当期目录

  • 2026年, 47卷, 第2期
    刊出日期：2026-06-25
      
  • 全选
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  • 金属材料的晶体塑性研究进展
    汪华苗, 江宇凡, 肖宇贤, 赵非常, 张晓丹, 吴沛东
    2026, 47(2): 247-266. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.02.001
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    晶体材料的宏观塑性变形，本质上是其内部位错在特定晶面上的滑移或攀移等微观运动的累积结果．传统塑性理论主要通过构建数学函数来描述宏观应力与应变之间的关系，难以解释微观的晶体塑性变形机理．本文从晶体塑性变形理论出发，系统地讨论了唯象模型、基于物理机制的本构模型及其扩展模型所组成的晶体塑性理论框架．在此基础上，进一步探讨了该理论在方法论与交叉框架上的拓展与应用，包括晶体塑性-相场(Crystal Plasticity-Phase Field, CP-PF)耦合模型、多尺度建模与三维衍射表征技术的结合，以及数据驱动的机器学习算法赋能等实际领域中的应用和对未来的展望．
  • 考虑力学约束的自适应RRT路径规划算法及其在机械臂中的应用
    周子剑, 李利霞, 李志敏, 刘涛, 徐济进, 石如星
    2026, 47(2): 267-281. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.02.002
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    针对传统快速随机树(Rapidly-Exploring Random Tree, RRT)算法在机械臂路径规划中存在采样效率低、路径质量差及未充分考虑关节力矩与运动平滑性约束等问题，本文提出一种考虑力学约束的自适应RRT路径规划算法(Adaptive RRT with Mechanical Constraints, ARRT-MC)，实现六自由度机械臂在关节空间中的高效、安全与平滑路径生成．算法采用Sobol序列生成初始样本，结合碰撞反馈驱动的自适应偏置机制动态调节采样密度与方向，提升采样覆盖率与收敛速度；在父节点选择中引入多目标代价函数，综合权衡路径长度、最大关节力矩、运动平滑性及环境导向性，实现路径质量的全局优化；扩展阶段设计基于碰撞-力矩反馈的起始点与目标点联合扩展-动态步长策略，增强路径导向性与鲁棒性．进一步，集成双向异步路径剪枝-局部择优、自适应平滑化与局部优化机制，有效消除冗余路径、提升轨迹连续性并抑制关节力矩波动．仿真实验结果表明，本文算法在路径质量、收敛效率与运动性能方面均显著优于传统方法，具备良好的工程应用前景．
  • 电极颗粒几何对锂电池电化学力学性能的影响
    鲍珩, 宋亦诚
    2026, 47(2): 282-292. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.02.003
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    本文提出一种支持不规则颗粒生成的电极颗粒堆积建模方法，构建了满足统计特征的非均质颗粒电极结构，通过严格映射粒径分布、长宽比、孔隙率等关键参数，实现了对NMC811正极材料电极的精细几何表征．基于所建模型开展了电化学-力学耦合模拟，系统研究了不同放电倍率下颗粒粒径与长宽比对电极宏观电化学性能以及电极应力分布的影响．结果表明，小粒径电极因固相扩散路径短，在高倍率下表现出更高的放电深度，但颗粒间接触紧密导致挤压应力显著升高；大粒径电极则易在放电初期形成高扩散诱导应力，加剧力学失效风险；此外，非圆形颗粒（较大长宽比）可通过几何各向不规则缓解应力集中，提升力学稳定性．研究揭示了颗粒几何特征对电极多物理场行为的耦合调控作用，为高功率、长寿命锂离子电池正极的微结构设计提供了理论依据与优化方向．
  • 增强型AI 网络裂纹形貌识别及量化
    黄日华, 冯淼林, 胡延东
    2026, 47(2): 293-307. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.02.004
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    表面裂纹严重威胁混凝土结构及公路路面的完整性，其精确检测与分割对结构安全与维护至关重要．紧跟计算机视觉技术的发展，本文基于融合CNN (Convolutional Neural Network)与Transformer双分支的AI网络提升复杂裂纹的精确分割．在CNN分支中采用树状大核卷积模块有效捕获局部特征；在Transformer分支引入高低频注意力机制建立裂纹长程依赖关系．采用DeepCrack和CrackForest数据集上的实验结果表明，所提模型性能优于八种当前先进方法，召回率达86.97%，F1分数为85.46%，平均交并比达87.03%．为实现裂纹从识别到量化评估的自动化，本文在裂纹精确分割的基础上提取裂纹形貌骨架，并计算裂纹的长度、平均宽度及尖端半径等断裂力学关键参数．研究结果可为计算机精确识别裂纹，裂纹可能的扩展方向，可能危险点提供直接工程评估的量化数据，具有实用价值和应用潜力．
  • 基于Timoshenko 理论的受压自旋钻柱系统振动特性研究
    冯文杰, 范谨铭, 李骁, 李映辉
    2026, 47(2): 308-321. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.02.005
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    钻井作业中，钻柱同时进行轴向与自旋运动，其运动轨迹复杂，易激发横向及耦合振动．这类振动会引起钻柱磨损和系统共振，进而增加钻井风险与作业成本．针对上述问题，本文对钻柱系统的振动特性进行了详细研究．基于Timoshenko梁理论建立了简支边界条件下钻柱横向振动的运动方程；采用分离变量法与格林函数法求解所得微分方程，获得了钻柱系统频率方程的格林函数解及相应的模态函数．进一步对比分析了Timoshenko模型与Euler模型钻柱系统的动力学特性，并揭示了自旋速度、轴向速度和轴向载荷对系统固有频率的影响规律．研究结果表明，考虑转动惯量和剪切变形效应会降低钻柱系统的固有频率．
  • 基于改良张力性髓内钉的转子间骨折内固定系统力学分析
    夏珍婷, 佘泽, 王欣, 杨帆
    2026, 47(2): 322-333. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.02.006
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    为分析基于改良张力性髓内钉的股骨转子间骨折内固定结构的力学特性，建立近端股骨防旋髓内钉(PFNA)与改良张力性髓内钉(TCA-PFNA)的有限元模型，在相同边界与载荷条件下，比较不同载荷及不同松质骨弹性模量条件下的应力、应变和位移响应．结果表明，TCA-PFNA在轴向载荷下，主要承载路径保持基本一致，股骨及内固定装置的应力和应变均有所降低．在前后弯曲载荷下，股骨、主钉和头颈螺钉峰值应力分别下降62.94%、54.95%和28.23%，总变形减小．随着松质骨弹性模量由460 MPa减小至160 MPa，两种模型最大位移均呈增大趋势，且TCA-PFNA始终小于PFNA．研究表明，改良张力性髓内钉可显著改善转子间骨折的近端受力情况，减轻局部应力集中，并在骨质疏松条件下保持较好的力学稳定性．
  • 自治Birkhoff 系统Herglotz 方程的梯度化与解的稳定性
    韩昕, 张毅
    2026, 47(2): 334-342. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.02.007
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    Herglotz变分原理是Hamilton原理对非保守耗散系统的一个推广．梯度系统是一个微分方程系统，具有许多好的性质．对于一个力学系统如果能将其化为梯度系统，则可借助于后者研究其动力学行为．聚焦于用梯度化方法分析自治Birkhoff系统Herglotz方程的解的稳定性问题，文章建立了自治Birkhoff系统的Herglotz方程，并将其表示为逆变代数形式．定义了四种梯度系统．给出自治Birkhoff系统Herglotz方程转化为四种梯度系统的条件，并分析Herglotz方程的解及其稳定性．文末通过五个算例演示Birkhoff系统的Herglotz方程化为四种梯度系统的计算过程，表明了结果的有效性．
  • 基于相场法的钢筋混凝土断裂与尺寸效应模
    孙成志, 周荣欣
    2026, 47(2): 343-362. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.02.008
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    本文基于能量各向异性的断裂相场模型，重点研究了钢筋混凝土断裂过程区的形成和演化及尺寸效应规律．通过对钢筋混凝土梁进行四点弯曲试验验证，结果表明该模型不仅能准确再现结构的宏观力学响应，而且能真实地描述钢筋混凝土在复杂应力下状态下裂纹萌生与扩展过程．研究结果表明，钢筋混凝土中的断裂过程区演化受到钢筋约束作用的显著影响，其发展形态与素混凝土截然不同．具体而言，钢筋的存在导致断裂过程区内形成多条宏观裂缝并行扩展的特征，同时使损伤区宽度显著增大．此外，主裂缝的断裂过程区长度对试件尺寸具有强烈的依赖性．进一步的强度尺寸效应分析结果表明，钢筋混凝土的名义强度总体上遵循Bažant提出的尺寸效应规律．然而，随着构件尺寸的增加，钢筋混凝土梁的名义抗弯强度变化幅度明显低于素混凝土梁，说明钢筋的约束作用在一定程度上减弱了结构的尺寸依赖性．
  • 基于圆棒疲劳试验断口测试断裂韧性的方法
    陈翰凝, 周业超, 章的, 李坚, 徐武
    2026, 47(2): 363-372. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.02.009
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    本文通过对不同应力水平下ZM6镁合金圆棒的疲劳断口进行扫描获得其三维图像，利用断口疲劳区和瞬断区粗糙度的不同，确定瞬断裂纹前缘位置．采用三维裂纹建模软件Franc3D建立不同载荷下含临界裂纹的有限元模型，利用Abaqus进行弹性和塑性分析，获得裂纹前缘应力强度因子和塑性区尺寸；基于Irwin的塑性修正，获得了考虑塑性修正的临界应力强度因子．研究结果表明：由这些不同应力水平断裂试样获得的临界应力强度因子基本相同，与由标准试样获得的断裂韧性的相对差别为8.7%．基于圆棒疲劳试验不仅可得到材料疲劳性能，并可进一步获得材料断裂韧性参数．
  • 简支梁结构大幅普通共振与参数共振的非线性数值模拟
    吴啸峰, 吴健, 李遇春
    2026, 47(2): 373-384. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.02.010
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    梁系结构在周期荷载下发生普通共振与参数共振时，可能导致灾难性的后果，结构工程师需要一种简单实用的方法来计算梁系结构的大幅非线性共振响应，以评估结构的安全性．本文基于向量形式内禀有限元法(Vector Form Intrinsic Finite Element, VFIFE)，给出了一种梁系结构非线性参数共振的分析方法，该方法也同样适用于结构的普通共振响应分析．本文以简支梁为例，采用VFIFE方法模拟了其在周期荷载作用下的非线性普通共振与参数共振响应，并讨论了简支梁的非线性振动特征．结果表明VFIFE方法能很好地模拟简支梁结构大幅非线性普通共振与参数共振问题，结构运动的非线性效应会抑制结构响应的发散，将位移幅值约束在有限范围内振荡，在普通共振与参数共振的竞争中，普通共振通常会处于竞争的优势地位．
  • 雷诺数对壁面展向振动槽道湍流结构的影响研究
    周林, 张璐瑶, 王伯福
    2026, 47(2): 385-397. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.02.011
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    本文采用直接数值模拟方法，研究了转捩雷诺数区间内壁面展向振动(Spanwise Wall Oscillation, SWO)对槽道湍流的调制机理．研究发现，SWO对平均流场的控制效果与高雷诺数工况保持一致，均表现为平均速度剖面的上移及雷诺切应力的衰减．然而，湍流强度的响应表现出显著的雷诺数依赖性：与高雷诺数下三个方向的脉动均受抑制的现象不同，在转捩区间内，SWO主要抑制流向脉动，对法向脉动影响微弱，却显著增强了展向脉动强度，呈现出强烈的各向异性特征．概率密度函数分析揭示了流场结构的重组机制：随着雷诺数降低，SWO诱导流向小尺度结构增加，同时促进展向大尺度结构生长．此外，雷诺数的升高导致涡结构密度增加及层流区域减小，显著提升了湍流的空间间歇性．湍动能输运分析表明，SWO通过削弱生成项与扩散项来抑制湍流发展，并重塑了耗散项的空间分布，使其在黏性底层减弱而在缓冲层增强．
  • 土-地铁端头井相互作用体系橡胶隔震系统性能设计与抗震分析
    郭剑锋, 王沿朝, 谢惠祥, 唐元辰, 赵志鹏
    2026, 47(2): 398-408. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.02.012
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    地铁端头井结构作为地铁车站与隧道连接的关键节点，其抗震性能对城市轨道交通安全至关重要．为探究橡胶隔震系统对地铁端头井结构抗震性能的提升效果，本文以某典型地铁端头井结构为工程背景，采用Abaqus软件建立土-隔震地铁端头井相互作用体系三维有限元模型，采用等效线性化方法考虑土的非线性，选用普通、近场及远场三种不同类型地震波作为输入，对软土场地中隔震地铁端头井结构进行了地震反应分析，比较并探讨了橡胶隔震系统设计参数以及不同地震动类型对结构地震响应的影响．本文算例结果表明：橡胶隔震系统的性能设计需要兼顾加速度、位移和内力的平衡，建议水平刚度比取值在0.275左右，名义阻尼比取值在0.06左右．相较于无控体系，橡胶隔震系统使地铁端头井结构的加速度、位移及内力响应分别降低约14.68%、38.96%和48.61%；随着隔震系统水平刚度和阻尼比的增加，加速度控制效果提升但柱端内力呈上升趋势，需合理选取设计参数；该隔震系统在不同类型地震动作用下均表现出良好的鲁棒性，有效提升了地铁端头井结构的整体抗震性能．
  • 圆柱体结构涡激振动特性及其俘能效应研究
    廖冰清, 黄橙, 何湛成, 涂佳黄
    2026, 47(2): 409-424. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.02.013
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    随着国家战略向海洋领域倾斜，海洋能的利用成为大量专家学者聚焦的领域，圆柱结构在海洋中复杂的来流环境下会发生涡激振动，其能量效率和动力特性备受关注．本文基于计算流体动力学软件，对均匀流下圆柱的涡激振动问题进行了数值模拟，探究不同雷诺数对圆柱涡激振动响应及俘能效率的调控机制，研究表明：当雷诺数从层流/低湍流(Re = 400/1 000)增至亚临界湍流(Re = 3 900)时，系统从“经典窄带锁定”转变为“强非线性多稳态锁定”．高雷诺数下，流动分离加剧，涡脱模式复杂化，诱发更强的流体力，并使结构振动频率被涡脱频率俘获，形成可发生跳变的双稳态锁定分支．结合小波分析发现速度与升力的时频相干性非常高．这一动力学转变直接决定了俘能效率：俘能效率由振幅、频率、流体力与相位三者的非线性耦合协同控制．高雷诺数工况下，由于这种机制导致效率达到峰值0.376(Ur = 6)，其核心优势在于将高效俘能区间(η > 0.15)的约化速度带宽从低Re下的约2~4大幅拓宽至7，并显著降低有效俘能的流速阈值．实现宽频带、高鲁棒性的涡激振动俘能需主动利用高雷诺数诱导的非线性多稳态特性．
  • 强降雨条件下含裂隙黄土边坡的稳定性分析
    谢宇, 王远斌, 段虎辰, 张军晖, 宋飞, 王华宁
    2026, 47(2): 425-435. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.02.014
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    本研究针对强降雨条件下含裂隙黄土边坡的稳定性问题，采用水力全耦合数值计算框架，开展了系列数值试验，分析了黄土边坡渗流场和力场的演化机制．本构模型中，分别采用达西定律和弹-黏塑性本构模型表征黄土的渗流和力学行为．特别地，本文考虑了黏聚力与饱和度的耦合关系，可以表征黄土的湿陷性和遇水软化的特性．通过与前人含裂隙边坡的数值结果比对，验证了本文数值建模的合理性．参数分析中，探究了裂隙深度和裂隙宽度对黄土边坡渗流场、力场以及边坡稳定性的影响．数值研究表明：非饱和入渗方面，裂隙的存在极易诱发黄土边坡在强降雨过程中形成优势渗流通道，同时，裂隙深度直接影响边坡的安全系数．本文研究成果可为强降雨条件下黄土边坡的稳定性分析提供工程指导．
  • 基于BO-LSTM的低矮建筑表面风压时程预测
    艾辉林, 索海峻
    2026, 47(2): 436-446. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.02.015
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    低矮建筑表面风压时程受来流风向、测点位置及局部流动分离共同影响，具有明显的非线性和非平稳特征．针对现有研究多侧重风压统计量预测、对表面风压时程预测关注不足的问题，本文将贝叶斯优化长短期记忆网络(Bayesian Optimization-based Long Short-Term Memory, BO-LSTM)引入低矮建筑表面风压时程预测，提出了面向不同建筑表面的分组建模框架，融合风压时序特征、测点空间信息和风向角特征，以表征同一表面内不同测点的时程演化规律．基于TPU (Tokyo Polytechnic University)低矮建筑风洞试验数据库的验证结果表明，该方法在不同风向角和不同建筑表面上均表现出较好的预测稳定性，相比经验参数LSTM，能够更有效捕捉风压时程的整体波动规律．对于未参与训练的风向角，模型仍能较好再现平均风压系数和脉动风压系数的空间分布，表明其具有一定的风向角泛化能力．预测误差主要集中于屋面前缘、屋脊及角区等强分离区域，说明极端负压和高频脉动仍是现有模型有待改进的关键问题．研究结果可为低矮建筑表面风压时程快速预测及未知风向角条件下风荷载评估提供有效的数据驱动方法．
  • 基于KAN网络的物理数据融合覆冰输电线路舞动预测
    郭红兵, 杨军, 付文光, 赵建坤, 杨玥, 樊子铭
    2026, 47(2): 447-460. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.02.016
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    覆冰输电线路舞动可能导致线路碰撞、断线或倒塔事故．传统实验和数值模拟方法虽有效，但计算成本高且难以实时预测．本文提出一种基于Kolmogorov-Arnold网络(Kolmogorov-Arnold Network, KAN)的物理-数据融合方法，用于覆冰输电线路舞动预测．首先，建立考虑气动-结构耦合的非线性动力学模型，通过模态分析降维为一维动力方程，捕捉自激振动机理，然后将KAN网络引入预测框架，从环境参数映射到舞动响应．数值算例验证显示，该方法在测试集上的决定系数R2超过0.95，平均绝对误差和均方根误差均处于较低水平．该研究为输电线路在线预警提供高效、可解释的解决方案，并为物理信息机器学习在结构风工程中的应用拓展新路径．
  • 基于稀疏多项式混沌展开的混凝土塌落度灵敏性分析
    李阳天, 张纯玮
    2026, 47(2): 461-471. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.02.017
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    随着粉煤灰-矿渣混凝土的大量使用，混凝土塌落度问题所受关注显著增加，准确评估不确定性因素对混凝土塌落度的影响，有利于粉煤灰-矿渣混凝土的长期安全使用．考虑混凝土成分中的水泥、粉煤灰、高炉矿渣、水、强塑剂、粗骨料与细骨料含量的不确定性，构建了粉煤灰-矿渣混凝土的塌落度模型，引入全局灵敏性分析理论，提出了基于稀疏多项式混沌展开的混凝土塌落度灵敏性分析方法，以准确、快速地辨识影响混凝土塌落度的关键输入随机变量．通过对103份混凝土样本的随机抽样，验证所提方法的准确性与高效性，分析混凝土各成分含量的不确定性对混凝土塌落度的影响．结果发现，高炉矿渣、粉煤灰与强塑剂依次是所采用混凝土样本各成分由高到低的塌落度重要性排序结果．
  • 基于中间主应力影响的钻孔煤岩塑性区解析与数值验证
    陈晓冉, 卢玉林, 王丽
    2026, 47(2): 472-486. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2026.02.018
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    中间主应力对钻孔煤岩塑性区分布具有重要影响，基于弹塑性理论结合Mogi-Coulomb准则推导了含有中间主应力影响的钻孔煤岩应力和变形的理论解．结果表明：理论解具有明显的对称区间性，能有效地模拟不同中间主应力影响的钻孔煤岩破坏规律，当中间主应力系数为0.5时，塑性区半径存在最小值；采用Mohr-Coulomb准则计算的塑性区半径是Mogi-Coulomb准则解的一个特例，且是Mogi-Coulomb准则解的上限，其塑性区分布范围更大，与实际结果存在较大偏差；数值模拟得到的塑性区几何形态及孔壁周围的应力路径分布与解析解对比均具有很好的一致性，验证了理论解析的可靠性.另外，侧向压力系数和中间主应力系数对塑性区的变形演化起到重要作用，适当选择中间主应力系数是合理评估钻孔煤岩损伤状态的基础，该结论也得到了工程实践的验证．