压电体表面金属电极脱层的屈曲分析

基于弹性有限变形理论和电弹性体偏场理论,对半无限压电体及其表面电极层间存在穿透脱层的屈曲问题进行了分析. 采用平面应变模型,在脱层远处作用有平行于脱层的应变载荷. 使用Fourier积分变换,应用脱层界面的连续条件和电极表面的边界条件将问题归为第2类Cauchy型奇异积分方程组. 利用Gauss-Chebyshev积分公式将奇异积分方程组变为齐次线性代数方程组,以确定临界应变载荷. 通过数值算例,给出了底层为PZT-4材料、电极为金属Pt在不同的脱层长厚比时的临界应变载荷和屈曲形状,分析了压电体的压电、介电效应对屈曲载荷的影响. 另外给出了脱层屈曲时,脱层尖端奇异性振荡因子随不同脱层长厚比的关系曲线.      

有限厚压电层表面金属电极脱层的屈曲研究

基于弹性有限变形理论和压电弹性体偏场理论,对上、下表面有金属电极的压电材料板内存在穿透脱层的屈曲问题进行了分析.采用平面应变模型,远处作用有均匀压应变载荷.用Fourier积分变换,界面连续条件和上、下电极表面的边界条件将问题归为第二类Cauchy型奇异积分方程组.利用Gauss-Chebyshev积分公式将该方程组变为一齐次线性代数方程组,以确定脱层屈曲载荷.算例给出了中间层为PZT-4,上、下电极为Pt的结构在不同脱层长厚比时的临界应变及相应屈曲形状.同时分析了压电层的机电耦合效应对临界应变的影响.     

STUDY ON AMPLIFICATION FACTOR OF FLEXURAL BUCKLING CRITICAL LOAD OF AXIAL COMPRESSION BARS1)

为了建立一般条件下轴压构件屈曲临界载荷的计算理论,首先对轴心受压构件发生屈曲时的总势能方程进行了推导,然后采用Rayleigh-Ritz法并基于势能驻值原理得到了4种不同端部约束条件下轴压构件的屈曲临界载荷,对比欧拉临界载荷,给出了临界载荷放大系数 的计算式,全面考虑了构件长细比、压缩变形、剪切变形以及截面形状系数对临界载荷的影响,推导的计算式可用于较小长细比轴压构件发生屈曲时临界载荷的计算.圆截面和双轴对称工字形截面轴压构件屈曲临界载荷的分析表明构件长细比是影响放大系数的主导因素。     

轴压构件屈曲临界载荷放大系数的研究

为了建立一般条件下轴压构件屈曲临界载荷的计算理论,首先对轴心受压构件发生屈曲时的总势能方程进行了推导,然后采用Rayleigh--Ritz法并基于势能驻值原理得到了4种不同端部约束条件下轴压构件的屈曲临界载荷,对比欧拉临界载荷,给出了临界载荷放大系数的计算式,全面考虑了构件长细比、压缩变形、剪切变形以及截面形状系数对临界载荷的影响,推导的计算式可用于较小长细比轴压构件发生屈曲时临界载荷的计算.圆截面和双轴对称工字形截面轴压构件屈曲临界载荷的分析表明构件长细比是影响放大系数的主导因素。     

弹性体表面分层压缩失稳问题的数学弹性力学解

采用数学弹性力学的稳定平衡方程并结合富氏积分变换的方法研究了含表面平行裂纹的弹性体在压缩载荷下的表面分层失稳问题。导出了一级显式的精确齐次奇异积分方程组,然后.通过Gauss-Chebyshev积分公式,得到一组齐次代数方程组,从而求出临界压缩载荷。并将结果与经典的材料力学梁板稳定的研究方法所得结果进行了比较,指出经典方法误差太大而不适于求解此问题。最后,利用数学弹性力学解求出的等效弹性支承常数给出一个简单精确的临界压缩载荷计算公式。     

弹性圆柱壳在轴向应力波传播过程中的非对称屈曲

讨论弹性圆柱壳端部受冲击载荷作用，在应力波传播过程中的非对称屈曲问题。通过求解扰动方程得到了动态屈曲的分叉条件、临界载荷和屈曲模态。数值结果表明，当壳壁厚不很薄时，轴对称屈曲临界载荷比非对称临界载荷高；反之，轴对称临界载荷会比非对称临界载荷低。不同的冲击载荷，屈曲模态也将不同。     

一维六方准晶层合简支梁自由振动与屈曲的精确解

伪Stroh型公式能够将多场耦合材料的控制方程转化为线性特征系统来求解,从而获得多层结构简支边界条件的精确解.本文利用伪Stroh型公式,研究一维六方准晶层合简支梁的自由振动和屈曲问题,通过传递矩阵法,获得准晶层合梁自由振动固有频率与临界屈曲载荷的精确解.通过与已有梁的剪切变形理论结果比较,验证了本文伪Stroh型公式的正确性和有效性.通过数值算例,分析由两种不同准晶材料组成的三明治层合梁的叠层方式、高跨比、层厚比及层数对梁的固有频率、临界屈曲载荷及其模态的影响规律.结果表明,叠层顺序和梁的高跨比、层厚比对准晶层合梁的自由振动固有频率和临界屈曲载荷有很大影响,可通过调整梁的几何尺寸和叠层顺序得到准晶层合梁的最佳固有频率和临界屈曲载荷.本文给出的精确解可为工程上研究准晶梁的各种数值解法和实验方法提供理论参考.     

在轴向应力波传播和反射过程中弹性有限长圆柱壳非对称动态屈曲

本文讨论弹性有限长圆柱壳端部受冲击载荷作用，在轴向应力波传播和反射过程中的非对称动态屈曲问题。通过建立和求解扰动方程得到了动态屈曲的分叉条件，临界载荷和屈曲模态。数值结果表明：当壳壁厚不很薄时，轴对称屈曲临界载荷比非轴对称临界载荷高；反之，轴对称临界载荷会比非对称临界载荷低；由于应力波的反射，临界载荷降低，因而更容易发生屈曲，屈曲模态也有其不同特点。     

复杂载荷下复合材料对称层合板的椭圆形分层屈曲

应用Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｒｉｔｚ法对含有单个椭圆形分层的复合材料对称层板在压剪载荷联合作用下的脱层屈曲问题进行了分析计算。给出相应于不同的椭圆长短半轴之比ａ／ｂ值下及不同椭回主轴的偏角时，脱层屈曲的临界应变值。此计算考虑了层板的拉伸剪切藕合刚度影响及子层本身弯曲－扭转耦合刚度，和拉伸－弯曲耦合刚度的影响，给出有工程参考价值的计算结果。     

脱层梁屈曲的高阶剪切理论

脱层的存在将会大大降低层合结构的屈曲载荷。该文将含任意位置脱层的两端固支梁分成多段子层,用厚度的三次多项式模拟脱层梁屈曲时子层的轴向位移,利用变分原理和欧拉方程导出了脱层梁的屈曲方程和定解条件,并用状态空间方法进行求解。通过与一阶剪切理论和经典理论的比较,指出了它们各自的适用范围;考虑了脱层梁三种不同的屈曲模态。分析了脱层长度、深度、位置和材料的铺层方向对脱层梁屈曲载荷的影响;最后给出了多处简单脱层的屈曲分析。     

含纤维搭桥的正交各向异性材料非线性矩形脱层屈曲分析

本文基于用挠度和应力函数表示的考虑含纤维搭桥影响的正交各向异性材料矩形脱层屈曲非线性方程组,采用伽辽金法获得了非线性矩形脱层屈曲的理论解,给出了屈曲载荷随脱层中心挠度、纤维搭桥因子及脱层几何和材料参数变化的解析关系式.通过理论计算与有限元数值结果的对比,验证了解的正确性.本文解可有效用于分析材料参数和几何参数以及纤维搭桥作用对结构非线性脱层屈曲行为的影响,对于复合材料抗压屈曲强度设计具有重要参考价值.     

复杂载荷下复合材料对称层合板的椭圆形分层屈曲

应用Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｒｉｔｚ法对含有单个椭圆形分层的复合材料对称层板在压剪载荷联合作用下的脱层屈曲问题进行了分析计算，给出相应于不同的椭圆长短半轴之比ａ／ｂ值下及不同椭圆主轴的偏角时，脱层屈曲的临界应变值，此计算考虑了层板的拉伸剪切耦合刚度影响及子层本身弯曲－扭转耦合刚度Ｄ＾ｄ１６，Ｄ＾ｄ２６和拉伸－弯曲耦合刚度Ｂ＾ｄｉｊ的影响，给出有工程参考价值的计算结果。     

弹性圆柱壳冲击扭转屈曲的突变模型

本文将突变理论用于处理冲击载荷下弹性结构的屈曲问题,文中建立了结构冲击屈曲的突变准则,认为临界阶跃载荷位于所提出突变系统的分叉集之中,并由此对两端固支的弹性圆柱壳扭转屈曲进行了分析,给出了不同初缺陷时的临界阶跃扭矩计算公式,通过对临界静态扭矩的计算,表明临界阶跃扭矩小于临界静态扭矩.     

黏弹性层合圆柱壳的临界轴压分析

基于经典屈曲理论，研究了轴向受压黏弹性复合材料层合圆柱壳的临界屈曲载荷. 利用Boltzmann线性积分型本构关系描述铺设单层的各向异性黏弹性行为. 结合解析与数值 方法，由Donnell型屈曲控制方程以及边界条件的Laplace变换导出相空间的特征方程，根 据Laplace逆变换的极值定理，获得层合圆柱壳的瞬时弹性临界载荷与持久临界载荷. 针对 多组铺设方式，通过数值算例重点分析了临界载荷随铺设角的变化特征，两种临界载荷的峰 值点差异程度与铺设方式、几何参数以及材料类型的关系，得到了一些对黏弹性层合圆柱壳 的优化设计有参考价值的结论.     

压电体中考虑表面效应时开裂孔洞的断裂特征

研究了反平面机械载荷和面内电载荷作用下压电体中考虑表面效应时孔边双裂纹问题的断裂特征。基于Gurtin-Murdoch表面理论模型,通过构造映射函数,利用复势电弹理论获得了应力场和电位移场的闭合解答。给出了裂纹尖端应力强度因子、电位移场强因子和能量释放率的解析解。讨论了开裂孔洞几何参数和施加力电载荷对电弹场强因子和能量释放率的影响。     

剪切可变形梁非线性静态响应的精确解

本文给出了纵横向载荷作用下,梁非线性静态问题的精确解。基于非线性一阶剪切变形梁理论,导出了梁非线性静态问题的基本方程。将三个非线性方程化简为一个关于横向挠度的非齐次四阶非线性积分-微分方程,当只有轴向载荷作用时,该方程和相应的边界条件构成微分特征值问题。直接求解该方程,得到了梁非线性静态变形闭合形式的解,这个解显式地给出了梁的变形与外载荷之间的非线性关系,描述了梁变形后的非线性平衡路径。利用这个解,得到了梁临界屈曲载荷的一阶结果与经典结果。为考察载荷、长高比以及边界条件的影响,根据得到的解析解给出了一些数值算例,并讨论了梁不同阶屈曲模态下非线性静态响应的一些性质。结果表明:对应于方程特征参数λ的不同取值区间,梁的轴向载荷-挠度曲线有不同的解支;而对应于参数λ的同一取值区间,梁分别对应两个不同的屈曲模态。     

磁电热弹耦合材料三维多裂纹超奇异积分法

用超奇异积分方程法将多场耦合载荷作用下磁电热弹耦合材料内含任意形状和位置三维多裂纹问题转化为求解一以广义位移间断为未知函数的超奇异积分方程组问题,退化得到内含任意形状平行三维多裂纹问题的超奇异积分方程组;推导出平行三维多裂纹问题的裂纹前沿广义奇异应力场解析表达式、定义了广义(应力、应变能)强度因子和广义能量释放率;应用有限部积分概念及体积力法,为超奇异积分方程组建立了数值求解方法,编制了FORTRAN程序,以平行双裂纹为例,通过典型算例,研究了广义(应力、应变能)强度因子随裂纹位置、裂纹形状及材料参数变化规律,得到裂纹断裂评定准则. 最后,分析了裂纹间干扰、屏蔽作用及其在工程实际中的应用.      

脱层屈曲的高阶摄动解

本文用摄动法求解了三维复合材料中有纤维搭桥的圆形脱层的屈曲问题。搭桥纤维被简化为连续分布于脱层面上的线性弹簧。用Taylor级数展开法确定了每一级摄动方程用Bessel函数表达的解析解．给出了脱层屈曲临界载荷、挠度曲线与脱层半径、搭桥因子等的封闭关系式。根据这一结果并考虑脱层只能向一个方向挠曲的约束条件，可以进一步探讨脱层屈曲的特征。     

圆柱约束下细长压杆屈曲及后屈曲行为

研究了轴向力作用下受圆柱横向约束的弹性杆的屈曲和后屈曲行为。通过有限元模拟,分析了细长压杆发生正弦和螺旋屈曲的轴向临界力,提出了正弦和螺旋屈曲临界点判定方法,且与文献结果比较验证了分析的正确性。同时考察了长细比和边界条件等因素对临界力的影响。结果表明正弦屈曲临界力和螺旋屈曲临界力随杆的长细比减小而增大。杆在一定长度范围内,端部约束条件对临界屈曲载荷及模态的影响不可忽略;当杆的长度足够长时,可以忽略边界条件对临界载荷的影响。     

黏弹性板的大挠度蠕变屈曲

研究了具有初始小挠度受轴向压载黏弹性板的蠕变屈曲问题，在建立控制方程时，利用了von Karman非线性应变-位移关系，并考虑了初始挠度，用标准线性固体模型描述材料的黏弹性特性，在求解非线性积分方程时，利用梯形公式计算记忆积分式，将非线性积分方程化为非线性代数方程进行数值求解，得到了结构的蠕变变形过程，又将问题退化到小挠度情况进行研究，得到了挠度随时间扩展的解析解，分析了瞬时失稳临界载荷、持久临界载荷的物理意义，讨论了考虑几何非线性对黏弹性板蠕变屈曲的影响。