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考虑表面效应的功能梯度夹层纳米板屈曲和后屈曲研究

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固体力学学报 2025年

作者：肖俊华王杰燕山大学工程力学系燕山大学河北省重型装备与大型结构力学可靠性重点实验室中科院力学研究所非线性力学国家重点实验室中国科学院大学工程科学学院

功能梯度材料制成的微纳结构元件的力学性能截然不同于常规材料制成的宏观结构。本文基于Kirchhoff板理论以及考虑剪切变形的Mindlin板理论，研究了表面效应影响下功能梯度夹层纳米板的屈曲和后屈曲行为。通过平衡分析导出了屈曲和后屈... 详细信息

功能梯度材料制成的微纳结构元件的力学性能截然不同于常规材料制成的宏观结构。本文基于Kirchhoff板理论以及考虑剪切变形的Mindlin板理论，研究了表面效应影响下功能梯度夹层纳米板的屈曲和后屈曲行为。通过平衡分析导出了屈曲和后屈曲的控制方程，得到了单轴和双轴压缩下临界屈曲载荷的解析解。利用Galerkin方法，给出了加载边可动和不可动两种边界条件下临界后屈曲载荷解答。数值结果表明，表面效应对功能梯度纳米层合板稳定性的影响与组成板的材料的体积分数有关，也与结构表面积与体积的比值有关。考虑剪切变形会减小功能梯度纳米层合板的屈曲和后屈曲的临界载荷；对于较薄纳米层合板可以忽略剪切变形的影响。

关键词：表面效应功能梯度材料矩形层合板屈曲后屈曲

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软材料大变形断裂的相场建模与应用

高分子学报 2025年

作者：田富成冀家乐陈树昱李良彬中国科学技术大学国家同步辐射实验室安徽省先进功能高分子薄膜工程实验室中国科学院软物质化学重点实验室

软材料具有承受大应变和高可恢复性的独特特性，使其在生命科学和软机器人等前沿领域具有不可替代的作用.了解此类材料的复杂断裂行为不仅具有迫切的应用需求，也是材料科学、物理学和连续介质力学等基础学科的研究重点.本文介绍了作者... 详细信息

软材料具有承受大应变和高可恢复性的独特特性，使其在生命科学和软机器人等前沿领域具有不可替代的作用.了解此类材料的复杂断裂行为不仅具有迫切的应用需求，也是材料科学、物理学和连续介质力学等基础学科的研究重点.本文介绍了作者在断裂相场模型方面所做的一些工作，主要关注软材料的大变形断裂相场建模、算法实施以及应用.在有限变形理论框架下，作者发展一种新的混合多场断裂相场模型，用于模拟近不可压缩软材料的大变形断裂.从物理裂纹拓扑的角度清楚阐述了不可压缩性与扩散裂纹张开之间的内在矛盾.为了解决这个问题，该模型利用相场退化函数放松了损伤材料的不可压缩性约束，而不影响完好材料的不可压缩性.通过修改经典的摄动拉格朗日乘子方法，导出了用于近不可压缩大变形断裂问题的新型多场混合变分格式.虽然该混合格式切实有效，但通常需要采用满足inf-sup条件的混合有限元(FE)配置，这进一步加剧了本已昂贵的相场断裂建模的计算负担.为了能够使用具有数值优势的低阶线性单元，作者采用压力投影技术开发了一种稳定的混合公式.该公式的优点在于其简单性和多功能性，允许对所有场变量采用低阶单元离散.考虑到这一特性，作者进一步设计了一种高效的自适应网格划分策略，从而大幅提高了计算效率.为了更好地应对涉及裂纹成核的自适应场景，提出了一种新的基于能量的网格细化判据.此外，本文也完整阐述了稳定混合有限元公式的数值处理，以及自适应网格细化，删除技术的核心操作.所提出的格式的准确性、效率和稳健性已经通过一系列具有代表性的数值案例得到了充分的验证.

关键词：相场模型软材料大变形断裂复杂裂纹不可压缩约束

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高温冻土双屈服面统一本构模型及其验证

岩土工程学报 2025年第1期47卷 135-143页

作者：王涛凡红王康任周国庆王亮亮中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116 深圳市城市公共安全技术研究院有限公司城市安全风险监测预警应急管理部重点实验室广东深圳518023 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 深圳市城市公共安全技术研究院有限公司深圳市城市灾害数字孪生重点实验室广东深圳518023

高温冻土本构模型是准确计算冻土体应力与变形的关键。基于修正剑桥模型及双屈服面理论,考虑高温冻土黏聚力及内摩擦角的影响,以整体变形ε_v-lnp曲线描述试样变形特征,采用应力路径相关因子修正当前屈服面及参考屈服面硬化参量,建立了... 详细信息

高温冻土本构模型是准确计算冻土体应力与变形的关键。基于修正剑桥模型及双屈服面理论,考虑高温冻土黏聚力及内摩擦角的影响,以整体变形ε_v-lnp曲线描述试样变形特征,采用应力路径相关因子修正当前屈服面及参考屈服面硬化参量,建立了一个高温冻土双屈服面统一本构模型。结合弹塑性理论推导获得了应力应变关系的增量形式,给出了模型参数的含义与简便确定方法,定义了反映高温冻土当前状态的固结参数及潜在强度,剖析了其与硬化参量之间的相互依赖、相互制约动态循环关系,分析了整个应力路径中的模型状态演化过程,利用试验数据对构建的本构模型进行了验证,结果表明提出的本构模型能够很好地预测高温冻土在常规三轴应力路径下的应力应变行为。

关键词：冻土冻土力学强度变形本构模型

双重孔径泡沫金属材料的强度和热性能多目标优化设计

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金属学报 2010年第1期46卷 104-110页

作者：寇东鹏虞吉林中国科学技术大学中科院材料力学行为和设计重点实验室合肥230027

对双重孔径泡沫金属稳态热传导过程进行了数值模拟,发现相同密度下双重孔径泡沫金属导热系数高于单一孔径泡沫金属,但随着孔径比增大,材料导热系数减小。通过对有限元计算结果的多项式拟合得到了目标函数,建立了包含强度、隔热和轻质3... 详细信息

对双重孔径泡沫金属稳态热传导过程进行了数值模拟,发现相同密度下双重孔径泡沫金属导热系数高于单一孔径泡沫金属,但随着孔径比增大,材料导热系数减小。通过对有限元计算结果的多项式拟合得到了目标函数,建立了包含强度、隔热和轻质3个目标函数的多目标优化设计数学模型,讨论了构件质量一定的情况下双重孔径泡沫金属材料设计参数的选取,获得了满足强度要求,同时隔热性能最优的泡沫金属孔径比、密度和构件厚度。泡沫金属构件隔热参数——屈服应力图表明,作为同时满足承载和隔热要求的泡沫金属板构件,选用双重孔径泡沫金属的构件综合性能要显著优于单一孔径泡沫金属构件。

关键词：泡沫金属强度热性能多目标优化设计

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Al-Cu多晶锯齿形屈服现象中的尺度效应

物理学报 2006年第7期55卷 3558-3568页

作者：卢俊勇蒋震宇张青川江慧丰刘颢文中国科学技术大学中科院材料力学行为和设计重点实验室合肥230027

对Al-Cu多晶合金锯齿形屈服现象中各特征物理量(应力跌幅、跌落时间和再加载时间)随应变演化的规律进行了系统研究,讨论了不同厚度试件演化结果的区别.同时,这种尺度效应还表现为相同加载条件下1,2mm厚度试件与3mm厚度试件的Portevin-Le... 详细信息

对Al-Cu多晶合金锯齿形屈服现象中各特征物理量(应力跌幅、跌落时间和再加载时间)随应变演化的规律进行了系统研究,讨论了不同厚度试件演化结果的区别.同时,这种尺度效应还表现为相同加载条件下1,2mm厚度试件与3mm厚度试件的Portevin-LeChartelier(PLC)类型的差异.利用非线性时间序列分析的方法对前者在相空间中吸引子的几何特性进行了描述,并通过主分量分析的方法初步判定其中存在着混沌行为.后者演化过程中应力跌落事件按跌落幅度统计分布符合幂律规律,具有自组织临界性特征.最后,借助自组织临界性概念,从微观涨落被非线性机理放大角度尝试性地对PLC变形带的形成提出了一个解释.

关键词：锯齿形屈服尺度效应 Al-Cu合金

非晶Ti_3Al合金的变形晶化机理的原子模拟

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物理学报 2007年第3期56卷 1489-1493页

作者：王海龙王秀喜王宇梁海弋中国科学技术大学中科院材料力学行为和设计重点实验室合肥230026

利用分子动力学方法研究了非晶Ti3Al合金拉伸过程中的晶化行为,模拟结果表明局部塑性变形导致非晶合金晶化.从微观结构演化的角度分析了拉伸过程中的晶化机理,局部剪切导致拉伸过程中晶粒发生成核与合并,最终生成的晶粒具有面心立方结构... 详细信息

利用分子动力学方法研究了非晶Ti3Al合金拉伸过程中的晶化行为,模拟结果表明局部塑性变形导致非晶合金晶化.从微观结构演化的角度分析了拉伸过程中的晶化机理,局部剪切导致拉伸过程中晶粒发生成核与合并,最终生成的晶粒具有面心立方结构.晶核的生长过程伴随着应力强化现象,非晶相中的纳米晶粒能提高非晶合金材料的强度.

关键词：非晶合金变形晶化分子动力学 Ti3Al合金

半球形弹头钢长杆弹侵彻半无限铝合金靶的数值模拟

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工程力学 2009年第10期26卷 183-190页

作者：兰彬文鹤鸣中国科学技术大学中科院材料力学行为和设计国家重点实验室安徽合肥230027

利用显式动力有限元程序ANSYS/LS-DYNA,采用ALE方法和Steinberg本构模型对半球形弹头4340钢长杆弹侵彻半无限厚6061-T6511铝合金靶进行了数值模拟。模拟结果表明:根据打击速度的不同,4340钢长杆弹分别以刚体、变形非消蚀体和消蚀体侵彻6... 详细信息

利用显式动力有限元程序ANSYS/LS-DYNA,采用ALE方法和Steinberg本构模型对半球形弹头4340钢长杆弹侵彻半无限厚6061-T6511铝合金靶进行了数值模拟。模拟结果表明:根据打击速度的不同,4340钢长杆弹分别以刚体、变形非消蚀体和消蚀体侵彻6061-T6511铝合金靶,这与Forrestal等的实验观测相符,模拟得到的侵彻深度与实验数据变化趋势也相同。模拟结果也表明:对于变形而不消蚀的弹体,撞击初期主要是弹头变粗,其后杆身变粗,变形期间弹尾速度下降较快,侵彻速度较稳定;杆身轴线上未变形区到变形区的过渡区域两端侵彻方向应力分别接近弹体材料的Hugoniot弹性极限和初始屈服强度。

关键词：长杆弹半无限靶侵彻 Steinberg模型数值模拟

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再生尼龙6纤维的制备及性能研究

化工新型材料 2025年

作者：石双友施永明朱金唐胡志宇崔宁史贤宁吴鹏飞中国纺织科学研究院有限公司生物源纤维制造技术国家重点实验室东华大学材料科学与工程学院

以废旧纺织品回收尼龙6（PA6）为原料，通过熔融纺丝法以3000m/min的纺丝速率制备了再生PA6纤维。通过元素分析、傅里叶转换红外光谱（FT-IR）和核磁共振氢谱(1H NMR)等手段对回收PA6中含有的杂质离子及其结构进行表征，并且通过热重分... 详细信息

以废旧纺织品回收尼龙6（PA6）为原料，通过熔融纺丝法以3000m/min的纺丝速率制备了再生PA6纤维。通过元素分析、傅里叶转换红外光谱（FT-IR）和核磁共振氢谱(1H NMR)等手段对回收PA6中含有的杂质离子及其结构进行表征，并且通过热重分析（TG）、差示扫描量热（DSC）和广角X射线衍射（WAXD）等手段研究了再生PA6纤维的稳定性、热性能和力学性能。结果表明：与纯PA6纤维相比，再生PA6纤维同样具有良好的热稳定性和尺寸稳定性；回收PA6中残余过多的Ca2+会与PA6纤维发生络合反应，破坏分子间的氢键，导致再生PA6纤维的热稳定性变差、熔点和结晶温度降低；纤维经过拉伸定型后，纤维内部晶型无法由γ晶向α晶转变；此外，回收PA6中染料的存在会降低纤维的断裂强度。可为废旧纺织品中PA6原料的回收再循环利用提供科学指导。

关键词：废旧纺织品回收尼龙6 再生纤维结晶力学性能

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Al-Mg合金中锯齿形屈服现象的热分析

物理学报 2010年第1期59卷 458-465页

作者：曹鹏涛张青川符师桦胡琦高云中国科学技术大学、中科院材料力学行为和设计重点实验室合肥230027

研究了在室温、定加载应变率拉伸的情况下Al-Mg合金中的锯齿形屈服现象.伴随着锯齿形屈服现象的发生,试件表面温度场会发生变化.而红外相机能以较高的时间、空间分辨率记录下随时间变化的试件表面温度场图像.通过分析这些热图像,探讨了... 详细信息

研究了在室温、定加载应变率拉伸的情况下Al-Mg合金中的锯齿形屈服现象.伴随着锯齿形屈服现象的发生,试件表面温度场会发生变化.而红外相机能以较高的时间、空间分辨率记录下随时间变化的试件表面温度场图像.通过分析这些热图像,探讨了A,B两种类型带的传播规律,得到了局域变形带的带宽、倾角、传播速度等特征参数.在此基础上,引入热传导方程,求得了带内的应变率.实验和计算都发现B类型带产生时试件表面带外区域存在弹性收缩现象,由此提出以是否存在带外收缩变形作为划分A,B类型带的新标准.

关键词：锯齿形屈服红外测温动态应变时效应变局域化