轴对称横观各向同性热弹性圆柱的分解

为了得到精确的应力场、位移场、温度场,将扭转圆轴的精化理论研究方法推广到轴对称横观各向同性热弹性圆柱。利用Bessel函数以及轴对称横观各向同性热弹性圆柱的通解,给出了轴对称横观各向同性热弹性圆柱的分解定理。根据柱面齐次边界条件获得了精确的精化方程,精化方程可以分解为一阶方程、超越方程、温度方程,从而将横观各向同性热弹性圆柱的轴对称问题分解为轴向拉压问题、超越问题、热-应力耦合问题。超越部分对应端部自平衡情况,可以清晰地了解到端部应力分布对内部应力场的影响,热-应力耦合部分对应无外加应力场时圆柱内部因温度变化引起的热应力。     

轴对称一维六方准晶圆柱的精化理论

将轴对称圆柱的精化分析推广到一维六方准晶中轴对称圆柱的研究当中。利用准调和函数的Bessel算子函数表示以及一维六方准晶中的通解,在不做任何预先假设的情况下,给出了一维六方准晶中轴对称圆柱的精化理论。首先,根据准调和函数的Bessel算子函数表示,利用三个一维待定函数,表示出声子场和相位子场的位移场和应力分量。再根据非齐次边界条件,推导出柱面受径向外载时的精化方程。通过舍弃高阶项,推导出了在径向方向受到柱面载荷的近似解。     

弹性支撑功能梯度压电多孔微圆柱壳的自由振动分析

旨在研究热-力-电载荷下弹性支撑功能梯度压电多孔微圆柱壳的自由振动。首先,建立弹性支撑功能梯度压电多孔微圆柱壳动力学模型;然后,应用三阶剪切变形壳体理论和修正的偶应力理论,推出弹性支撑功能梯度压电多孔微圆柱壳模态频率的解析解;最后,通过数值算例分析了微圆柱壳模态频率的影响因素。结果表明：Pasternak弹性支撑比Winkler弹性支撑更有利于提高微圆柱壳的模态频率;改变弹性支撑的刚度系数、轴向力、外加电压、孔隙分布、材料体积分数指数和结构尺寸可调节微圆柱壳的模态频率;孔隙体积分数越大,温度或轴向力对模态频率的影响越大,而电压对模态频率的影响则越小;不同材料指数下,增大孔隙体积分数对模态频率的影响趋势不同;弹性支撑会减弱温度、轴向力和电压对模态频率的影响,对薄圆柱壳或短圆柱壳模态频率的影响较为显著。     

轴向冲击圆柱壳非弹性响应

简要论述承受轴向冲击载荷圆柱壳非弹性动屈曲响应的研究进展。采用Ｋａｒｍａｎ－Ｄｏｎｎｅｌｌ运动方程研究轴向流固冲击载荷作用下的圆柱壳轴对称弹塑性动屈曲问题。本构关系采用增量理论，借助增量数值方法求解动力方程组。研究不同边界条件对屈曲的影响，以及径向外压力在不同边界条件下对屈曲的影响。     

THREE-DIMENSIONAL ANALYSIS OF A MAGNETOELECTROELASTIC HALF-SPACE UNDER AXISYMMETRIC TEMPERATURE LOADING 1)

考虑力-电-磁-热等多场耦合作用, 基于线性理论给出了磁-电-弹性半空间在表面轴对称温度载荷作用下的热-磁-电-弹性分析, 并得到了问题的解析解. 利用Hankel 积分变换法求解了磁-电-弹性材料中的热传导及控制方程, 讨论了在磁-电-弹性半空间在边界表面上作用局部热载荷时的混合边值问题, 利用积分变换和积分方程技术, 通过在边界表面上施加应力自由及磁-电开路条件, 推导得到了磁-电-弹性半空间中位移、电势及磁势的积分形式的表达式. 获得了磁-电-弹性半空间中温度场的解析表达式并且给出了应力, 电位移和磁通量的解析解. 数值计算结果表明温度载荷对磁-电-弹性场的分布有显著影响. 当温度载荷作用的圆域半径增大时, 最大正应力发生的位置会远离半无限大体的边界; 反之当温度载荷作用的圆域半径减小时, 最大应力发生的位置会靠近半无限大体的边界. 电场和磁场在温度载荷作用的圆域内在边界表面附近有明显的强化, 而磁-电-弹性场强化区域的强化程度跟温度载荷的大小和作用区域大小相关. 本研究的相关结果对智能材料和结构在热载荷作用下的设计和制造具有指导意义.     

磁-电-弹性半空间在轴对称热载荷作用下的三维问题研究

考虑力-电-磁-热等多场耦合作用, 基于线性理论给出了磁-电-弹性半空间在表面轴对称温度载荷作用下的热-磁-电-弹性分析, 并得到了问题的解析解. 利用Hankel 积分变换法求解了磁-电-弹性材料中的热传导及控制方程, 讨论了在磁-电-弹性半空间在边界表面上作用局部热载荷时的混合边值问题, 利用积分变换和积分方程技术, 通过在边界表面上施加应力自由及磁-电开路条件, 推导得到了磁-电-弹性半空间中位移、电势及磁势的积分形式的表达式. 获得了磁-电-弹性半空间中温度场的解析表达式并且给出了应力, 电位移和磁通量的解析解. 数值计算结果表明温度载荷对磁-电-弹性场的分布有显著影响. 当温度载荷作用的圆域半径增大时, 最大正应力发生的位置会远离半无限大体的边界; 反之当温度载荷作用的圆域半径减小时, 最大应力发生的位置会靠近半无限大体的边界. 电场和磁场在温度载荷作用的圆域内在边界表面附近有明显的强化, 而磁-电-弹性场强化区域的强化程度跟温度载荷的大小和作用区域大小相关. 本研究的相关结果对智能材料和结构在热载荷作用下的设计和制造具有指导意义.      

电致伸缩圆柱体电场冲击响应研究

根据弹性力学轴对称平面应变问题的基本方程,采用有限Hankel变换及其逆变换辅以Laplace变换技术,得到了轴对称径向突加电场载荷条件下电致伸缩材料实心圆柱体的动态位移和应力响应的解析解．由于电冲击引起圆柱体内弹性波的传播,动态位移和应力随时间呈不同峰值的周期性变化．数值计算表明,随着半径增大,位移的响应相应增加,在圆柱表面达到静态位移数值的5倍以上;在圆柱表面附近,动态应力响应呈周期性拉压变化,最大幅度可达到静态应力的20倍左右．因此,在计算位移和应力场时,必须考虑电场冲击因素．     

不同理论下广义压电热弹性问题的有限元求解

基于G-L和L-S广义压电热弹性理论研究了无限大厚压电板在上下表面受到条带状热冲击时的广义压电热弹性问题。在时间非常短的情况下，为避免积分变换求解带来的精度丢失，采用有限元方法对问题在时间域进行直接求解，获得压电板在热冲击作用下的温度、位移、应力及电势等，并将结果与经典压电热弹性理论进行比较。结果表明，直接求解方法可以准确描述热在介质中以有限的速度传播。     

压电空心圆柱中的波特性

基于三维线性压电弹性理论,采用Legendre多项式方法研究了电开路时压电空心圆柱中轴向波的传播特性.给出了结构的频散曲线及其相应的非压电情况,展示了压电的影响.比较了压电对轴对称模态和弯曲模态影响的区别.从电势分布的角度分析了压电对弯曲扭转波的影响.最后讨论了径厚比和极化方向对波传播压电效应的影响.     

考虑应变率的广义压电热弹理论及其应用

工程中大量材料的形变介于弹性与黏性之间, 既具有弹性固体特性, 又具有黏性流体特点, 即为黏弹性. 黏弹性使得材料出现很多力学松弛现象, 如应变松弛、滞后损耗等行为. 在研究受热载荷作用的多场耦合问题的瞬态响应时, 考虑此类问题中的热松弛和应变松弛现象, 对准确描述其瞬态响应尤为重要. 针对广义压电热弹问题的瞬态响应, 尽管已有学者建立了考虑热松弛的广义压电热弹模型, 但迄今, 尚未计入应变松弛. 本文中, 考虑到材料变形时的应变松弛, 通过引入应变率, 在Chandrasekharaiah广义压电热弹理论的基础之上, 经拓展, 建立了考虑应变率的广义压电热弹理论. 借助热力学定律, 给出了理论的建立过程并得到了相应的状态方程及控制方程. 在本构方程中, 引入了应变松弛时间与应变率的乘积项, 同时, 分别在本构方程和能量方程中引入了热松弛时间因子. 其后, 该理论被用于研究受移动热源作用的压电热弹一维问题的动态响应问题. 采用拉普拉斯变换及其数值反变换, 对问题进行了求解, 得到了不同应变松弛时间和热源移动速度下的瞬态响应, 即无量纲温度、位移、应力和电势的分布规律, 并重点考察了应变率对各物理量的影响效应, 将结果以图形形式进行了表示. 结果表明: 应变率对温度、位移、应力和电势的分布规律有显著影响.      

A GENERALIZED PIEZOELECTRIC-THERMOELASTIC THEORY WITH STRAIN RATE AND ITS APPLICATION 1)

工程中大量材料的形变介于弹性与黏性之间, 既具有弹性固体特性, 又具有黏性流体特点, 即为黏弹性. 黏弹性使得材料出现很多力学松弛现象, 如应变松弛、滞后损耗等行为. 在研究受热载荷作用的多场耦合问题的瞬态响应时, 考虑此类问题中的热松弛和应变松弛现象, 对准确描述其瞬态响应尤为重要. 针对广义压电热弹问题的瞬态响应, 尽管已有学者建立了考虑热松弛的广义压电热弹模型, 但迄今, 尚未计入应变松弛. 本文中, 考虑到材料变形时的应变松弛, 通过引入应变率, 在Chandrasekharaiah广义压电热弹理论的基础之上, 经拓展, 建立了考虑应变率的广义压电热弹理论. 借助热力学定律, 给出了理论的建立过程并得到了相应的状态方程及控制方程. 在本构方程中, 引入了应变松弛时间与应变率的乘积项, 同时, 分别在本构方程和能量方程中引入了热松弛时间因子. 其后, 该理论被用于研究受移动热源作用的压电热弹一维问题的动态响应问题. 采用拉普拉斯变换及其数值反变换, 对问题进行了求解, 得到了不同应变松弛时间和热源移动速度下的瞬态响应, 即无量纲温度、位移、应力和电势的分布规律, 并重点考察了应变率对各物理量的影响效应, 将结果以图形形式进行了表示. 结果表明: 应变率对温度、位移、应力和电势的分布规律有显著影响.     

横观各向同性热弹性多孔介质板的精化理论

研究了孔隙水压力作用下横观各向同性热弹性多孔介质板的精化理论。在不做任何预先假设的情况下,利用Lur’e方法和横观各向同性热弹性多孔介质的通解,得到了横观各向同性热弹性多孔介质板的精化理论。首先,根据调和函数的sin算子函数表达式,得到了用5个二维待定函数表示的位移场和应力场;其次,在非齐次边界条件下,利用基本的数学算法,得到了在孔隙水压力载荷作用下热弹性多孔介质板的精化方程;最后,通过舍弃高阶项,得到了位移场和应力场的近似解。     

横观各向同性热弹性梁的精化理论

本文从横观各向同性梁的二维问题出发,研究了横观各向同性热弹性梁的精化理论。首先,在不作任何预先假设的条件下,利用横观各向同性热弹性理论和Lur’e算子函数,获得了由梁中线上的物理量表示的位移场和应力场。对热弹性梁上下表面承受非齐次边界条件的情况,推导出梁的近似控制微分方程。再舍去温度项,则横观各向同性热弹性梁的精化理论退化为横观各向同性梁的精化理论。     

有限长圆柱壳中轴对称弹性瞬态波

有限长的计及剪切变形和转动惯性的弹性圆柱壳的轴对称运动方程经过Laplace变换后转化为一组相空间中的方程。对该方程组作了一些适当的处理后,应用广义射线法,得到了相空间中位移和内力的射线法表达式。采用快速Fourier变换作Laplacl逆变换,即可得到圆柱壳受轴对称冲击载荷时的弹性瞬态波解。     

轴向应力波作用下圆柱壳弹性轴对称动力失稳有限元特征值分析

本文运用有限元特征值分析方法对应力波作用下圆柱壳弹性轴对称动力失稳问题进行了研究。基于应力波理论和相邻平衡准则导出了圆柱壳轴对称动力失稳时的有限元特征方程,在此方程中考虑了应力波效应及横向惯性效应,把圆柱壳弹性动力失稳问题归结为特征值问题。通过引入圆柱壳动力失稳时的波前约束条件实现了此类问题的有限元特征值解法。计算结果揭示了圆柱壳弹性轴对称动力屈曲变形发展的机理,以及轴向应力波和屈曲变形的相互作用规律。     

圆柱壳在两种非轴对称同步移动载荷作用下的动力响应

本文根据工程实例计算的需要,研究了有限长弹性圆柱薄壳在两种非轴对称同步移动载荷作用下的动力响应问题。两种非轴对称同步移动载荷作用是指非轴对称移动的集中载荷,以及同步移动且作用范围随移动位置增加的均布载荷的共同作用。建立了在上述两种不同类型载荷作用下的具有对称形式的动力学微分方程组;分别采用Dirac函数与Heaviside函数表示移动的均布载荷与集中载荷,设定位移函数的基础上,应用Galerkin法及Laplace变换,求得了圆柱薄壳应力与位移动态响应的解析解;通过具体算例,将所得到解析解的计算结果与ANSYS数值解进行了对比分析,验证了解析解的可靠性。     

压电空心圆柱中波的传播

应用三维压电弹性体轴对称模型对压电空心圆柱中波的传播进行了研究. 发现在 圆柱中是否具有压电性质会对波的传播带来显著的差异. 当波长趋向于零时，在压电圆柱中 拟P波的波速渐进趋向于横观各向同性弹性体的准P波波速，而非压电圆柱中拟P波的波速 渐进趋向于一维杆模型中的P波波速；在压电圆柱中拟SV波存在驻波现象. 圆柱中的SH波 同电场无关，所以在压电圆柱和非压电圆柱中SH波具有相同的频散曲线. 应用积分变 换方法将圆柱的控制方程同其侧边界条件相结合，得到了一组动力学方程. 针对具体的侧边 界条件，得到相对应的波导条件和频散方程. 在此基础上通过数值计算模拟了圆柱受到端部 应力脉冲激励后的瞬态响应. 同时讨论了空心圆柱的半径比对轴向波传播的影响.     

辛方法和弹性圆柱壳在内外压和轴向冲击下的动态屈曲

针对有内压或外压的弹性圆柱壳在轴向冲击载荷耦合作用下的动态屈曲问题,构造哈密顿体系,在辛空间中将临界载荷和动态屈曲模态归结为辛本征值和本征解问题,从而形成一种辛方法。该方法直接得到非轴对称的屈曲模态。数值结果给出了圆柱壳问题的临界载荷和屈曲模态以及一些规律。     

圆柱壳的非线性动力屈曲分析

本文研究在轴向冲击作用下，具有初始几何缺陷的圆柱壳的非线性弹性动力屈曲问题。由于冲击过程中作用时间极短，应力波的影响变得相当重要，同时认为圆柱壳经历大挠度变形。分析中不仅考虑圆柱壳的径向惯性力，而且也考虑轴向惯性力和几何非线性的影响。假设圆柱壳中位移和薄膜力可分成轴对称分量和非轴对称分量之和，并引入应力函数表示非轴对称内力，对平衡方程应用伽辽金方法，将导出的和冲击物体的质量对动屈曲性能的影响很大。     

具有叉指式电极的1-3型压电复合材料层合板力电耦合行为的三维精确分析

基于三维弹性理论和压电理论,导出了含有1-3型压电复合材料层的有限长矩形层合简支板的静力平衡方程和边界条件,给出了该层合板在叉指式电极和外力共同作用下力电耦合特性的三维精确解.数值算例的计算结果与有限元解进行了对比,取得了很好的一致性.研究了压电矩阵各向异性和刚度矩阵各向异性以及电势等因素对其挠曲面扭率最大值的影响.数值结果表明层合板扭率最大值的绝对值随压电矩阵各向异性系数Rd的增大而增大并随刚度矩阵各向异性系数Rc的减小而增加.