合材料涡轮叶片一体化设计．首先，建立了叶片–涡轮盘三维有限元模型，对离心载荷、温度载荷及气动载荷共同作用下的整体叶片进行耦合分析，系统评估了叶片的应力分布与变形特性．而后，提取真实工况下榫头区域的载荷分布特征，并将其等效到榫头局部分析模型．结合SiCf/SiC复合材料的成型工艺特点与纤维连续性要求，提出多种榫头铺层结构改进方案，建立了榫头区域局部细观有限元模型，通过对不同铺层结构中径向应力和层间剪应力分布特征的对比，优选出交错插层榫头铺层方案，结果表明该方案能够有效提高叶片结构的强度储备系数，并降低榫头区域的层间剪应力水平．
  • 基于能量耗散极大化的疲劳分析方法
    何旭, 李明航, 李彬, 陈无凡
    2026, 47(1): 190-200. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.01.014
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    疲劳破坏是工程结构中最为常见且危害性极大的失效形式之一，传统的疲劳预测方法中损伤变量的选取往往具有较强的唯象性，缺乏物理机制的探讨，需要进一步的研究．本文从材料的能量演化特征分析出发，通过构建热力学自洽的本构方程计算出材料受到外载作用下实时的机械耗散率．根据耗散具有非负的特性，用之表征损伤的累积，通过一套不含损伤内变量的本构模型，在描述材料应力应变演化的同时量化损伤，预测寿命．以TA19钛合金为研究对象，基于四种不同孔径的片状试件(Bore Hole Plate Specimen, BHP)，在535 MPa、应力比10∶1的非对称三角波载荷下开展了系统的有限元模拟与实验对比．结果表明，本文方法不仅能够准确捕捉缺口根部的应力集中与塑性演化过程，而且其预测的疲劳寿命与实验数据高度吻合，误差控制在工程可接受的两倍分散带范围内．此外，模拟结果还揭示出机械耗散在疲劳过程中呈现单调递增的趋势，进一步验证了其作为损伤度量的合理性与稳定性，为疲劳损伤量化分析与寿命预测提供了一种新型思路与方法．
  • 垂直挡板对平板式浮体结构水动力效应影响分析
    王贯宇, 谢书刚, 吴曾荣, 涂佳黄, 刘湘晖
    2026, 47(1): 201-211. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.01.015
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    在实际应用中，平板式浮体结构会受到风浪、海流等复杂海洋环境的挑战，其运动稳定性有待进一步提高．为此本文改进了一种带垂直挡板平板式浮体结构，计算了其与波浪的相互作用，并重点研究了不同挡板、浮体几何参数以及波周期对带垂直挡板平板式浮体结构的运动响应，并将带固定式与铰接式垂直挡板平板式浮体结构进行对比．研究表明：增加挡板高度能够有效减少短浮体的垂荡和纵摇运动．当垂直挡板位于浮箱末尾时，其垂荡和纵荡运动最为稳定，同时纵摇运动达到最大．此外，涡流耗散可减少波浪对短浮体垂荡和纵荡运动的影响．期望研究成果能为工程设计和实际应用提供参考．
  • 修正开口裂纹梁的等效弯曲刚度模型
    孟帅
    2026, 47(1): 212-222. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.01.016
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    等效弯曲刚度模型因同时考虑了裂纹的应力集中效应以及裂纹对附近区域刚度的影响而得到广泛关注．当前采用的等效弯曲刚度模型表达式来自模型提出者的一篇文献，经严格推导发现该公式（命名为模型一）有误．同时发现模型一采用某近似等式进行简化，但文献中并未给出该近似等式的证明过程以及适用范围．首先基于断裂力学理论并采用能量法，重新推导矩形截面梁在纯弯矩作用下的等效弯曲刚度模型公式（命名为模型二），并借用近似等式对修正裂纹模型即模型二进行简化得到模型三．接着尝试证明用于简化裂纹模型的近似等式；最后采用三种模型对在不同位置发生不同程度开口裂纹的某矩形截面梁进行计算，对近似等式成立的前提条件（即裂纹发生点不靠近梁两端）及适用范围进行讨论，并通过预报等效刚度轴向分布对三种模型进行对比分析．
  • 分数阶黏弹性地基上开敞圆柱壳的自由振动特性
    郑浩, 许玉策, 周小利, 魏培君
    2026, 47(1): 223-235. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.01.017
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    本文研究了分数阶黏弹性地基上开敞圆柱壳的自由振动问题．引入分数阶黏弹性标准线性固体地基模型，建立该地基上开敞圆柱壳的自由振动方程．基于一维欧拉梁和圆拱曲梁模型，构造开敞圆柱壳的振动模态近似解．基于复频率假设模拟黏弹性地基诱导的振动衰减．通过数值算例将本文方法与文献进行比较，验证了本文方法的可行性，并讨论了分数阶黏弹性地基的分数阶系数和黏性系数对圆柱壳固有频率和衰减的影响规律．
  • 粉煤灰-温度耦合作用下港口库区预应力结构孔道压浆材料流变本构研究
    古西召, 冯伟
    2026, 47(1): 236-246. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.01.018
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    预应力孔道压浆材料的流变性能直接影响压浆密实度与结构耐久性，而环境温度与粉煤灰掺量是调控其流变行为的关键因素．针对现有研究多聚焦单一变量、缺乏多场耦合本构模型的问题，本文基于Ostwald-de Waele幂律模型，引入三参数修正的Arrhenius方程表征温度对表观粘度的影响，并结合复合材料力学混合规则，建立了粉煤灰—温度—剪切速率三因素耦合作用下的压浆材料流变本构模型．通过与已有文献的实测数据对比验证表明：该模型能有效预测不同工况下的剪切应力响应；在恒定剪切速率下，温度由5 ℃升至50 ℃时，剪切应力降低约27.5%；粉煤灰掺量增至20%时，剪切应力下降超34%，显著提升浆体流动性；二者协同作用下，最大剪切应力降幅可达61.5%．研究成果为港区复杂环境条件下高性能压浆材料的设计与施工控制提供了理论支撑．