一年又一年，岁月的车轮迎来2024，来西安建筑科技大学力学技术研究院已经三年半了，很荣幸可以在这里继续攻读博士学位。本人为第一作者的两篇学术论文在新年来临之际也成功发表，最为高兴的是我的第一篇学术论文历经2年时间也终于发表。温故而知新，顾名思义既是对以前成果的总结，也是未来进步的重要条件。回顾论文的全部过程，感触良多。非常感谢孙老师和师门同学的帮助，特写此学术备忘录，详细地记录此次科研的过程，既是对自己过去的总结，也是对自己将来的勉励。
2020年初由于疫情突如其来，研究生复试也改为线上复试，本人有幸能够成为孙老师的2020级硕士研究生。从入学前的暑假开始，孙老师就推荐了相关的学习资料和一系列的学术讲座，并且定期进行周会督促我们学习各种科研软件，并且布置一些小任务让我们快速融入科研生活中。期间孙老师一直鼓励我们要发散思维，把握机会，自己寻找感兴趣的课题，并且不断鼓励我们要深入研究前沿科学问题。入学后，师门同学都很热情互助，我也感受到了力学技术研究院大家庭的温暖。2020年10 月份的时候宋广凯师兄在进行一项关于多米诺骨牌传播速度标度律的研究，我也抱着学习的心态自告奋勇的加入了其中。非常感谢在这期间宋广凯师兄的指导，在这次实践中我基本掌握了有限元软件ABAQUS的使用。荣幸的是，这篇论文以“Scaling law for the propagation speed of domino toppling”为题，我作为合作者（二作）成功发表在了工程技术类SCI期刊《AIP Advances》上，这对我来说是科研路上莫大的鼓励。
在2020年12月的一次组会中，孙老师给我们分享了一些最新前沿的文章供我们学习。缘分使然，我也在此寻找到了自己感兴趣的研究内容-卡扣力学，该研究以“Mechanics of a Snap Fit”为题发表在SCI期刊《PHYSICAL REVIEW LETTERS》上。为了加深理解和学习卡扣力学相关问题，我首先参考孙老师的建议对原文献（Yoshida K, Wada H. Mechanics of a snap fit[J]. Physical Review Letters, 2020, 125(19): 194301.）进行翻译学习。这不仅帮助我准确细致地理解了原文献，还帮助我学习了该领域的专业英文词汇以及Latex的输入，为之后的原文复现和文章写作打下了基础。最开始阅读原文献时，很多陌生的专业术语让我很难理解，学习起来更是十分困难。但是科研讲究严谨，只有准确理解原文献的内容，我才能正确的顺利进行下去。在2021年寒假期间，我借助英文词典以及网络上的翻译软件查阅该文献中的陌生词汇、专业术语，结合具体语境来多次梳理原文献内容，使自己更好地理解原文献内容。功夫不负有心人，在几个月的精细研读文章后，我基本掌握了文章的内容。卡扣是工业产品中的通用机械设计，它能够使两个固体部件重复装配和拆卸。这一重要属性归因于其几何形状、摩擦和弯曲弹性之间的微妙平衡。在这篇文献中中，作者结合理论、模拟和实验来揭示了一个由刚性圆柱和薄弹性壳组成的最简单的卡扣装置的基本物理原理。作者们使用几何参数构造相图，并确定四个不同的力学相，在线性弹性理论基础上结合静摩擦定律发展了解析预测方法，并对数值和实验结果进行了合理的解释。该研究揭示了卡扣在操作上的不对称(即容易组装但难以拆卸)是如何从几何、弹性和摩擦的精致组合中产生的，并建议对一系列机械设计的可调功能进行优化。我们借鉴了原文献的研究内容进行了进一步的研究学习。
由于研一期间，我在学校草堂校区还有一些专业课程需要学习，无法全身心的投入课题的研究之中。但在课余时间，我研读文献的同时学习了Abaqus、Maple、Origin等科研软件，并且尝试用有限元模拟复现原文献的内容。但原文献复现的结果并不是很理想，模拟总是出现一些问题。在研一的暑假，我参与了研究院的风洞项目，虽然只是做一些简单的记录工作，但这也为我以后实验打下了基础。在暑假期间，我经常与师兄们交流课题，也特别感谢李翔师兄对我有限元软件Abaqus方面的指导，以及李翔师兄提供了重要的弹性材料PET和超弹性材料橡胶的本构关系，让我的卡扣有限元模拟得以更好的推进。我在学习中终于成功复现原文献中关于柱形卡扣的安装与拆卸的有限元模拟过程，这也是一个教训，就如孙老师所说要善于交流，发散思维，而不是一个人闭门造车。和孙老师汇报了模拟进展后，孙老师建议我尝试模拟不同形状的卡扣，不要局限于柱形理论，生活中卡扣的类型很多。我也相继模拟了球形和环形卡扣，这也大大鼓励了我的自信心，并且为以后的卡扣文章写作奠定了基础。为了更好的完全理解并掌握这篇文章，孙老师鼓励我自己推导原文献的公式，一开始我觉得这实在是太困难了，根本无从下手。孙老师为了鼓励我，老师自己也在推导卡扣力学原文献中的公式。后来我静下心来根据原文献给的补充材料，认真推导公式，其实也不是很难，都是运用一些基本的高数公式进行一步步推导的。现在回头想想，其实开始对推导公式的无从下手并不是因为难，而因为第一次接触内心会有一点恐惧，万事开头难，克服了就好了。在推导过程中我们也发现了一些问题，原文献中作者给出的柱形卡扣装拆力公式只是近似解，而我们想要追求更准确的精确解。在此基础上，我秉着学习和修正的想法，开始了我第一篇论文柱形卡扣的研究与写作。
在复现文章的前提下，我又进行了三部分研究。第一部分，有限模拟，考虑到卡扣的拆卸不局限于垂直拆卸，因此我进行了卡扣扭转拆卸的有限元模拟（最初的网络预印本是有这部分的，但最终由于多次修改论文并且换主题，最终在EML发表的版本是没有的），这也是对我有限元模拟的一次锻炼。第二部分，理论推导，这一部分也是最困难的，非常感谢孙老师帮助，长达一个月的时间进行了理论学习，最终我们推导出柱形卡扣安装力与拆卸力的公式具有更好的准确性（尤其是拆卸力）。第三部分，实验验证，通过剪裁可乐瓶、3D打印等方法制作卡扣，利用万能试验机进行了多次试验验证。在2021年11月我完成了初稿，由于第一次写作没什么经验，摘要的书写、文章的逻辑顺序以及文章中的绘图都不是很好，孙老师让我再回到原文献中阅读，还有仔细阅读大量文献的摘要，体会作者的写作来改善自己的，并且参考优秀的绘图学习。 边学边干，最终在2021年的最后一天12月31日完成了这边文章的中文定稿。在2022年初进行英文翻译，当时由于完成了自己的第一篇一作小论文十分激动，我夜以继日的将其翻译成英文稿件，在这个过程中借助了一些翻译工具，尽量最大程度地完善这篇英文稿，这对我的英文水平有一定的提升。完成英文稿后，为了让英文论文能够更好准确表达以及方便读者阅读，孙老师特意资助我将文章交由letpub润色，使得论文质量得到进一步提高。文章润色回来确认后，在2022年一月下旬就开始了论文的投稿工作。
很荣幸的是，我是我们2020级硕士研究生中第一个完成小论文的。但遗憾的是，我的第一篇一作文章却是我们这级硕士研究生中最后一个录取的，直到2024年1月初以“Detachable Connection Mechanics of Thin-Walled Cylindrical Snap Fit Docking”为题成功发表在了SCI期刊《Extreme Mechanics Letters》上，历时2年，期间经历了数十次的退稿与修改。期初的两次投稿被退回我并没有很在意，可是接连三四次被拒绝以后我开始怀疑这个课题的选择已经是否可以继续，甚至打算放弃接下来的相关研究工作。在此期间我的身份也进行了转变。2022年3月我确认了要硕博连读，并很荣幸的得到了这个机会。孙老师建议我博士期间继续研究卡扣相关问题，这看似是个不起眼的小东西小问题，但确有着深刻的物理道理。但因为论文接二连三的被退稿，甚至没有审核直接退回，我不想继续这个研究了，内心也比较抗拒，并且我从理学院力学系到了土木工程学院结构工程重要，我觉得我是不是应该去研究与土木行业密切相关的东西，如钢结构、混凝土等等。但孙老师依旧鼓励我不要放弃，既然研究了就把手里能做的继续做，帮我坚定信心。这篇论文按照每次不同的审稿意见进行一定的修改完善，并且与时俱进，将目光放在了卡扣安装与拆卸周期能量耗散上，加入了关于摩擦能量耗散的相关内容。在2024年1月4日终于成功发表。在这篇论文投搞的两年中，真的十分感谢孙老师鼓励我，让我没有就此放弃。我也坚信认准一个目标不要放弃，一定会成功的。
时间回到2022年3月，当时第一篇论文刚投稿一个多月，由于疫情也一直在家里没有返校，所以我在学习方面有所懈怠。孙老师鼓励我继续进行科研，不要浪费已有的成果，要尽可能的多发小论文，并且定期召开组会进行研究汇报。由于在柱形卡扣有限元模拟过程中，在孙老师的提示下提前模拟过球形卡扣与环形卡扣，因此决定继续研究球形卡扣与柱形卡扣。首先是球形卡扣，对球形卡扣的形状进行了设计，然后参考柱形卡扣进行了模拟与实验。由于球形卡扣的高斯曲率不为0，推导理论公式具有一定的难度，借助柱形卡扣的研究成果，我将球形卡扣进行设计并且与柱形卡扣进行等效类比，通过有限元模拟的方法来拟合出球形卡扣的安装力与拆卸力。由于有了一次文章的写作和翻译经验，再加上当时没有课程比较轻松，所以全身心的投入了这篇文章中，2022年7月完成了这篇论文。该论文投稿于2022年11月以“Assembly and disassembly mechanics of a spherical snap fit”为题成功发表在了SCI期刊《Theoretical and Applied Mechanics Letters》上。这也是我以第一作者身份发表的第一篇论文，虽然是ESCI期刊，但对我来说也是莫大的鼓励。虽然此时我的第一篇一作论文还没有发表，但内心也得到了一些安慰，觉得也许这个课题是可行的。因此，继续先研究了下去。
2022年9月，我作为孙老师2022级博士研究生入学，第一学期主要是以博士课程为主。课余时间继续研究卡扣相关内容，并且寻找是否有更合适的博士课题（此时我的内心还是对卡扣这一课题抱有怀疑的态度）。这一学期也是不平凡的一学期，疫情反复，大多数时间上的都是网课，因为我家里是西安的，所以大部分时间也是待着家里不能返校的。2022年12月疫情全面放开，基本上每个人都得了，不过这次后中国战胜了新冠病毒。在此期间，我一直在研究环形卡扣，并进行一些设计。由于环形卡扣有限元软件Abaqus接触设置的不正确，以至于我不能得等预期的模拟结果，陷入了一定的自我怀疑，并暂时搁置了下来。2023年博一下半学期，孙老师带我们去厦门、南京、杭州参加了多次学术会议，看到了其他研究生的优秀成果，我觉得我不能这样继续好高骛远、止步不前了，一定要尽快完成环形卡扣的研究内容。后来我与同学进行交流，经过不断的修整模型和重新模拟计算终于成功了，此时已经2023年6 月。在模拟取得成功的同时，我联系3D打印公司进行环形卡扣的制作。为了研究结果更具有一定的实用性，我将环形卡扣分段作为装配式构件进行研究，探索其中的规律。环壳是一个很神奇而又伟大的结构，其内外具有不同的高斯曲率，孙老师在环壳方面也有很深的造诣。在孙老师的提点和建议下，我在2023年10月完成了环形卡扣的论文。考虑到此之前并没有环壳卡扣的文章，2023年11月8日我将其投稿《Thin-Walled Structures》。2023年12月19日我收到了论文的审稿意见，当时我整个人开心极了，因为在这之前我的第一篇论文还没有被录取，被拒了十几次。没想到这次我投搞的中科院1区top期刊《Thin-Walled Structures》审稿意见还不错，我抱着激动与忐忑的心情与孙老师进行了交流。孙老师嘱咐福我一定要认真再认真地回答好每一个审稿意见，相信自己一定可以成功的。在我修改环形卡扣文章时，2024年1月4日我的第一篇一作论文被录取了，这也使正在修改回复审稿意见的我有了很大的信心。2024年1月15日提交了《Thin-Walled Structures》的审稿意见，在2024年2月2日以”Mechanics of a thin-walled segmented torus snap fit”被录取，不到一个月的时间，看到邮件的时候，我真的很激动，感觉到了坚持就是胜利这句话的意思。十分感谢孙老师，在我一次又一次准备放弃的时候鼓励我继续。2024年真的是值得被我一生铭记的一年，不忘初心，砥砺前行。
在最后，我要再次感谢孙老师给予科研方面指导与帮助，感谢孙老师为我们提供的科研条件，感谢孙老师一直以来的鼓励，使我的研究得到了不断的推进和完善，并且进一步发表了卡扣系列论文，都被录用。感谢阎老师和周老师的关心，感谢研究院提供帮助的每一位同学。
以上内容均为本人此次科研经历的真实记录，包含了我从选题到独立撰稿论文到论文录用的全部内容，希望研究院同学可以加以借鉴。
文章链接:
X.L.Guo, B.H.Sun. Assembly and disassembly mechanics of a spherical snap fit[J]. Theoretical and Applied Mechanics Letters, 2023, 13(1): 100403,https://doi.org/10.1016/j.taml.2022.100403
X.L.Guo, B.H.Sun.Detachable connection mechanics of thin-walled cylindrical snap fit docking[J]. Extreme Mechanics Letters, 2024, 67: 102122,https://doi.org/10.1016/j.eml.2024.102122
X.L.Guo, B.H.Sun.Mechanics of a thin-walled segmented torus snap fit[J]. Thin-Walled Structures, 2024: 111676,https://doi.org/10.1016/j.tws.2024.111676
力学人报道链接：
https://mp.weixin.qq.com/s/G6ukFtNPZqSNs1NOfPphow
当前位置: