旋转变截面扭梁的变形应力分析

本文研究了在剪切变形和转动的影响下,在轴向变形、弯曲变形和剪切变形的作用下的旋转变截面扭梁的单元刚度矩阵。假设扭转角、宽度和厚度沿着梁的长度方向都是线性变化的。给出了转速和轮毂半径对于梁的变形和应力的影响：转速增大时能增加轴线方向的变形和应力,但是却减小弯曲变形、剪切变形以及由它们产生的应力；而轮毂半径主要是影响梁的轴线方向的变形和应力,对弯曲变形和剪切变形的影响比较小。     

形状记忆合金梁的非线性弯曲变形

形状记忆合金(Shape memory alloy,SMA)梁作为一种新型智能元件,在工程领域的应用日益广泛。基于实测的形状记忆合金材料应力-应变关系曲线及梁的大变形理论,同时考虑SMA材料拉压力学性能的不对称性及简支端移动等因素,建立形状记忆合金梁非线性弯曲变形的控制方程,并采用打靶法、辛普森数值积分等方法对方程进行数值求解。通过梁在不同载荷条件下的挠曲线以及最大挠度—弯矩曲线,分析材料非线性、几何非线性及简支端移动3个因素对SMA超弹性梁弯曲变形的影响规律。结果表明:梁中性层位置随弯矩变化;弯矩较小时,材料性能是线性的,几何非线性及简支端移动对梁的弯曲变形几乎不产生影响;弯矩较大时,材料性能是非线性的,几何非线性及简支端移动对梁的弯曲变形产生明显影响。     

FRP 层压复合梁结构屈曲变形在线监测方法

为了实现梁结构屈曲变形在线监控,提出了一种FRP层合梁屈曲变形重构方法。首先,依据高阶剪切变形理论,提出了一种复合梁结构变形场描述方法,并基于冯卡门应变梯度理论,推导出了中性轴应变表述方式。然后,利用最小二乘变分法建立了位移重构模型。其中,利用四次B-样条基函数构造了屈曲变形位移插值函数,推导了理论中性轴应变计算公式。并基于少量应变测量,提出了非线性项应变解耦方法,建立了测量应变与实测中性轴应变转换关系。最后,为了验证所提方法的精确性,以25层碳纤维复合梁为样件,搭建固定-简支梁试验平台,对其进行数值计算和试验论证。结果表明,建立的屈曲变形重构模型在不同轴向载荷作用时,位移场重构误差均小于8%。     

纤维增强FGM梁的自由振动和临界屈曲载荷分析

基于经典梁理论（CBT）研究轴向力作用下纤维增强功能梯度材料（FGM）梁的横向自由振动和临界屈曲载荷问题。首先考虑由混合律模型来表征纤维增强FGM梁的材料属性,其次利用Hamilton原理推导轴向力作用下纤维增强FGM梁横向自由振动和临界屈曲载荷的控制微分方程,并应用微分变换法（DTM）对控制微分方程及边界条件进行变换,计算了纤维增强FGM梁在固定-固定（C-C）、固定-简支（C-S）和简支-简支（S-S）3种边界条件下横向自由振动的无量纲固有频率和无量纲临界屈曲载荷。退化为各向同性梁和FGM梁,并与已有文献结果进行对比,验证了本文方法的有效性。最后讨论在不同边界条件下纤维增强FGM梁的刚度比、纤维体积分数和无量纲压载荷对无量纲固有频率的影响以及各参数对无量纲临界屈曲载荷的影响。     

刚体—微梁系统的动力学特性

由于微尺度领域材料的力学性能存在尺度效应,使得微梁的动力学性态较传统的大尺寸柔性梁的动力学性态呈现明显的不同。对中心转动刚体、柔性微梁组成的刚体—微梁一类刚柔耦合系统的动力学特性进行研究。在柔性微梁变形位移中,计及横向位移引起轴向缩短的耦合变形量,采用偶应力理论(又称Cosserat理论)研究微梁动力学特性的尺度效应,由Hamilton原理推导出系统考虑尺度效应的刚柔耦合动力学方程。在此基础上,分析微梁固有频率对微尺度的依赖性,比较在不同转速下零次近似模型和一次近似模型振动频率的差异,从而确定在考虑尺度效应的微尺度下零次近似模型的适用范围,最后分析尺度效应和耦合变形量对微梁刚度的影响。研究表明,尺度效应提高微梁的固有频率,尺度效应对微梁刚度的影响是静态的,耦合变形量对微梁的刚度的影响与转速有关。     

高阶剪切变形理论在竹篾层积材弯曲问题中的应用研究

针对竹篾层积材梁横力弯曲问题 ,推导得到了高阶剪切变形理论下的具体分析表达式。在此基础上 ,详细分析计算了梁的弯曲变形和弯曲强度 ,并与采用其他方法得到的结果进行了比较。结果表明 ,高阶剪切变形理论下的计算结果未必优于一阶剪切变形理论和更符合于实际。     

高阶剪切变形理论在竹篾层积材弯曲问题中的应用研究

针对竹篾层积材梁横力弯曲问题，推导得到高阶剪切变形理论下的具体分析表达式，在此基础上，详细分析计算了梁的弯曲变形和弯曲强度，并与采用其他方法得到的结果进行了比较，结果表明，高阶剪切变形理论下的计算结果未必优于一阶剪切变形理论和更符合于实际。     

关于夹芯梁四点弯曲试验的计算分析

在材料力学推导出的矩形截面梁剪应力公式基础上,利用夹芯梁轴向位移,弯曲挠度与剪切应变的几何关系,推导出了夹芯梁截面弯曲应力及弯曲挠度表达式,弹性理论及有关试验结果都证明了该方法的计算精确度较高.理论计算分析表明:外载荷作用下夹芯梁四点弯曲时,在外载荷作用处夹芯梁面板与芯材结合部位应采用强度理论进行校核;均布载荷作用下剪...     

轴向运动功能梯度梁的横向振动

新型非均匀复合材料,功能梯度材料具有防止脱层和减缓热应力等优良性能,将其应用于功能梯度梁的结构有着非常重要的工程应用价值。基于Euler-Bernoulli梁理论和Hamilton原理,建立轴向运动功能梯度梁横向自由振动的运动微分方程,其中假设功能梯度梁的材料特性沿梁厚度方向按各组分材料体积分数的幂函数连续变化;再对运动微分方程和边界条件进行量纲一处理,采用微分求积法对其进行离散化,导出系统的广义复特征方程,然后计算分析轴向运动功能梯度简支梁横向振动复频率的实部和虚部随量纲一轴向运动速度、梯度指标等参数的变化情况,并讨论量纲一轴向运动速度和梯度指标对功能梯度梁的横向振动特性以及失稳形式的影响。     

复合材料包裹十二直角薄壁梁弯曲理论分析方法

复合材料包裹金属十二直角薄壁梁具有良好的弯曲特性,应用于车身安全构件中可兼顾抗撞性和轻量化的需求。开发了一种适合应用于车身结构设计早期阶段的理论分析方法和程序,来获得该种薄壁梁的弯曲特性。首先,将复合材料包裹十二直角薄壁梁弯曲失效区域中的变形特征简化为塑性铰、滚动铰和平面拉伸三种能量耗散机制。进而,考虑了滚动铰运动方向和复合材料纤维方向夹角的瞬时变化的影响,推导了滚动铰塑性极限弯矩和滚动铰的能量耗散的理论表达式,建立整个薄壁梁的弯曲能量耗散平衡方程。最后,基于能量最小原则,求解弯曲变形区域特征长度,获得了复合材料包裹十二直角薄壁梁的弯曲特性(弯曲力矩-转角)曲线。与有限元分析的结果比较表明,所提出的理论分析方法可以准确地预测复合材料包裹十二直角薄壁梁的弯曲特性。     

中心刚体-功能梯度材料梁系统的动力学特性

对中心刚体-功能梯度材料梁系统在平面内作大范围转动的动力学特性进行研究。假设功能梯度材料的物性参数为梁厚度方向坐标的幂函数,在柔性梁纵向位移中计及由于横向变形而引起的纵向缩短项,即非线性耦合变形量。采用假设模态法描述变形,运用第二类Lagrange方程推导得到系统刚柔耦合动力学方程。在此基础上,考虑两种不同梯度分布规律下的功能梯度梁,通过数值算例讨论功能梯度分布规律、材料梯度指数等对作大范围旋转运动柔性梁的动力学特性的影响。结果表明,功能梯度分布规律、材料梯度指数的取值都会对系统的动力学特性产生较大影响。     

等面积不同形状截面梁弯曲性能实验研究

对截面面积相等但形状不同的梁的弯曲性能做了研究,通过理论分析和实验数据比较它们的抗弯能力。实验是通过定量测定等面积但不同形状截面梁的弯曲变形位移分量,即通过比较挠度、转角以及弯曲应力的大小来比较各种梁的抗弯能力。从实验结果可以看出,各种不同形状的截面梁,尽管其截面面积相等,但抗弯能力却不相同,惯性矩越大,抗弯刚度越大,则弯曲变形越小,挠度、转角和弯曲应力都越小,说明其抗弯能力越好。     

浅拱形薄壳在流体作用下的变形与应力分析

应用弹性薄壳的基本理论和流体弹性力学基本方程,结合相容拉格朗日-欧拉法,建立接触面处流体与固体相互作用的运动学方程和动力学方程,深入研究浅拱形薄壳在流体作用下的弯曲变形;给出在倾斜流动和对称流动状态下,法向位移系数的线性方程表达式;结合边界条件求解得到浅拱形壳的变形、压力及应力的算式。并通过具体算例,绘出挠度随壳体材料、壳体厚度、壳体弧长、迎角和流体速度等参数变化的关系曲线,给出发生最大变形、最大应力所在的位置及数值;分析相关参数变化对浅拱形壳体变形和应力状态的影响。其分析结果可供流体作用下浅拱形薄壳的强度与刚度设计参考。     

双孔微剪切试验评定铝合金焊接接头局部变形特性

工程上需要得到力学性能不均匀焊接接头的局部特性,提出一种双孔微剪切试验方法,测定焊接接头局部材料塑性流变的特性参数.这种方法通过对两小孔之间的材料小区进行剪切试验,测量其载荷位移曲线.建立双孔微剪切试验的有限元模型, 并选择不同屈服应力和加工硬化指数的材料进行大变形有限元模拟, 给出材料塑性变形参数与试验载荷位移曲线的相关关系.这样,根据双孔微剪切的试验曲线可以直接得到材料的塑性变形参数.用铝合金挤压型材对这种方法的准确性进行验证,并对铝合金焊接接头各区的塑性变形性能进行评定.     

陶瓷/金属非保守FGM斜板的颤振分析

研究了陶瓷/金属非保守功能梯度材料（FGM）斜板的颤振问题。以薄板理论为基础,假定材料的等效物性参数为沿厚度方向体积分数的幂律变化,在斜坐标系下建立了非保守FGM斜板的运动微分方程。运用微分求积法,对四边固支边界条件下陶瓷/金属非保守FGM斜板的量纲一复频率进行了数值计算,分析了FGM斜板的梯度指标、夹角和长宽比的变化对非保守FGM斜板稳定性的影响。结果表明,非保守FGM斜板的临界颤振荷载随梯度指标和夹角的增大而减小,随长宽比的增大而增大。     

干式涡旋真空泵涡旋齿应力与变形研究

为了研究涡旋真空泵涡旋齿在气体力作用下的应力分布及变形规律,利用三维建模软件建立双级定涡旋盘有限元分析模型,结合气体流动特性,分析了串联模型两级间气体压力。基于涡旋真空泵涡旋盘的几何理论和力学理论将涡旋齿受到的气体力分解为切向、径向和轴向3个气体力分量,采用有限元分析的方法对双级定涡旋齿进行应力和变形分析。由分析结果可知,吸气侧第一级三头涡旋齿比排气侧第二级单头涡旋齿的变形量小且变形波动小;在4种不同主轴转角下,涡旋齿的最大变形位置均发生在排气腔内,且位于涡旋齿齿顶部,最大等效应力发生在涡旋齿齿根部;得到在气体力作用下涡旋齿的径向变形和轴向变形情况,对真空泵密封的设计提供了一定的理论依据。     

热—机械载荷下梯度材料圆筒的应力分析

对梯度材料圆筒在内外压及非均布温度载荷作用下的应力状态进行理论分析。通过引入弹性梯度因子和温度梯度因子获得热—机械载荷下梯度材料圆筒的应力解析解,进而探讨弹性梯度因子和温度梯度因子对径向、周向和轴向应力分布的影响,为梯度材料圆筒的结构设计提供可靠的理论依据。计算结果表明,应力分量沿壁厚的分布随内外压比值的不同而不同,其中径向应力与坐标位置密切相关,与梯度因子关系不大。对于不同的梯度因子比,存在一最优值使得梯度圆筒内外壁面周向应力差值最小。与内壁处轴向应力相比,外壁处轴向应力对内外压比值的变化更为敏感,并且当弹性梯度因子与温度梯度因子比小于1时,轴向应力几乎不受梯度因子比值变化的影响;而当梯度因子比大于1时,轴向应力迅速减小,且外壁处的减小速度远大于内壁处的减小速度。     

变载荷作用下柔性关节板弹簧的大变形分析与强度计算

提出一种由气缸驱动的柔性机械手关节,关节采用板弹簧作为骨架。板弹簧的变形等效于自由端受特殊变载荷作用的弹性悬臂梁的大变形,其特殊变载荷是一个方向和大小都随气缸压力而变化的载荷。建立了悬臂梁静态变形的微分方程,采用简单的微分计算方法得出不同气缸压力下板弹簧任意位置的变形倾角、变形位移及应力的数值解。绘制其变形曲线和应力曲线,分析板弹簧的变形和应力分布情况,并校核了板弹簧最大应力处的强度。     

关于轴向力作用下梁弯曲时中性轴位置的讨论

研究了中性轴位置对轴向力作用下梁弯曲变形的影响。研究结果表明,轴向力作用下梁弯曲时的中性轴位置,与梁纯弯曲时的中性轴位置不同。但由于轴向力作用下梁弯曲时的中性轴位置与梁纯弯曲时的中性轴位置的距离非常小,对轴向力作用下梁弯曲变形的计算影响不大,所以现行材料力学教材关于轴向力作用下梁弯曲变形的计算,皆以梁纯弯曲时的中性轴位置为基准,来简化梁的弯曲变形计算。     

石油套管弯曲变形的仿真分析

利用有限元法建立了井下套管弯曲变形的非线性力学模型,通过对油田常见不同规格套管弯曲变形的仿真分析,得到了不同弯曲状态下的作用荷载、工作应力以及位移的相关关系。分析结果表明,随着侧向荷载的增加,套管弯曲经历着一个从弹性变形到塑性变形的时间历程,通过测量套管弯曲变形状态可以有效地判断井下套管的服役状态。该结果为现场采取合理有效的套管修补措施提供了有效的理论基础。