機械部件綜合結構與材料設計“，

近年來，同時反映機械係統及其底層材料行為的高保真數值模型已逐漸成為現代機械和生產工程中不可或缺的一部分。在不同的背景下，將機械工程與材料科學連接起來，用物理模型取代現象學模型的嚐試被稱為集成計算材料工程(ICME)或集成結構與材料設計(ISMD)。根據這些發展，建立了大量的模型。這些模型不僅能更深入地了解所研究機械係統的物理關係，還有助於減少優化設計和加工參數所需的時間和成本，特別是在增材製造(AM)等新製造技術中。本專題的主要目的是介紹集成結構和材料設計領域的最新研究成果，重點介紹模型的理論和算法，以及它們在實際工程問題中的應用。

為響應《論文征集》的號召，共提交了8篇以上的論文，經過匿名審閱和編輯的評估，最終4篇論文被接受並收錄在本期特刊中。

Rajei等人的第一篇論文提出了一個模擬高性能燒結齒輪生產和服務的建模係統。本文演示了如何根據ICME的概念將不同尺度和考慮不同物理效應的模型組合在一起，以及它們如何共同促進產品的優化。根據本文所闡述的數值方法，首先，采用離散模型和有限元模型(DEM和FEM)，對齒輪在填充和燒結過程中的宏觀行為進行了熱力學模擬;其次，采用動力學蒙特卡羅模擬方法研究了微觀結構的演化，並將其結果作為輸入，從微觀力學均勻化中確定了有效的彈性性能。然後將這些有效特性進一步應用於結構有限元模型中，對熱處理過程進行建模。最後，利用熱處理模擬得到的密度和硬度值，利用有限元求解器和自行開發的疲勞模型計算了齒輪的承載能力。總體而言，本文表明ICME方法可以作為過程設計數字化的平台，實現敏捷生產理念。

由金屬或金屬基體複合材料組成的機械部件經常受到超過其彈性極限的循環熱機械載荷。根據負載水平，它們可能因低周疲勞或棘輪而失效，或在發生彈性安定時保持安全。由於采用傳統的增量有限元計算方法確定彈性安定狀態是一項繁瑣的工作，許多研究都致力於開發高效的數值格式來實現直接的基於方法的計算。這一專題的兩篇文章都與這個問題有關，分別側重於宏觀和微觀尺度，並著重於方法論和應用方麵。Spiliopoulos和Kapogiannis評述了一種基於傅立葉級數分解殘餘應力場思想的強大的通用直接方法——殘餘應力分解法(RSDM)。作為該方法的擴展，作者在他們的工作中引入了他們開發的預測安定極限的數值方法，即所謂的RSDM-S。根據RSDM-S理論，土安定極限可以通過載荷因子的收斂級數計算得到，載荷因子從一個較高的初始值開始，然後不斷減小，直到殘餘應力傅立葉分解中唯一剩下的項變為常數項。另一篇有關安定分析的論文是由Chen等人撰寫的，涉及顆粒增強金屬基複合材料(PRMMCs)的強度預測。該研究強調需要將prmmc視為隨機異質材料，並從統計角度研究結構-性能關係。基於此思路，本文建立了由模型生成、均質化、直接法、統計分析等組成的綜合數值平台，研究了材料在拉伸和剪切應力作用下的忍耐極限與微觀結構特征之間的關係。 By applying such approach to an exemplary PRMMC material, WC-Co, the study calculated endurance limit of the material and suggested a simplified approach for evaluating the material strength under complicated stress states.

金屬AM技術製造的輕量化結構是ISMD概念和模型被廣泛應用的另一個主要領域。Nuno等為研究具有金字塔點陣桁架芯的夾層結構的分層問題，進行了麵外拉伸試驗和爬鼓剝離試驗，並將試驗結果與解析計算和有限元模擬進行了比較。研究結果證實了解析公式的正確性，並在此基礎上得出了合理選擇幾何參數特別是支撐角可以避免分層的結論。

通過本期特刊所收集的論文，我們希望能很好地展示結構與材料一體化設計的概念，並在未來充分開發其潛力，進一步提高機械產品的設計和工程。特約編輯非常感謝作者對本期特刊的出色貢獻和匿名審稿人對論文的建議。