力学进展

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深度学习赋能结构拓扑优化设计方法研究

陈小前, 张泽雨, 李昱, 姚雯, 周炜恩

2024, 54(2): 213-258. doi: 10.6052/1000-0992-23-052

摘要(2215)

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摘要:
本文综合论述了近年来结构拓扑优化领域与深度学习技术交叉融合发展的相关研究进展. 围绕结构拓扑优化设计的核心方法与关键环节, 从深度学习赋能的角度系统性梳理了两大类赋能方法. 研究指出, 基于深度学习技术的结构优化设计全局代理模型构建方法作为一种直接映射式结构设计方法, 因其简单而典型的设计思想目前已被广泛研究, 然而全局代理模型在计算性和泛化性上的局限与不足也尤为明显; 融合深度学习技术的结构优化设计局部子环节加速与替代方法是一种更加灵活与多样的局部赋能形式, 具有较好的普适性和独特的优越性. 文章对智能赋能结构优化未来的发展进行了展望, 研究重点在于深度学习与结构设计的有机结合方式, 以及数据和知识的混合驱动设计范式.

细胞核生物力学研究进展

刘中乾, 齐颖新

2024, 54(2): 259-307. doi: 10.6052/1000-0992-23-053

摘要(1094)

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摘要:
细胞核是细胞内最大、刚度最高的细胞器, 也是遗传信息储存、复制和转录的中心场所, 在生命活动调节方面发挥关键作用. 研究表明, 生物力学因素在细胞核结构和功能的动态变化调控中至关重要. 核骨架蛋白和核孔复合体作为细胞核典型的力学响应组分, 在维持细胞核形态结构的同时将细胞骨架传递而来的力呈递至染色质, 进而影响染色质构象、基因表达等一系列细胞核相关活动, 调控细胞功能. 细胞核及其组分对应力信号的感知和转导已成为生物力学研究的前沿热点之一. 为更深入地认识生理和病理状态下细胞核的力学特性, 揭示其在细胞命运决定中的作用和机制, 本文总结了细胞核生物力学相关的研究进展, 重点介绍了细胞核骨架、核孔复合体和染色质的物理结构、力学响应过程、各组分的相互作用以及用于细胞核生物力学研究的技术进展, 最后总结了细胞核与早衰综合症、神经退行性疾病和心血管疾病的关系, 并对细胞核生物力学未来发展进行了展望.

基于有限元技术的疲劳裂纹扩展方法研究进展

苏玉昆, 马涛, 赵晓鑫, 张光亮, 朱加雷, 张鹏

2024, 54(2): 308-343. doi: 10.6052/1000-0992-23-049

摘要(1330)

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PDF(501)

摘要:
疲劳裂纹是引起工程结构断裂失效的重要因素之一. 目前疲劳裂纹扩展的有限元仿真商业软件有ANSYS、ABAQUS、FRANC3D、ZENCRACK等, 这些软件为疲劳裂纹扩展过程的研究提供了有力支撑. 本文对目前疲劳裂纹扩展的有限元仿真方法进行了综述. 阐明了疲劳裂纹的定义以及研究疲劳裂纹扩展行为的必要性; 介绍了三种用于模拟疲劳裂纹扩展的有限元方法: 扩展有限元法 (XFEM)、内聚力模型 (CZM) 和虚拟裂纹闭合技术 (VCCT); 分别总结了三种方法的基本理论和核心思想, 对三种方法的应用与发展进行了分类归纳; 最后对三种有限元方法进行分析, 指出每种方法各自的优势及目前存在的局限性, 并对疲劳裂纹扩展有限元仿真技术的未来改进方向给出了建议.

航天结构空间组装动力学与控制研究进展

吴志刚, 蒋建平, 邬树楠, 李庆军, 王兴, 谭述君, 邓子辰

2024, 54(2): 344-390. doi: 10.6052/1000-0992-23-041

摘要(2120)

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PDF(544)

摘要:
空间组装是建造空间站、大型卫星天线、大口径空间望远镜、空间太阳能电站等大型和超大型航天结构的重要手段. 然而, 航天结构组装过程将面临构型增长、参数变化、轨道-姿态-结构耦合、接触碰撞等复杂的动力学与控制问题, 给精准、高效、稳定完成组装任务带来挑战. 本文介绍了大型航天结构的动力学建模方法、超大型航天结构特殊的动力学现象、航天结构空间组装过程的动力学建模研究现状; 综述了航天结构在轨运行阶段的控制方法、空间组装过程的组装序列规划方法、姿态控制与振动抑制方法研究进展; 总结了航天结构组装过程动力学与控制地面模拟试验中的重力卸载、缩比模型设计与试验、非线性与不确定性试验等关键技术. 最后, 面向未来千米量级超大型航天结构空间组装需求, 针对组装过程中结构尺寸、质量和力学参数跃变等特性提出了当前研究工作中亟须解决的几类动力学与控制问题.

3D打印连续纤维复合材料工艺、结构优化研究进展

叶红玲, 董永佳, 毛鹏琪, 肖扬, 解佳琳

2024, 54(2): 391-425. doi: 10.6052/1000-0992-23-048

摘要(1365)

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摘要:
连续纤维增强复合材料由于优异的比强度、比刚度、可设计性和轻量化特质, 日益受到航空航天等高端装备制造领域的青睐. 3D打印技术的发展改变了连续纤维复合材料结构的生产制造流程, 使复杂结构的自由成型成为可能, 为先进结构材料提供了巨大的设计空间. 为充分发挥先进材料性能优势和3D打印成型灵活性, 研究人员分别从材料性能和结构设计出发, 探索与3D打印连续纤维复合材料相适应的设计制造一体化解决方案, 实现产品创新设计和性能提升. 本文系统性地回顾了面向连续纤维复合材料性能分析、工艺改进和结构优化的研究工作, 结合研究实践对连续纤维复合材料的结构多尺度优化方法进行总结分析, 并对未来先进材料结构设计实时化、功能化、智能化的发展趋势进行探讨和展望.

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