计算固体力学前沿分享：深度学习驱动、皮肤摩擦的应用、裂缝识别、陶瓷冲激响应、颗粒材料破碎

 

在冲击荷载作用下复合材料会产生断裂和分层等损伤。基于损伤数据对冲击工况进行识别，对改善复合材料的设计和确保其安全使用具有重要意义。基于此，本文提出一种基于深度学习和近场动力学(PD)理论的层合板冲击工况识别方法。首先使用改进的表面修正系数PD理论建立复合材料层合板刚体冲击损伤演化分析PD模型，PD模型数值模拟结果结合噪声数据增强技术构建层合板的冲击工况数据库；基于深度学习-卷积神经网络(CNN),对不同工况下的冲击损伤演化数据进行训练，实现对未知冲击工况的识别。结果显示，对于钢球冲击速度和角度的识别准确率均高于90%。

 

 

 

 

 

 

岩石裂隙特征是评判岩体结构及其完整性的核心指标，也是评估岩石工程安全稳定性的重要因素。针对岩石裂隙识别，采用深度学习方法，通过引入混合注意力机制对Unt模型进行了改进，有效提高了岩石裂隙识别的精度。针对交叉岩石裂隙的分离与特征提取，提出了一种基于迹线方向判定的裂隙分离与表征算法，依据裂隙分离的结果形式，采用重合追踪法或断裂追踪法分离交叉裂隙骨架，继而使用微分累加法、方框法、线性回归法求得裂隙的长度、宽度及倾角等几何特征指标。基于提出的算法，研制了一套具有图形用户界面的岩石裂隙图像智能识别与表征软件系统，实现了从深度学习模型参数选择、模型训练、裂隙识别、量化分析到结果可视化的完整功能。最后对岩石裂隙识别与分离表征算法的性能进行了评判，结果表明，改进Ut模型对复杂分布的裂隙识别效果最好，其总体识别性能要优于其他网络；骨架分离算法对常见类型交叉裂隙能够取得预期结果，表征算法对分离裂隙与交叉裂隙的表征精度高，对实际岩石裂隙图像的应用效果较好。研究成果可为基于计算机视觉的岩石工程试验与岩体结构检测技术研发提供参考依据。

 

 

 

 

 

 

 

日常生活中，人体皮肤不可避免与各种物体产生接触，由此产生的皮肤摩擦学问题受到包括纺织、美容、医疗、触觉传感器以及机器人等众多领域的关注。围绕人体皮肤的摩擦行为，本文从理论模型、实验方法以及典型数值仿真出发系统地探讨了皮肤摩擦研究的方法 论，概述了皮肤解剖结构、摩擦行为研究方法及其影响因素3个方面的研究进展。基于此，总结了目前人体皮肤摩擦行为研究中存在的诸多问题和挑战。

 

 

 

 

 

 

透明陶瓷兼具有优秀的透光性能和抗冲击破坏性能，是武器装备透明部分性能优异的防护材料之一，在军事装备、航天等国防领域具有良好的应用前景。冲击载荷下材料的加载响应特性对掌握材料破坏机制至关重要，能为透明复合材料设计提供依据。文章从透明陶瓷材料的抗冲击响应实验研究，包括实验技术、应变率效应、裂纹扩展速度、材料破坏特征等方面，对静、动态加载下透明陶瓷的冲击响应特性研究进行了较为系统地回顾：同时结合陶瓷材料冲击破坏实验阐明了透明陶瓷材料的冲击破坏机制，以此为基础阐述透明陶瓷冲击破坏的损伤模型、强度准则及冲击响应动态本构模型：最后分析了透明陶瓷复合装甲抗冲击响应特性以及数值模拟技术的研究现状，探讨了陶瓷材料抗冲击响应特性研究的发展趋势。针对现今透明陶瓷冲击响应研究的不足，提出了关于未来研究方向的建议。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

颗粒材料在自然界和工程领域普遍存在，外载荷作用下颗粒可能发生破碎现象。颗粒材料的破碎行为会引起其物理力学性质的变化，给工程和建筑建设带来极大影响。研究宏、细观尺度下颗粒材料的破碎行为不仅可以揭示颗粒破碎的力学机理，还对工程领域的安全和正常进行提供保障。因此，分析颗粒破碎过程既具有实际工程意义，又有理论研究价值。文章综述了颗粒破碎行为研究的数值分析方法，在基于离散元法理论的数值方法中，介绍了黏结-破碎法和碎片替代法；在基于离散元-有限元耦合算法的方法中，介绍了比例边界有限元法、组合有限元-离散元法和内聚力模型：此外还详细介绍了近场动力学方法。文章主要梳理并讨论了以上数值方法的提出、实现过程、发展、关键问题、优势以及这些方法的不足之处。此外，针对每一种数值方法回顾了国内外的研究成果以及在工程中的主要应用，对每种方法重点关注的问题进行了介绍。最后对目前关于颗粒破碎的数值研究进行总结，并对今后的发展方向进行简单的展望