2020年度《力学学报》“领跑者5000”论文_中国煤炭行业知识服务平台

2020年度《力学学报》“领跑者5000”论文

来源：力学学报

领跑者5000(简称F5000),是中国科学技术信息研究所自2000年开始立项开发的国家级研究课题，旨在将中国精品科技期刊上发表的部分优秀论文推向国内外的高端平台，在更大范围内向世界展示和推广我国最重要的科研成果，以扩大期刊和作者的学术影响力，引领我国高水平科技期刊事业的发展和成长。

行业视野: F5000
类别; 84个
关键词; 81位
专家; 20篇
论文; 4452IP
点击量; 2816次
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岩溶隧道突水灾害形成机理及发展趋势

作者(Author)：李术才, 王康, 李利平, 周宗青, 石少帅, 柳尚

摘要：岩溶隧道突水灾害具有“强突发、高水压、大流量、多类型”等显著特点，其灾变演化过程复杂、动力失稳规律尚不清楚.本文系统提出了小同类型突水灾害的发生条件、判据及安全厚度分析方法，剖析了近期研究进展及发展趋势.首先，给出了隧道突水灾害的概念、类型及构成三要素，从系统论角度分析了隧道突水的灾变过程;其次，总结了隧道突水灾害致灾机理、力学模型、失稳判据和最小安全厚度等方面的近期研究成果;最后，从构成三要素角度分析了隧道突水致灾机理方而的现状与问题，并提出了今后的发展趋势与方向，主要有:（1）灾害源固液气三相置换机制与释能模式，(2)突水通道多相物质迁移与流态演化规律，(3)隔水阻泥结构动力灾变演化机理，(4)突水通道破裂形成过程的模拟分析方法等.

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土-结构动力相互作用分析中基于人工边界子结构的地震波动输入方法

作者(Author)：刘晶波, 谭辉, 宝鑫, 王东洋, 李述涛

摘要：数值模拟是解决土一结构动力相互作用问题的重要手段，而合理地实现地震波动输入直接影响地震作用下土一结构动力相互作用问题数值模拟的精度.波动法是目前常用的地震动输入方法之一，该方法将输入地震动转化为人工边界上的等效载荷，相较于其他地震动输入方法，波动法模拟精度高，但实施上相对复杂.从有限元模型入手，推导了采用波动法确定等效输入地震载荷的另一种形式，以此为基础，提出了一种在人工边界上实现地震动输入的新方法.新方法通过对土一结构有限元模型中山包含人工边界节点的单元组成的子结构施加自山场位移时程并进行动力分析，直接获得可实现地震波动有效输入的等效载荷，然后将等效输入地震载荷施加在土一结构模型的人工边界节点上，从而完成土一结构动力相互作用问题分析中地震动输入和地震反应计算.与原有波动法相比，新方法避免了需分别计算人工边界上自山场应力和山引入人工边界条件带来的附加力，以及需要根据不同人工边界面确定载荷的作用方向等较为复杂的处理过程，具有等效地震载荷计算简便、地震动输入过程更易于实施的特点.采用竖直入射和斜入射地震波动作用下的弹性半空间和成层半空间地震反应算例验证了新方法的有效性.

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石英玻璃圆环高速膨胀碎裂过程的离散元模拟

作者(Author)：熊迅, 李天密, 马棋棋, 方继松, 郑宇轩, 周风华

摘要：采用离散元算法模拟了石英玻璃圆环受到外加动态载荷时的力学行为.首先基于fiat-jointed粘结模型，通过标准的单轴拉压、三点弯曲等数值实验来标定了石英玻璃的微观参数.在此模型基础上，数值模拟再现了石英玻璃圆环在小同应变率下的膨胀碎裂过程.为定量分析数值模拟结果，需要准确确定圆环的碎裂发生时刻.模拟发现:伴随着石英玻璃圆环的断裂，圆环外表而粒子径向膨胀速度的时程曲线会发生突然升高然后下降的跳动;详细分析表明，这种跳动源自周向的脆性断裂诱发的卸载波(周向拉伸应力急剧下降)以及伴随而来的泊松膨胀，这种径向速度跳动现象为实验中检测脆性断裂发生时刻提供了可能.进一步的数值研究表明:(1)石英玻璃圆环的断裂应变随着应变率的提高而增大，与韧性金属材料的膨胀环实验结果一致;(2)石英玻璃圆环的碎片平均质量随着应变率的增大而减小;(3)数值计算获得的碎片平均尺寸与已有的理论和实验结果比较吻介.利用液压膨胀环实验装置对石英玻璃圆环进行了验证性实验，回收得到的碎片形貌及碎片个数与数值模拟的结果基本一致.

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三剪应力统一强度理论研究

作者(Author)：高江平, 杨华, 蒋宇飞, 吴鹏阁, 孙世界

摘要：材料强度理论研究是高等材料力学的一个重要研究领域，200多年来，各国学者提出了许多强度理论及试验研究结果.这些理论都是从不同的假设和力学模型出发，推导出不同的数学表达式，但一般只适用于某一类特定的材料.各种强度理论之间是否有联系?是否可能建立一个广泛适用的统一强度理论?自19世纪末以来，世界各国学者都在努力寻求建立统一强度理论，但一直没有成功.本文应用理论研究和试验验证相结合的方法，提出并验证了三剪应力统一强度理论。认为当作用于菱形十二面单元体上的三个主剪应力及其作用面上的三个正应力的函数达到某一极限值时，材料发生破坏.三剪应力统一强度理论是全应力理论，它用一个统一的线性表达式包含或逼近了现有的和其他新的各种单一和统一、线性和非线性、外凸和非凸的强度理论，形成了以单剪强度理论为下限、而以三剪应力强度理论为上限的一系列强度理论的新体系，实现了外凸强度理论和非凸强度理论的高度统一，使强度理论从适用于某一类材料、某种应力状态的单一强度理论发展为可以适用于各种材料及不同应力状态的统一强度理论，并能更大程度地发挥材料的强度潜力.通过与大量试验结果的对比分析表明:三剪应力统一强度理论可以广泛适用于各种材料及其不同的应力状态.

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软体机器人结构机理与驱动材料研究综述

作者(Author)：李铁风, 李国瑞, 梁艺鸣, 程听雨, 杨栩旭, 黄志龙

摘要：软体机器人是一类新型机器人，具有结构柔软度高，环境适应性好，亲和性强，功能多样等特点，有着i分广阔的研究和应用前景.智能材料在软体机器人结构设计及实际应用中扮演了重要的角色，其特殊的驱动机制极大拓展了软体机器人的功能.介绍了软体机器人的发展和研究现状，按其应用场合及功能总结了几种典型的软体机器人.从仿生机理的角度，介绍了蠕虫、弯曲爬行虫、鱼类游动等几类仿生运动机理以及其相应的软体机器人.还按小同驱动类型将软体机器人归纳为气动、形状记忆介金、离子交换聚介物金属复合材料、介电高弹体、响应水凝胶、化学燃烧驱动等类型.介绍了软体机器人的制作方法与工艺，分析了目前软体机器人研究的主要挑战，提出对未来研究的展望.

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黏弹性人工边界等效荷载计算的改进方法

作者(Author)：章小龙, 李小军, 陈国兴, 周正华

摘要：黏弹性人工边界在场地地震反应和结构一地基动力相互作用等问题的计算中已得到了广泛的应用.地震波在黏弹性人工边界中的输入是通过将地震波转化为作用于人工边界处的等效载荷来实现的.计算等效节点载荷的常规方法默认边界节点对应区域内的应力为均布力，但实际上该节点对应区域内的应力分布通常是小均匀的.本文在有限元方法结合黏弹性局部人工边界的显式时域波动方法的基础上，建立了无限域散射问题地震波等效载荷计算的一种改进方法.该方法采用细化网格与应力积分相结介的方法计算人工边界等效节点力，有效地降低了人工边界上等效节点力的计算误差.以小同角度入射地震波的二维算例为例，算例给出的波场位移云图和节点位移时程曲线验证了本文方法的有效性，其计算精度与网格尺寸和地震波入射角度密切相关，且网格越小、入射角度越小，计算精度越高.对于相同的网格尺寸，本文采用方法的计算精度明显高于常规方法，尤其是对于斜入射问题优势更为明显.

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粒子法中压力振荡的机理研究

作者(Author)：朱跃, 姜胜耀, 杨星团, 段日强

摘要：移动粒子半隐式法(moving particle semi-implicit method, MPS)是一种适用于不可压缩流体的无网格方法，MPS方法常应用于自由表面大变形问题.MPS方法提出至今一直存在着严重的压力振荡问题.本研究针对MPS方法中存在的压力振荡现象，首先将实际的物理问题简化为一维模型，并从粒子之问相互位置关系的角说明了MPS方法中压力波动产生的原因.在采用MPS方法进行模拟时，加入了粒子碰撞模型，通过对碰撞系数的选择从而控制粒子之问的相互位置关系.并且对经典的溃坝问题进行了模拟。结果表明随着碰撞系数的增加，粒子数密度偏差的波动幅度都会减小，从而压力振荡的幅度得到了有效的抑制.并且对比了两种小同核函数对压力振荡的影响，结果表明:采用高斯核函数时，压力振荡的幅度更小，这是因为采用高斯核函数时，相同的粒子位置波动幅度将会得到较小的粒子数密度偏差的波动.由于在模拟过程中粒子运动的随机性，这将导致粒子数密度偏差产生随机的波动，从而产生压力振荡，因此粒子法中的压力振荡很难彻底消除.

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空间刚性杆-弹簧组合结构轨道、姿态祸合耦合动力学分析

作者(Author)：尹婷婷, 邓子辰, 胡伟鹏, 李庆军, 曹珊珊

摘要：以空间太阳帆塔在轨运行中遇到的强耦合动力学问题为研究背景，建立了空间刚性杆一弹簧组介结构轨道与姿态耦合问题的动力学模型，采用辛(几何)算法研究了其轨道与姿态耦合的动力学行为，研究结果可以从系统的能量保持情况间接得到验证.首先，基于变分原理，通过引入对偶变量将描述空间刚性杆一弹簧组合结构动力学行为的拉格朗日方程导入哈密尔顿体系，建立简化模型的正则控制方程;随后，采用辛龙格库塔方法模拟分析了地球非球摄动对轨道、姿态的影响及系统能量的数值偏差问题.数值模拟结果显示:随着初始姿态角速度增大，轨道半径的扰动增大，轨道与姿态之间的耦合效应加剧;带谐摄动对空间刚性杆一弹簧组介结构模型的轨道、姿态产生的影响比田谐摄动要高出至少两个数量级;同时辛龙格库塔方法能更好地快速模拟地球非球摄动影响下空间刚性杆一弹簧组合结构的动力学行为，并能够长时间保持系统的总能量，有望为超大空间结构实时反馈控制提供实时动力学响应结果.

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