任意厚度具有自由边叠层板的精确解析解

自由边问题一直是三维弹性力学中的难题,通常很难满足自由边上一个正应力和两个剪应力都等于0．基于三维弹性力学基本方程和状态空间方法,引入自由边界位移函数并考虑全部弹性常数,建立了正交异性具有自由边单层和叠层板的状态方程．对状态方程中的变量以级数形式展开,通过边界条件的满足精确求解任意厚度具有自由边叠层板的位移和应力,此解满足层间应力和位移的连续条件．算例计算表明,采用引入的位移函数形式,简化了计算过程并且采用较少的级数项可以获得收敛解．与有限元方法计算结果进行了对比,可以得到较高精度的数值结果．其解可以作为其它数值方法和半解析方法的参考解．     

k个内点支承圆板的对称弯曲

本文研究在均布载荷作用下,表面上有k个等距离内点支承的弹性圆板的对称弯曲.将自由边界位移和转角展开成Fourier级数,应用文献[6]的方法,使平衡方程和边界条件同时得到精确满足,从而获得了挠曲面方程的解析表达式.这是一种简便、有效的算法.     

扇形板的富里哀—贝塞尔级数解

本文以加补充项的富里哀—贝塞尔双重级数的位移模式,对扇形弹性薄板在各种边界件条下的弯曲和振动问题,提出了一种应用范围比较广的、便于计算的、解析形式的解法.作为算例,文中给出了各种角度的径向边界简支或固定的扇形板在均布荷载或集中荷载作用下产生的挠度和弯矩的分布曲线,并与有关文献的数值结果进行了比较.本文推广了加补充项的富氏级数法的应用范围,并计算出各种角度的径向边界简支的扇形板的自振频率和节线的图表.     

局部竖向荷载作用下圆柱形薄壳的解析解

本文运用混合型级数方法,导出了局部竖向荷载作用下横向简支圆柱形薄壳的解析解,并给出了在五种局部竖向荷载作用下解的解析式.文中给出了纵边自由的圆柱形薄壳屋顶算例,计算结果表明了级数具有较好的收敛性.本文结果可以处理地下结构中的若干实际问题.     

具有弹性边拱及拉杆支承的双曲扁壳(一)

本文利用变分原理建立了具有弹性边拱及拉杆支承的双曲扁壳的平衡方程式及相应的边界条件和角点条件,这里假定边拱只在其本身平面内有刚度,边拱的扭转刚度和垂直于其平面的弯曲刚度都略去不计,本文研究了不许自由外伸的角点铰支条件,以及能够自由外伸的角点简支条件,前者相当于周边有拉杆限制角点外伸位移的情况,后者相当于周边无拉杆的情况.对于前者而言,本文近似地假定边拱沿弧方向的抗拉伸刚度为无穷大,亦即假定扁壳的边界切向位移为零,边拱只通过其垂直于扁壳平面的弯曲来产生弹性支承的作用.这些支承条件是近似地符合当前双曲扁壳屋盖的设计条件的.本文利用双三角级数解法求得具有弹性边拱及拉杆支承的方形底球面扁壳在自重载荷下的正确解.其特点在于先将边界条件积分处理使先满足角点条件,然后求解平面应力微分方程使满足积分后的边界条件.本文的结果直接给出拉杆中的拉力,对于具体设计问题是有用的.本文提出的积分形式的边界条件方法,对于弹性支承的边界问题在板壳方面的应用中是有它的普遍实用意义的.本文还给出了具有弹性边拱支承的方形底扁球壳的数值结果,角点为铰支或简支的,选取的参数值为λ=11.5936.计算结果表明级数收敛很快,并得出了边拱的弹性变形对壳体内力、内力矩及挠度分布规律的影响.     

万因斯坦-钱伟长法的应用——简支与固支混合边界矩形板基频上下限

本文将边界条件放松法[1][2]应用于简支与固支混合边界矩形板,求得此类板的基频下限值.文中还设计了一种能满足位移边界条件的多项式作为振型试函数,从而用里兹法得到相应的上限值.具体算例得到了满意的结果.最后本文指出,通常用力法迭加法得到的此类板的所谓精确解,若考虑实际计算的级数截断误差,本质上是一种下限解.     

板梁组合结构可靠性分析的随机边界元法

本文用随机边界元法分析了随机荷载作用下具有随机边界条件的正交各向异性板、梁组合结构的可靠性.文中首先给出正交各向异性板、梁组合结构的边界积分方程,进而基于随机边界元法建立了随机结构可靠性分析方法和得到用于计算正交各向异性板、梁组合结构可靠性指标的公式.算例表明了本文方法的有效性.     

板弯曲断裂计算的边界配置解法

采用复变函数理论和边界配置方法,分析计算了Kirchhoff板的弯曲断裂问题.假设了位移及内力的复变函数式,它们能满足一系列的基本方程和支配条件,例如域内的平衡方程、裂纹表面的边界条件、裂纹尖端的应力奇异性质.这样,仅板边界的边界条件需要考虑.它们可用边界配置法和最小二乘法近似满足.对不同边界条件和载荷情形进行了分析计算.数值算例表明,本文方法精度较高,计算量小,是一种有效的半解析、半数值计算方法.     

面内功能梯度三角形板等几何面内振动分析

基于平面应变理论,利用等几何有限元方法分析了弹性边界条件下面内功能梯度三角形板的面内振动特性.板的材料属性沿厚度方向呈均匀分布,而在面内方向呈任意指数梯度变化.采用非均匀有理B样条(NURBS)基函数对三角形结构进行等几何建模和位移描述,实现了三角形板几何设计和振动分析的无缝衔接.在三角形板边界上引入虚拟弹簧约束并通过调节虚拟弹簧刚度,实现任意边界条件的施加.通过不同的单元细化方案和对比算例,验证了等几何方法的灵活性、准确性和快速收敛性.系统研究了边界条件、材料属性和几何参数对三角形板振动特性的影响.同时给出了弹性边界条件下面内功能梯度三角形板的振动特性解,具有重要参考价值.     

弹性边界约束旋转功能梯度圆柱壳结构自由振动行波特性分析

对旋转功能梯度圆柱壳自由振动行波特性及边界约束影响进行了分析研究.将功能梯度材料的物理特性表示成沿壳体厚度方向指数变化的函数,基于Love壳体理论,将圆柱壳3个方向的振动位移场采用改进Fourier(傅立叶)级数方法展开, 进而改善位移函数在边界位置求导连续性,结合旋转圆柱壳结构能量原理描述与Rayleigh Ritz法,推导旋转功能梯度圆柱壳自由振动特征方程.通过将计算结果与现有文献结果对比验证了该文模型的正确性与收敛性.随后,通过算例讨论分析了功能梯度材料特性参数、几何参数、边界条件及约束弹簧刚度对旋转功能梯度圆柱壳自由振动行波振动特性的影响.结果表明:边界条件在环向波数n较小或长径比L/R较小的情况下对行波特性影响较为明显;随着厚径比H/R的增大,边界条件的影响逐渐减小;边界约束弹簧对行波特性影响程度取决于模态阶数情况;功能梯度材料特性参数对前后行波频率的影响随着模态序数的增大而逐渐增大.     

Reissner厚板弹性弯曲的一般解析解

针对大型工程建设中的Reisner厚板弹性弯曲问题,本文采用复级数方法求解相应的常系数偏微分方程组的边值问题,并首次得到了任意边界条件下的一般解析解.该解形式简单,计算方便、可靠.以四边简支和三边固支一边自由两种支撑条件下厚板承受均布载荷为例进行了分析验算,与已有的计算结果相比,计算结果相当满意.同时本文还着重对解的收敛速度、正确性(合理性)及边界满足情况进行了考察.     

美式期权自由边界的计算方法

美式期权的自由边界问题在金融工程文献中已经引起了广泛的关注,然而,它的数值计算方法一直是一个难点.基于差分技巧,给出了满足具有有限到期日的美式期权自由边界的两种计算方法,即,根据股票期权价格和相应的偏导数来确定自由边界条件.数值结果表明了上述两种方法下自由边界是一致性的.此外研究结果对自由边界的计算提供很好的科学依据.     

弹性地基上矩形板弯曲的CC型级数解

本文利用双变量函数的Stockes变换,用CC型级数求弹性地基上矩形板弯曲问题的解析解.以弹性地基上四边自由矩形板中点作用一集中力为例给出数字计算结果.     

角点支承矩形板的振动

本文用能量原理讨论在四角点被支承的矩形板上有对称的集中质量时计算最低固有频率的近似方法.当板上有几个集中质量的情形下,可应用迭加原理,很方便地求出质量换算系数,从而求出薄板的最低固有频率.文中列举了许多数值算例.     

用多复变量应力函数计算任意多连通弹性平面问题

本文应用弹性力学的复变函数理论,用多保角变换的方法,导出了任意多连通无限大弹性板的多复变量应力函数表达式。在边界上进行复Fourier级数展开,用待定系数法确定应力函数的未知系数,从而计算弹性板的应力场,以含有任意多个任意位置椭圆孔的无限板为例,编制了相应的多工况运行的FORTRAN77标准化程序,进行了考题和算例分析,给出了级数的收敛状况和孔边周向应力的分布图,结果表明本方法对处理多连通无限大弹性平面问题行之有效。     

任意弹性边界的多段梁自由振动研究

研究了连续多段梁的自由振动特性.为区别于诸简支等传统约束边界,提出了弹性约束边界下多段梁结构的自由振动特性分析方法.首先根据谱几何法,在传统Fourier级数的基础上添加四个辅助函数,构造了多段Euler梁中每段的横向位移函数.其次,将位移函数的假设谱几何形式代入多段梁结构的Lagrange函数得到新的表达式,由Hamilton原理将自由振动问题化成矩阵特征值形式,从而求解出任意弹性边界条件下多段梁的自振频率和模态.针对四个具体算例,通过改变边界处弹簧刚度值可求得不同边界条件下连续多段梁的自振频率和模态.与已有文献的结果比较,充分验证了该文方法的正确性、规范性和高效性.     

夹层圆板的大幅度振动

本文利用哈密顿原理导出了夹层圆板轴对称大幅度自由振动的基本方程,并给出了表板很薄情况下的简化形式.作为算例,利用修正迭代法求出了具有滑动固定边界条件夹层圆板对轴称大幅度自由振动的一种解析解,并由此导出了夹层圆板振幅和振频的解析关系式.     

圆外平面弹性问题的边界积分公式

将边界上的应力函数及其法向导数展开为罗朗级数,与复应力函数的罗朗级数的表达式对比,可以确定罗朗级数的各系数,再利用傅利叶级数和卷积的几个公式进行计算,得到应力函数边界积分公式．通过边界的应力函数及其法向导数的积分,直接得到圆外应力函数值,并给出几个算例,表明结果用于求解单位圆外平面弹性问题十分方便．     

基于留数定理的一种级数求和方法

无穷级数求和应用于许多逼近理论、数值计算中。本文基于留数定理给出一种无穷级数求和的新方法。该方法将级数求和转化成相应某复值函数在一个闭域中的留数之和,通过严密的论证,证明了该方法是正确,并讨论分析了它具有广泛的实用性．此外,通过算例证实方法简单、有效。     

薄体结构温度场的高阶边界元分析

分析了二维问题边界元法3节点二次单元的几何特征,区分和定义了源点相对高阶单元的Ⅰ型和Ⅱ型接近度.针对二维位势问题高阶边界元中奇异积分核,构造出具有相同Ⅱ型几乎奇异性的近似核函数,在几乎奇异积分单元上分离出积分核中主导的奇异函数部分.原积分核扣除其近似核函数后消除几乎奇异性,成为正则积分核函数,并采用常规Gauss数值方法计算该正则积分;对奇异核函数的积分推导出解析公式,从而建立了一种新的边界元法高阶单元几乎奇异积分半解析算法.应用该算法计算了二维薄体结构温度场算例,计算结果表明高阶单元半解析算法能充分发挥边界元法优势,显著提高计算精度.