摘要:以光谱为探测手段和分析技术的光谱力学已成为实验力学领域新发展起来的技术分支。相比光测技术，光谱技术提供了更为丰富的信息维度，且通常兼具无损伤、非接触、高测试效率和高空间分辨等特点，适用于原位、在线的实验应力分析。近年来，包括显微拉曼、荧光光谱、太赫兹波时域光谱以及X射线衍射等技术得到快速发展，同时还涌现出包括布里渊散射光谱、光学相干弹性成像、高光谱、反射光谱、二次谐波等新的光谱技术。本文首先对显微拉曼、荧光光谱、太赫兹波时域光谱以及X射线衍射这4类典型的光谱技术的力学表征基本原理、特点以及近期代表性成果进行简要论述，随后重点对5种最新发展的光谱力学技术的原理、优势、成果和发展亟需突破的瓶颈开展论述，最后通过横向对比，讨论了光谱力学未来发展的主要趋势和方向。本文旨在为从事力学及其交叉学科领域的科研工作者在实验研究方面提供较为系统的信息参考，希望通过这篇对光谱力学领域各方法的综述，让对光谱力学感兴趣的青年科研人员对本领域可以有系统性的全面认知。

摘要:复合材料结构电池作为一种新型储能方式在航空航天、交通运输等领域具有潜在的应用前景。本文采用真空辅助树脂传递成型工艺将软包电池嵌入到复合材料层压板中，制备出复合材料结构电池，根据ASTM测试标准开展了弯曲和压缩试验研究。三点弯曲测试表明，相较于层压板而言，复合材料结构电池的弯曲强度和杨氏模量分别下降了57.1%和35.2%，其弯曲破坏造成较大范围内的纤维断裂和分层；压缩测试表明，相较于层压板而言，复合材料结构电池的弯曲强度和杨氏模量分别下降了37.6%和11.0%，其压缩破坏在电池/复合材料界面产生横向贯穿裂纹。复合材料结构电池在弯曲和压缩破坏后的充电时间都会减少，但充电容量、放电时间、放电容量未发生明显变化。同软包电池相比，复合材料结构电池具有稳定的电学性能和可靠的力学性能，可以出色稳定地发挥结构承载与电能存储的作用。

摘要:脆性果品组织结构的多相性和随机性使得传统的损伤模型不足以描述其力学损伤行为。本文以富士苹果为例，考虑组织内部孔隙微裂纹的扩展，将切应力作为组织破坏的主要因素，通过建立并联剪切微弹簧模型探索苹果组织在压缩载荷下的损伤演化过程。通过单轴压缩实验，计算出与损伤相关的统计参数，并基于此预测压缩应力。结果表明，本研究模型的预测结果与实验结果之间的确定系数为0.95，能够较准确地描述单轴压缩状态下苹果组织的损伤行为。本文研究结果可为探索果品组织的力学性质和损伤行为提供参考。

摘要:陶瓷材料被广泛应用于航空航天关键部件的防护涂层以及功率半导体的封装材料。陶瓷材料在服役过程中受环境因素的影响会产生较大的残余应力，这是其破坏失效的主要原因。因此，发展适用于陶瓷材料应力的无损检测方法对其服役安全具有重要意义。X射线衍射 (XRD) 技术是一种无损、高精度的应力测试方法，在分析材料失效和优化制备工艺方面具有重要作用。然而，目前常用的X射线衍射应力分析方法和装置难以满足陶瓷材料应力快速且精准的测量需求。为此，本文提出了一种基于掠入射二维X射线衍射 (GI-XRD²) 原理，采用低衍射角衍射环单次曝光的二维X射线衍射应力快速表征方法，并搭建了前向衍射的实验装置。本文基于大气等离子喷涂(APS)技术制备了8wt.%Y₂O₃稳定ZrO₂(8YSZ)陶瓷样品，通过实验验证了提出方法的有效性、适用性，并分析了其在兼容性、效率、灵敏度等方面相比当前其他相关方法与仪器的特点与优势。

摘要:开展激光熔覆层残余应力的定量测量对于零部件的性能评估和寿命预测至关重要。针对以α-Al₂O₃为传感媒介的光致发光光谱技术，在进行激光熔覆层残余应力测量时所面临的一系列亟需解决的问题，研究了粉体材料中α-Al₂O₃的优选掺入比例、应力计算方法以及掺入比例对熔覆层残余应力的影响。通过制备5种α-Al₂O₃含量的钴(Co)基激光熔覆层并进行光致发光光谱测量，分析了可用光致发光光谱信号量随α-Al₂O₃含量的变化，并结合硬度与耐磨性实验确定了α-Al₂O₃的优选掺入比例；分析了仅使用某一个谱峰信息和联合使用2个谱峰信息计算得到的应力值的差异。结果表明，激光熔覆层的可用光致发光光谱信号量随α-Al₂O₃含量的增加先增大后减小，10wt.%可以作为Co基激光熔覆层光致发光光谱应力测量的α-Al₂O₃优选掺入比例；仅依据某个谱峰的偏移计算得到的静水应力分量的绝对值高于联合2个谱峰信息计算的结果；本文选定的α-Al₂O₃不同掺入比例几乎不影响激光熔覆层残余应力的大小。

摘要:随着传感检测技术不断发展，复杂实验或工程实测可以给出丰富的力学量测试信息。如何通过数据分析提取关键力学量的演化规律、建立科学有效的预估模型是实验力学数据分析的重要研究内容。硬岩隧道掘进机(Tunnel Boring Machine，简称TBM)实测数据分析能够为施工过程中掘进参数的合理调控提供决策依据。掘进总推力是贯穿装备施工的关键力学量，由于掘进过程要穿越多种类型地质，装备掘进参数调控要求总推力预测模型具有适应工况变化的能力。针对上述需求，本文建立了基于样本增量宽度学习(Increment-Broad Learning System,简称I-BLS)的总推力建模方法，该方法能够随着掘进过程中工况的变化进行模型更新。结合新疆某隧道工程实例，基于上述方法建立了该工程的总推力预测模型，由独立测试集分析模型的有效性。将本方法的工程计算结果与基于3种常用机器学习方法的计算结果对比分析，结果表明本文方法能够在保持预测精度的同时，有效提高模型更新的计算效率。

摘要:微结构变形测量与演化分析是研发高性能电极材料的重要基础，然而受限于电化学过程的复杂性和实验测量技术，目前对纳米颗粒变形演化的分析明显不足。本文针对高比容量硅纳米材料脱嵌锂循环过程中的应变演化分析开展微尺度原位实验研究。首先提出了电化学诱导应变的原位拉曼光谱测量方法，结合晶格动力学方程建立电化学应变模型，实现了硅复合电极前两圈脱嵌锂循环过程中应变演化的原位测量，实验结果显示应变存在拉-压转换、倒“U”形非线性演化和滞后等现象。随后基于实验结果分析了应变演化过程并揭示其机理，第一圈嵌锂过程中持续增大的压应变起源于锂化相/晶硅相两相界面不断向中心扩散，除此之外脱嵌锂过程中压应变演化起源于梯度相的扩散。

摘要:航空合金的应力腐蚀开裂是飞机结构重要失效形式之一，本文针对铝锂合金应力腐蚀多类损伤耦合问题，结合Tsfresh库和机器学习算法提出了一种基于声发射多维度时序特征的应力腐蚀损伤分类方法；综合声发射损伤分类与电化学噪声数据，讨论了铝锂合金应力腐蚀损伤演化规律。结果显示，相较于传统特征参数，多维度时序特征参数与类型标签的相关性更高，12种机器学习算法在测试集上的平均准确率由90.26%提升至98.87%，表明以多维度时序特征进行损伤分类具有显著优势；铝锂合金应力腐蚀损伤演化过程可被分为电化学活化、裂纹萌生、裂纹扩展阶段；电化学活化阶段试件表面的缺陷经去钝化-再钝化循环逐步扩展为蚀坑，裂纹萌生阶段出现氢致开裂，裂纹扩展阶段存在滑移溶解，裂纹扩展导致试件最终失效。

摘要:加筋板的极限载荷是结构设计与校核中的一项重要指标，当前横向拉伸载荷作用下的研究还比较少见。为此，本文首先采用结合数字图像相关技术的拉伸试验及机器学习方法对激光焊接加筋板的极限载荷进行了系统研究,初步结果表明，机器学习方法虽然可高效预测与壳单元有限元模型吻合很好的结果，但预测结果较试验结果偏大。然后，为了探究其原因，通过考虑焊接变形、残余应力和材料性能弱化，结合试验结果并基于建立的极限载荷有限元精细分析模型，对激光焊接加筋板的失效机理进行了详细分析。研究结果表明，焊接变形和残余应力会弱化结构的承载性能，为了获得更加精确的预测结果，需在机器学习模型中考虑两者的影响。

摘要:红外光弹法能够实现半导体材料内部应力的无损、全场表征。现有的红外光弹去包裹方法都需要一些手动干预，这成为制约红外光弹法实用于半导体应力在线检测的关键因素。本文提出了一种基于双波长红外光弹的全场内部应力自动分析技术，即双波长种子点自动识别法。该技术根据样品各点在不同波长下的相位变化趋势，解析其中所包含真实相位值的符号和绝对值信息，自动识别出相位去包裹所需要的初始种子点，从而避免了图像分析过程中的人工介入。本文围绕所提出的技术研制了双波长红外光弹实验装置，并利用该装置开展了单晶硅样品内部应力场的实验测量。将实验结果与已有方法进行对比，验证了本文提出方法及装置用于全自动分析复杂应力全场分布的可靠性。