当期目录

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  • 高熵合金的晶格畸变效应及其力学建模
    李甲, 陈阳, 解宝霦, 鲁卫征, 彭静, 李理, 方棋洪
    2025, 46(4): 811-823. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2025.04.001
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    相比传统合金，高熵合金中存在的显著原子尺度晶格畸变，赋予其优异的力学、化学和生物学性能，在工程与生物医疗等领域具有广阔应用前景．本文简要综述了高熵合金晶格畸变效应在实验表征、多尺度模拟及力学建模方面的研究进展．晶格畸变量化是该领域的关键问题，为多尺度模拟与力学建模提供了关键原子尺度信息．基于分层多尺度模拟方法，结合分子动力学与离散位错动力学等小尺度模拟，可提取微观结构参数，支撑宏观晶体塑性建模，从而揭示晶格畸变对力学行为的影响机制．进一步考虑原子尺寸失配与剪切模量失配，建立了相应的晶格畸变强化力学模型．
  • 基本解方法理论和研究进展
    蒋泉
    2025, 46(4): 824-845. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2025.04.002
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    基本解方法是一种边界型强格式的配点型无网格法，采用满足控制方程的基本解作为基函数对目标函数进行拟合，近似解具有高阶光滑性质．该方法离散简单，计算结果呈指数收敛，数值精度极高，在众多科学计算和工程领域中得到广泛应用．由于基本解仅满足齐次微分方程，且在在源点处具有奇异性，该方法需要进一步考虑特解的求解以及构建虚拟边界．本文首先详细介绍了传统基本解方法的基本理论、方法和主要的改进型基本解方法，再基于基本解方法的求解步骤，将非齐次方程的特解处理技术以及虚拟边界源点布置方法等进行归纳总结，并比较了这些技术手段的优缺点，最后对基本解方法的发展进行了展望，为后续复杂问题的应用提供参考．
  • 纳米流控系统单元胞形状对吸能响应的影响
    沈世赟, 曹国鑫
    2025, 46(4): 846-855. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2025.04.003
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    本文采用有限元法，基于单元胞模型研究纳米流控吸能系统的准静态压缩响应及单元胞几何形状的影响．单元胞由疏水纳米多孔材料、水和密封层构成，采用圆柱形、半球形和圆台形三种形状．模拟显示，单元胞压缩响应分三部分四阶段：无液填充纳米孔道弹性压缩（阶段Ⅰ、Ⅱ）、液体渗透纳米孔道（阶段Ⅲ）、充液纳米孔道弹性压缩（阶段Ⅳ）．阶段Ⅰ~Ⅳ的压缩刚度分别取决于密封层变形、液体压缩模量、孔道临界渗透压强和表面积、液体压缩模量．单元胞形状主要影响阶段Ⅰ，阶段Ⅱ，之后影响显著降低．相比于圆柱形，半球形初始压缩刚度低约一个量级，压缩位移高约1.6倍；圆台形初始压缩刚度略高于半球形，压缩位移比圆柱形高约2.5倍．差异源于相邻单元胞的空间约束，圆柱形可变形体积最小，圆台形最大．此外，密封层最大应力对单元胞形状不敏感，差异不超过7%．
  • 索-浮标结构振动响应分析：拖曳力模型及模态耦合效应
    陈永灵, 谢秋甫, 赵珧冰
    2025, 46(4): 856-867. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2025.04.004
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    索-浮标结构作为海洋工程中的重要设施，其在复杂流场作用下的动力响应特性直接关系到结构的安全与功能．流体拖曳力是影响此类结构动力行为的关键因素，通常采用Morison方程进行描述，该方程依据速度参考系的不同可分为绝对速度模型和相对速度模型．绝对速度模型能更全面地反映流固耦合效应，但其数学表达的复杂性给非线性振动分析带来了挑战；相对速度模型则因形式简洁、计算高效而被广泛应用，然而其引入的近似误差尚需深入探究．本文旨在系统对比这两种拖曳力模型在索-浮标结构非线性动力响应分析中的差异．首先，基于弹性索理论，推导了采用两种拖曳力模型的索-浮标系统非线性动力学控制方程，并通过线性振动分析揭示了系统固有的模态特性，特别是由于参数变化可能引发的Veering现象及其伴随的强模态耦合效应．通过直接数值积分详细对比不同参考系下系统的动力响应，研究结果表明，绝对速度模型中的流速-结构速度耦合项增强了系统阻尼效应，导致其预测的响应幅值通常小于相对速度模型．在模态频率发生Veering现象的强耦合区域，两种模型预测结果的差异会被显著放大，但由于误差的量级关系，对系统整体动力响应的影响有限．因此，研究揭示了在低流速、结构阻尼占主导或对精度要求不高的工程应用中，虽然相对速度拖曳力模型存在一定误差，但其在计算效率上的优势使其可作为一种有效的简化方法．这一结论为索-浮标结构在工程设计中合理选择拖曳力模型提供了理论依据．
  • 钢纤维增强超高性能混凝土界面损伤的相场分析
    周思妤, 吴佰建, 郭小明
    2025, 46(4): 868-878. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2025.04.005
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    本研究基于相场法构建纤维-界面-基体三相细观模型，研究了钢纤维增强超高性能混凝土(Steel Fiber reinforced Ultra-High Performance Concrete, SF-UHPC)横向拉伸载荷下的裂纹扩展与损伤失效机制．引入有限宽度界面层，模拟了裂纹在界面区域的萌生、偏折及扩展行为，并对比分析了SF-UHPC、钢纤维增强普通混凝土(Steel Fiber reinforced Normal Concrete, SF-NC)及玄武岩纤维增强超高性能混凝土(Basalt Fiber reinforced Ultra-High Performance Concrete, BF-UHPC)在含有初始基体缺陷、含有初始界面缺陷以及无初始缺陷三种情况下的失效模式．结果表明：本文采用的方法可以实现纤维增强水泥基材料基体-界面复杂损伤演化机制的数值模拟．SF-UHPC表现出以界面主导裂纹扩展为主的失效机制，而SF-NC更多的是基体脆性断裂，BF-UHPC则是纤维断裂-界面削弱-基体断裂多阶段的特征．SF-UHPC在三种工况中均表现出最佳抗裂性能和延性，无初始缺陷时，SF-UHPC裂纹仍是从界面处萌生，与界面裂纹模拟结果接近，峰值承载力和断裂位移均最高，峰值荷载分别较SF-NC和BF-UHPC提升210.3%和46.3%，延性提升113.0%和8.89%.
  • Van der Pol 阻尼下三稳态能量采集器的簇发振荡机理与采集性能研究
    刘航航, 张晓芳, 姜文安, 毕勤胜
    2025, 46(4): 879-895. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2025.04.006
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    各种微型电子元件在发展过程中逐渐对供电的免维护性提出了更高的要求，且用电器所在的环境中存在着天然的振动能量，收集振动能量进行供电是替代传统能源的有效途径之一．目前振动能量采集技术主要集中于粘性阻尼的采集系统，而van der Pol阻尼在电子工程、气动力学、生物学等领域有着广泛的应用，但有关van der Pol阻尼振动能量采集系统的工作少有报道．本文研究了van der Pol阻尼下三稳态能量采集器对于低频外部激励的簇发振荡现象和采集性能．运用快慢分析法，分析了系统的簇发振荡机理，观察到了极限环的分岔．采用数值方法，通过转换相图，验证了系统在不同频率比下的分岔机理．根据系统响应的时间历程，发现了大幅度的簇发振荡和较高的稳定电压响应．最后，计算了系统在不同频率比的外部激励下的平均输出电压，与粘性阻尼系统进行了对比，结果表明van der Pol阻尼下三稳态能量采集器具有更高的采集性能．此外，还比较了不同阻尼对输出电能的影响，并讨论了最优输出功率.
  • 考虑界面形貌的新老混凝土梁抗弯性能细观分析
    刘庆辉, 李骞, 龚慧灵, 常诚
    2025, 46(4): 896-908. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2025.04.007
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    本文同时考虑混凝土的细观结构和界面粗糙形貌，建立新老混凝土梁细观有限元模型，分析其损伤失效全过程．采用随机骨料模型生成混凝土细观结构，其中骨料采用线弹性模型，砂浆和砂浆-骨料界面过渡区采用混凝土塑性损伤模型，新老混凝土界面采用内聚力-摩擦组合模型．通过与平整界面试验结果对比，抗折强度相对误差为2.22%，验证了模型的有效性．分析新老混凝土界面粗糙齿深度（3 mm、6 mm、9 mm和12 mm）和数量（2、4、6和8）的影响，并探讨界面摩擦系数对计算结果的影响规律．结果表明，粗糙齿几何参数对峰值荷载、峰后荷载和损伤演化过程有重要影响，当粗糙齿深度R从零增加到12 mm时，峰值荷载提升54.1%，峰后荷载从零提升至3.91 kN；当粗糙齿数量N从2增加到8时，峰值荷载和峰后荷载分别提升16.4%和122.0%．摩擦系数f对峰后荷载有显著影响，但对峰值荷载和裂纹路径影响有限．
  • 输变电设备多物理场降阶预测模型
    刘财喜, 许伟, 冯烁
    2025, 46(4): 909-921. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2025.04.008
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    输变电设备的多物理场仿真通常涉及复杂的耦合过程和高维度计算，导致计算成本高、响应速度慢，难以满足实时预测与在线监测需求．为此，本研究提出了一种基于轻量级降阶建模的输变电设备高效预测方法．首先，利用多物理场仿真模型获取设备在不同运行工况下的稀疏物理场数据．随后，采用本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition, POD)方法提取系统主导特征模态，实现全阶模型的降阶重构；在此基础上，结合机器学习算法，对降阶特征空间进行非线性映射与重建，从而建立轻量级的降阶预测模型．在典型输变电设备算例中的验证结果表明，该方法可将仿真计算时间由数小时甚至数天缩短至数分钟或数秒，整体计算效率提升数百倍，同时预测误差保持在5%以内．实验结果充分证明了所提出方法在计算效率与预测精度之间的优越平衡．本研究为输变电设备多物理场仿真的轻量化与实时化提供了可行路径，可广泛应用于电气设备的数字孪生、运行状态评估及智能运维，为电力系统的高效安全运行提供了关键的算法支撑．
  • 非局部宏-微观一致相变的热力学模型
    陈志鹏, 夏晓舟, 卢广达, 吕伟凡
    2025, 46(4): 922-933. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2025.04.009
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    结合非局部宏-微观一致损伤模型(Nonlocal Macro-Meso-Scale Consistent Damage Mode)和统一相场理论的基本思想，本文提出了一种非局部宏-微观一致相变的热力学模型(Nonlocal Macro-Micro-Scale Consistent Phase Transition Thermodynamic Mode, NMMP)，旨在突破传统相场方法中必须同时引入相场变量与温度变量进行双场耦合建模的局限性．该模型将任一点的微观结构抽象为一定范围内以该点为中心的轮毂状分布的键型体系，微观层面上，键的相态转变量由键方向的热流强度准则判定，其中键的临界热流由相态之间的相变能等效标定；宏观层面上，点的宏观拓扑相变量由其所有相连键的相态转变量加权平均获得，在此基础上，基于相变诱导的热导和热容等热学性能的动态适配行为，构建了随宏观拓扑相变量变化相适应的导温系数演化函数．接着，把建立的非局部宏-微观一致相变的热力学模型嵌入到有限元框架中，导出了相应的瞬态温度场有限元列式．通过与温度场-相变场相耦合的数值结果进行对比，验证了本文提出的NMMP模型的可靠性．所提的非局部宏-微观一致相变模型仅基于温度场演化，便于有效捕捉相变过程的热力学行为，为相变行为提供了更高效的模拟策略，也对微观结构的热调控设计提供了理论依据．
  • 一种新的低周疲劳寿命预测方法及其应用
    邢冬燕, 文阳阳, 高闯
    2025, 46(4): 934-947. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2025.04.010
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    针对热端部件因温度和应力分布不均而导致的低周疲劳寿命难以准确预测的难题，本文提出了一种考虑多参数影响的低周疲劳寿命预测新模型，该模型创新性地引入总应变幅值、弹性应变比、最大主应力及温度等关键影响参数．首先，基于退化模型，对某镍基高温合金多温度点(RT-650 ℃)的低周疲劳寿命进行预测分析，结果表明，在单一温度条件下，相较于传统的Manson-Coffin模型和SWT (Smith-Watson-Topper)模型，本模型预测结果除650 ℃温度点一个离散点落在±1.5和±2倍分散带之间，其余数据点均严格收敛于±1.5分散带之内，预测精度显著提升．其次，通过全局参数优化算法进行多温度场数据融合，结合留一交叉验证法(Leave-One-Out Cross-Validation, LOOCV)和泛化能力测试，验证了模型具有91.9%预测点位于±2倍分散带内的稳健性，且对非试验温度工况及多类工程合金材料展现优异外推能力和适应能力．最终工程验证表明，该模型应用于某小型燃气轮机涡轮盘低周疲劳寿命评估时，预测结果具有良好的合理性，为高温部件低周疲劳寿命评估提供了新的理论方法．
  • 中厚板极限上限分析的光滑有限元法
    夏江涛, 陈莘莘, 李庆华
    2025, 46(4): 948-957. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2025.04.011
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    中厚板结构在工程中应用广泛，其极限承载能力评估对保障结构安全至关重要．本文基于一阶剪切变形板理论，提出了von Mises屈服准则约束下中厚板极限上限分析的光滑有限元法．该方法在三角形单元网格基础上构造边光滑域，并在各光滑域内分别对弯曲应变和剪切应变进行独立平均处理．为有效克服剪切自锁问题，引入张量分量混合插值(Mixed Interpolation of Tensorial Components, MITC)技术，在三角形单元的边中点独立插值剪切应变分量．在沿中厚板中面与厚度方向积分获得中厚板塑性耗散功率的基础上，可将极限上限分析问题转化为满足等式约束的耗散功率最小化模型，并进一步表述为标准二阶锥规划形式，利用MOSEK优化求解器实现高效计算．数值算例表明，本文方法能够可靠地给出中厚板的极限荷载乘子上限，且未出现剪切自锁现象．
  • 镍基单晶涡轮叶片气膜孔结构等寿命疲劳强度评估
    李世洋, 裴海清, 李振威, 赵彦超, 温志勋, 岳珠峰
    2025, 46(4): 958-968. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2025.04.012
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    针对航空发动机涡轮叶片气膜冷却孔结构，开展了不同应力比下带气膜孔结构试样的疲劳试验，得到了不同应力比下的疲劳极限．绘制了107等寿命下应力比-疲劳强度图，并对数据进行拟合，获得气膜孔结构的极限强度，并得到疲劳强度随应力比的变化关系．将该关系转化为平均应力-幅值应力下107等寿命关系．对不同等寿命方程下的等寿命曲线进行对比分析，揭示气膜孔结构的等寿命规律差异．将其与材料级的107等寿命曲线进行对比分析，厘清气膜孔结构对镍基单晶合金等寿命规律的影响，并从等寿命分析角度提出将孔周近场应力作为气膜孔结构寿命评估的参照值．
  • 基于自由率无关弹塑性模型的金属疲劳研究
    王晓明, 马海鹏, 陈德田, 叶东杰, 叶继红
    2025, 46(4): 969-984. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2025.04.013
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    本文提出一个统一形式的自由率无关弹塑性模型来模拟金属材料在反复加载-卸载荷载下的疲劳现象．基于欧拉表述的对数客观率所构建的本构方程，能够解决弹性部分不可积分、剪切振荡等问题，其所推导出的应力-应变关系在变形全程可以始终保持光滑连续．新模型将屈服条件和加载-卸载条件作为内部特征包含于本构方程内部，不必额外考虑，从而减少了计算难度，这样的模式更加贴近材料实际的变形行为．以最简单的无硬化情况为例进行推导，得到金属材料在加载-卸载作用下的应力-应变关系．即使应力水平低于通常所说的屈服应力，在变形任意阶段都有可能产生塑性变形和塑性功，这样就能合理解释并预测高周疲劳产生．提出屈服强度随着塑性功变化的规律：当塑性功达到某一临界值，屈服强度接近0，表示材料失去抵抗变形的能力，从而发生疲劳破坏．结果表明，基于新模型得到的结果可以精确匹配和预测实验数据，为金属材料的设计提供了新的思路．
  • 考虑泊松比变化的功能梯度Kirchhoff 板的广义物理中面法
    李世荣, 万泽青, 朱蒋培
    2025, 46(4): 985-993. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2025.04.014
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    众所周知，采用物理中面法可以消去功能梯度材料板几何方程中的拉-弯耦合，简化弯曲问题的求解．然而，现有物理中面公式的推导采用了泊松比为常数的假设，忽略了泊松比沿着板厚的变化．本文考虑泊松比变化，推导出了材料性质沿着厚度非均匀变化的功能梯度材料Kirchhoff板的广义物理中面，给出了三个位置参数表示的计算公式．由此，将板的应变和等效力矩用弹性曲面的曲率来表示，消去了挠度与面内位移的拉-弯耦合．进一步推导出了薄板静力弯曲的等效弯曲刚度，并通过数值算例定量分析了泊松比常数假设对功能梯度板的弯曲变形预测精度的影响．以陶瓷/金属组分的功能梯度板为例，如果取组分材料的泊松比平均值作为计算常数，则由常数假设下的物理中面导出的等效弯曲刚度，与本文放弃该假设而导出的等效刚度之间的相对误差最大可超过5%．本文给出了比现有文献中更为精确的三参数广义物理中面的位置参数及其等效刚度的解析公式，这对功能梯度材料Kirchhoff板的静动态响应分析具有一定的理论和应用参考价值．
  • 燃气轮机涡轮叶片在残余应力场驱动下的疲劳裂纹扩展及寿命预测
    杜青, 王永强, 徐茂盛, 陈坚, 吴宏, 宋志强
    2025, 46(4): 994-1011. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2025.04.015
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    涡轮叶片的寿命受到疲劳裂纹扩展的影响，频繁启停和高温高压的工作环境决定了残余应力是影响裂纹扩展的关键因素．针对高温燃气轮机运行中涡轮叶片“热点”区域易发生疲劳裂纹扩展的问题，建立了一种考虑残余应力驱动机制的断裂寿命有限元预测方法．该方法基于顺序热力耦合有限元分析，模拟涡轮叶片在热-机械疲劳(TMF)循环中高温蠕变和塑性变形引起的残余应力演化过程；并借助FRANC3D对叶片尾缘高温残余应力集中区引入初始裂纹，结合残余应力场开展裂纹扩展路径及寿命计算．研究发现，尾缘及缘板边缘区域的残余拉应力显著，是裂纹萌生与扩展的主导因素；其中尾缘“热点”区域的裂纹扩展寿命最短，约为29 000次循环．分析表明，初始裂纹宽深比越小，其裂纹扩展寿命越短，且裂纹扩展轨迹与第一主应力方向一致．本文所构建的仿真框架具备良好的工程适应性，可为高温涡轮叶片疲劳寿命预测与优化设计提供有效支撑．
  • 可伸缩悬臂层合板的动力学建模及稳定性分析
    高艳红, 王金博
    2025, 46(4): 1012-1024. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2025.04.016
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    轴向可伸缩翼通常被简化为轴向可伸缩悬臂板进行研究．轴向可伸缩悬臂板作为一种复杂的时变结构，其质量、刚度、阻尼具有时变性，相比定长结构，这种结构在复杂外力作用下更易产生大幅振动、颤振而发生结构失稳破坏现象，影响结构的工作精度和使用寿命．因此对可伸缩悬臂板进行动力学建模及稳定性研究至关重要．本文第一次通过瞬态特征值法和刚度矩阵法研究轴向外伸悬臂板的稳定性．首先基于经典层合板理论和Hamilton原理对气动力作用下的可伸缩悬臂复合材料层合板进行动力学建模．然后，采用Galerkin法两阶截断得到带有时变系数的常微分方程．研究板外伸和回收过程中轴向移动加速度、速度对频率和振幅的影响，研究发现轴向移动悬臂外伸板在外伸初始阶段振幅呈现周期变化，当板长度增加到一定程度时，系统周期振荡消失，结构发生发散失稳．本文通过瞬态特征值法研究速度、加速度及板厚对轴向外伸悬臂板的稳定性的影响，并采用刚度矩阵法与其进行对比验证，结果取得良好的一致性，表明了这两种方法的有效性．
  • 带状弹簧片驱动的柔性铰链设计分析与实验验证
    杨旭伟, 张淑杰, 周阳
    2025, 46(4): 1025-1035. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2025.04.017
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    带状弹簧片驱动的柔性铰链能够弹性折叠储存应变能，通过释放所储存的应变能实现自由展开，可用于航天器可展结构的展开/收拢．本文针对带弹簧铰链，完成了结构设计和仿真分析，研究发现铰链弯折中心对铰链的峰值力矩(Md)和稳态力矩(M*)会产生一定影响，选择合适的弯折中心可使带弹簧铰链的力矩-转角曲线中出现力矩为零的奇点．此外，根据设计加工制作了铰链实物模型，通过弯折实验测量铰链平衡时的弯折角度，证明带弹簧铰链中的确存在力矩为零的状态，即力矩-转角曲线中奇点所对应的状态，带弹簧铰链在该状态对应的弯折角度下能够保持稳定，从而验证了仿真分析的合理性，也为工程应用提供了设计参考．
  • 考虑水泥掺量和龄期影响的水泥土渗透模型
    崔建, 王荣臻, 卢鹏, 何钱生, 赵利增, 邓益兵, 吕玺琳
    2025, 46(4): 1036-1046. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2025.04.018
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    建立一种能考虑水泥掺量和龄期的水泥土渗透模型，以便定量地估计水泥土渗透系数．通过引入水化程度参数，建立了水泥水化过程的水泥土孔隙率计算模型，定义孔隙构造因子，构造了土体孔隙构造因子与土的塑性指数的幂律关系，通过引入归一化孔隙构造因子，建立了水泥土孔隙构造因子与水泥掺量和水化程度的函数关系，最后以多孔介质孔隙管道流渗流模型为基础，建立考虑水泥掺量和龄期的水泥土半理论半经验的水泥土渗透模型．模型需要土的塑性指数、水泥土的初始含水量和水灰比三个基本参数．通过六种不同水泥土的渗透试验结果对模型进行验证，结果表明该模型能够合理反映水泥掺量和龄期对水泥土渗透系数的影响．研究成果可为水泥土渗透特性的定量分析提供理论依据．
  • 不同粗骨料取代率再生混凝土的断裂相场研究
    王富强, 阳利君, 陈钰婷, 李卫宁, 刘承
    2025, 46(4): 1047-1057. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2025.04.019
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    再生混凝土作为资源化利用废弃混凝土的重要途径，能够有效缓解天然骨料消耗及建筑固体废弃物堆积引发的环境压力．本文基于广义混合规则理论，构建了粗骨料取代率对再生混凝土弹性模量、抗压强度及断裂能的影响模型，并通过多组文献实验数据验证了模型的可靠性．在此基础上，结合相场断裂理论，提出一种适用于变取代率条件下的再生混凝土断裂本构模型，并将其应用于三点弯曲梁破坏过程的数值模拟．研究表明：(1) 所建模型能够精准预测材料力学参数随取代率的变化规律，计算值与实测值吻合度较高；(2) 引入相场方法后，裂纹扩展路径与荷载-CMOD曲线均与实验结果高度一致，证实了该模型在工程结构失效分析中的适用性．
  • 基于数字图像处理的风机叶片和塔筒位移测量
    葛雨辰, 黄星鉴, 朱飞鹏
    2025, 46(4): 1058-1068. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2025.04.020
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    风电机组健康监测是保证风机安全运行的重要手段，传统接触式检测技术存在额外负重、安装繁琐等不足．基于非接触式光学检测及数字图像处理(Digital Image Processing, DIP)研究了风机叶片与塔筒位移测量方法．使用HSV (Hue Saturation Value)颜色空间方法提取风机叶片标记点坐标信息，根据计算出相邻叶片角度评判风机叶片变形程度；使用ORB (Oriented FAST and Rotated BRIEF)特征点检测和knnMatch (k-NearestNeighbor Match)特征匹配识别塔筒上感兴趣区域(Region of Interest, ROI)坐标，实现塔筒振动位移的快速测量．此外，使用角度测量仪与数字散斑相关(Digital Image Correlation, DIC)验证上述方法的可行性和精度．
  • 含圆孔洞木梁中性轴的理论计算方法及其试验验证
    安浩铭, 温宇鑫, 李龙
    2025, 46(4): 1069-1082. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2025.04.021
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    孔洞改变了木梁弯曲时的应变和应力分布，难以准确预测含孔洞木梁的中性轴位置、评估木质结构的健康状态．为此，本文基于平截面假定和理想梯形应力分布模型，提出用于计算无疵孔梁和含孔洞木梁中性轴位置的预测模型，并采用数字图像相关(Digital Image Correlation, DIC)技术对木梁进行了四点弯曲试验，验证中性轴位置预测模型的准确性．当载荷水平为Fmax/3和2Fmax/3时，理论预测结果与四点弯曲试验结果之间具有良好的一致性．在极限载荷时，木梁底部的最大拉应变超过弹性极限拉应变，受拉区开始出现塑性变形，导致理论预测结果与试验测试结果的相对误差明显增大．本研究提出的理论计算模型能够较好地预测无疵木梁以及含孔洞木梁的中性轴位置，将为基于中性轴位置的木质结构健康监测提供理论依据与试验支持．
  • 正交各向异性层状土中群桩扭转振动耦合解析
    廉子昕, 祝彦知, 纠永志
    2025, 46(4): 1083-1096. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2025.04.022
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    针对正交各向异性层状地基中群桩扭转振动响应分析的复杂性，本研究提出一种高效解析方法．创新性地引入几何相位修正的汉克尔积分变换处理环形桩群波动干涉问题，结合广义传递矩阵法建立桩-土-桩三维耦合动力学模型，推导群桩扭转动力阻抗的频域显式解．该方法揭示了桩间距与土体各向异性参数的耦合机制，建立了覆盖典型工程参数的简化设计公式，计算效率较传统三维模拟提升量级．研究表明：桩间距与排列方式通过调控波动干涉效应显著改变阻抗谱特征；各向异性参数与层间反射耦合共同影响扭矩分配规律．研究成果为滨海沉积地层桩基设计提供理论支撑．
  • 随机压电复合材料的非互易弹性波传播
    江胜, 万永平, 岳岩鹏
    2025, 46(4): 1097-1109. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2025.04.023
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    为实现材料或结构中的非互易弹性波传播，引入几何非对称微结构是一种简单且有效的方法．本文考虑了含取向一致球割体夹杂的随机压电复合材料，研究弹性波在这种材料中的非互易传播．首先通过积分的转换消除了球割体域内动态格林算子体积平均张量中的狄拉克函数及其导函数，进而运用迭代法数值求解压电复合材料动态有效性质的自洽方程组，通过与实验对比验证了退化的结果，然后分别以波的频率和夹杂形状参数为变量，计算并对比了相同的弹性波沿相反方向传播时的动态有效性质．结果表明，在某些频率范围有明显的非互易现象，且改变夹杂形状时非互易的程度也有所不同，因此在实际工程应用中可以通过合理的微结构设计来实现特定的波动性质，这为压电复合材料中弹性波的调控提供了新的思路．