摘要：轻质高强韧结构设计一直是力学和材料等学科交叉的前沿问题,也是工程应用的不懈追求.生物材料经历数百万年进化,兼具轻质、高强度和高韧性力学性能,成为高性能工程材料设计的模板.然而,生物材料往往具有跨尺度、多层级的复相结构和界面特征,会产生非线性、多过程的变形和断裂行为,进而决定强度和韧性等力学性能.如何发展定量的力学模型、阐明生物材料的结构-界面-强韧力学性能间的关系,并为高性能仿生材料制备提供优化设计方案成了近期的研究前沿.本文以极具代表性的生物“砖泥交错结构”和“扭转纤维结构”为例,从力学模型和力学机制方面,首先梳理仿生异质结构代表性单元体(RVE)的非线性力学响应与其结构间的关联;然后讨论含主裂纹仿生异质结构的断裂行为及其与RVE结构间的关联;进一步,基于力学模型和机制,给出优化强度、韧性、抗冲击性和断裂韧性等性能的力学设计方案;最后,提出仿生异质结构非线性力学与优化设计中存在的挑战和未来的发展方向.

摘要：六杆张拉整体结构通过索-杆间内力实现平衡,具有大位移强非线性的特点,在机器人的行星探索领域具有较大的应用潜力。为得到该结构的非线性力学性能,通过节点矩阵、连接矩阵、矢量矩阵建立结构数学分析模型。在此基础上,考虑几何非线性,通过ANSYS软件建立力学分析模型,分析不同载荷及结构参数对张拉整体力学性能的影响。计算各参数的变形量敏感度,得出改善张拉整体结构力学性能的有效措施,最后研制了六杆张拉整体机器人样机进行翻滚实验,该结果为后续结构优化、运动学控制提供一定的理论支持。

摘要：复合材料层合板壳是由多种组分材料组合而成.与单一材料的板壳结构相比,它无明确的材料主方向,各层间材料间断和不连续,具有明显的几何非线性和材料非线性等新的特点.其失效模式也远比单一材料的情况复杂,具有如基体开裂、脱胶、分层、分层裂纹偏转、多分层以及分层传播等多种模式.各国学者基于不同的考虑,提出了多种方法研究复合材料层合板壳的失效.首先,在简要介绍了层合板壳线性力学基本理论的基础上,重点回顾了层合板壳结构非线性力学几种基本理论发展的过程,主要阐述了经典大挠度非线性理论、一阶剪切变形理论、高阶剪切变形理论、锯齿理论、广义分层理论的理论体系及基本公式,并对几种理论之间的联系和差异进行了总结;其次,介绍了当前层合结构非线性领域的研究进展,综述了典型复合材料板壳结构的失效机理及优化设计、复合材料板壳结构在复杂环境下的破坏机理、复合材料板壳结构的物理非线性、含脱层纤维增强复合材料板壳结构的破坏机理等各研究热点的最新研究成果;最后,对该领域未来的研究方向进行了展望.

摘要：资源、人口和环境是21世纪的主旋律。随着资源开发和工程建设的不断发展,开挖深度日趋加深,数千米深的地下工程屡见不鲜。随之出现了深部围岩独特的力学特性以及对经典理论的严峻挑战。综述了国内外关于深部围岩特性和设计方法的研究现状,并提出了今后的发展方向。

摘要：本文通过准确的汽车钢板弹簧总成的非线性力学性能研究,保证主簧刚度和复合刚度的设计值,同时大幅降低产品的应力。在满足人们对车辆操控性、舒适度、承载能力的同时,提高钢板弹簧总成的使用寿命和行驶的安全性。

摘要：以线性机械弹簧和斜支撑弹簧为元件,构建了支撑系统力学模型。在仿真计算的基础上,设计并制作与力学模型相对应的支撑系统。通过测试确定系统阻尼比、固有频率等力学参数,综合利用时频域分析、相轨迹分析和庞克莱分析等方法,对支撑系统在不同激励条件下的响应规律进行了实验分析。研究结果表明实验测试结果和数值仿真结果一致,该力学模型存在典型的非线性力学特性,如稳态周期解、暂态混沌、分岔、混沌等,为其进一步推广到工程实际提供了理论和实验支撑。

摘要：流体力学反问题是一类重要的非线性问题，这类问题在工程中有广泛的应用，如过坝水流问题，给定流量的射流和翼型设计问题。由于这类流动求解区域不确定，导致问题的非线性特征，使数值计算十分困难。本文将以亚、跨声速翼型设计问题为例，提出一种求解流体力学反问题的新方法。

摘要：根据现有的气动软体机械臂的特征,为解决软体机械臂存在的结构刚度不足的问题,提出了一种软体机械臂模块。该模块采用耦合变刚度原理,由上下两端连接板、位于两连接板之间的外部弯曲硅胶气囊和中部变刚度硅胶气囊组成,可实现连续软体机械臂的模块化和变刚度,提升软体机械臂的负载能力。基于硅胶的超弹性材料特征,建立了新型软体机械臂模块的非线性力学模型并通过该模型完成了变刚度性能分析。在充分考虑各硅胶气囊的驱动力矩和模块的弯曲运动的基础上,设计了静态拉伸试验,对模块的变刚度气囊通过施加冗余驱动力矩来实现变刚度的效果进行了分析。通过试验与论证,总结出了模块充气压强与模块结构的刚度之间的变化规律,为气动软体机械臂刚度的计算和这种模块的实际应用提供了理论支持。

摘要：由于深部软岩巷道工程岩体介质已进入到塑性大变形阶段,其破坏主要是由于支护体与围岩之间的不耦合造成的,因此提出了锚网索耦合支护非线性设计方法。与传统的线性参数设计不同,该方法在变形设计的基础上,针对最佳耦合过程进行强度设计,提出锚网索耦合支护参数,并在施工过程中通过反馈设计进行修正。与新奥法不同,采用该设计方法进行锚网索耦合支护既能充分发挥锚网主动支护浅部围岩的能力,又能通过锚索调动深部围岩强度的支护能力,从而可以实现软岩巷道支护体与围岩在强度上、刚度上和结构上的耦合,保证软岩巷道围岩的稳定性。

摘要：鉴于滑坡是多因素相互影响的高度非线性力学问题,智能、全局优化以及确定性力学分析方法的综合集成是很有吸引力的。总结了关于滑坡的监测、智能预测、分析与优化设计等方面的最新进展,包括综合集成智能分析与优化设计方法学、位移-时间序列建模的进化支持向量机、滑体参数反演的进化支持向量机-有限元方法、加固方案优化设计的演化神经网络-数值方法以及这些方法在高速公路滑坡(如福建八尺门滑坡、襄十滑坡)和三峡库区滑坡的应用研究成果。结果表明,所提出的综合集成智能分析与优化设计方法是科学合理的。最后还讨论了今后一段时间内的研究发展方向。