变厚度载流旋转壳体的热磁弹性分析

针对磁场环境中受机械载荷作用变厚度载流旋转壳体热磁弹性问题，基于薄壳的几何方程、物理方程、运动方程、电动力学方程，建立其热磁弹性基本方程．应用线性化方法，得到了关于热磁弹性问题的线性迭代方程，转化为包括8个基本未知量的标准型方程组．关于载流旋转壳体，给出Lorentz力表达式，导出了温度场及温度场积分特征值．分析了变厚度锥形旋转壳体应力、温度及变形随外加电磁参量的变化规律，并通过数值模拟对理论分析进行了验证．研究结果可为载流旋转壳体热磁弹性问题研究提供理论参考．     

有限厚度、大压入的球压试验材料力学响应

针对磁场环境中受机械载荷作用变厚度载流旋转壳体热磁弹性问题，基于薄壳的几何方程、物理方程、运动方程、电动力学方程，建立其热磁弹性基本方程．应用线性化方法，得到了关于热磁弹性问题的线性迭代方程，转化为包括8个基本未知量的标准型方程组．关于载流旋转壳体，给出Lorentz力表达式，导出了温度场及温度场积分特征值．分析了变厚度锥形旋转壳体应力、温度及变形随外加电磁参量的变化规律，并通过数值模拟对理论分析进行了验证．研究结果可为载流旋转壳体热磁弹性问题研究提供理论参考．     

导电圆柱薄壳的热磁弹性效应分析

研究了磁场环境中受机械载荷作用的导电圆柱薄壳的热磁弹性问题．首先,根据电动力学方程和广义Ohm定律,得到了导电薄壳电流密度的分布,考虑到Joule热效应及热平衡方程,得到了导电薄壳的温度分布．其次,通过几何方程、物理方程、运动方程和电动力学方程导出了导电薄壳在机械场、电磁场以及温度场作用下的基本方程．最后,采用差分法及准线性化方法,得到了可以应用离散正交法求解的准线性微分方程组．对于导电圆柱薄壳,得到了Lorentz力表达式,并且推导了温度场积分特征值．讨论了导电圆柱薄壳应力、温度及变形随外加电磁参量的变化规律,并通过实例证实了可以通过改变电、磁、力场的参数来实现对薄壳的应力、应变、温度的控制．     

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.      

旋转运动导电圆板电磁弹性耦合振动方程

针对磁场环境中旋转运动导电圆板的电磁弹性耦合振动理论建模问题进行研究。在考虑几何非线性效应下,给出了旋转运动圆板的形变势能、动能及变分表达式。应用哈密顿变分原理,推得磁场中旋转运动导电圆板的磁弹性耦合非线性振动方程。根据麦克斯威尔电磁场方程及相应的电磁本构关系,并基于磁弹性基本假设,推得磁场环境中旋转运动圆板所受的电磁力表达式和磁弹性二维电动力学方程。通过算例,分析了横向磁场中旋转运动圆板的轴对称振动问题,得到了圆板的固有振动频率随转速、磁感应强度的变化规律,并对结果进行了分析。     

辐射换热下瞬态热-结构分析的一种空间薄壁杆单元

发展了一种用于辐射换热条件下瞬态热-结构分析的空间薄壁杆单元,其截面形式可以是任意形状的闭口截面和单支开口截面。该单元温度场分解为平均温度和多谐摄动温度,沿杆轴方向采用两结点线性插值,沿杆截面周向用三角函数展开,每结点含多个解耦的自由度,其中结点平均温度方程同传统一维温度有限元方程为非线性,各谐摄动温度方程为线性,然后利用Wilson-θ法求解结构的瞬态温度场。本文选择了两节点Ber-noulli直梁单元得到准静态热弹性有限元方程并求解,针对非对称开口截面考虑了翘曲变形及弯扭耦合的影响。温度场引起的等效热载荷不仅包括常规的热轴力,还包括热弯矩以及热双力矩。本文针对不同截面形式的梁单元给出了瞬态温度场以及热变形的验证算例,并通过与商业程序中二维壳元计算结果的比较说明了本文所提出方法的正确性和高效性。     

磁弹性、热磁弹性理论及其应用

介绍了磁弹性、热磁弹性的基本内容,发展简史,基本方程,理论研究,实际应用研究及其未来应用前景．      

铁磁薄板在磁场中变形和应力的理论分析与实验研究

在二维板壳磁弹性理论基本方程基础上,以二维铁磁薄板磁弹性问题为例,建立了含有10个基本未知量的偏微分方程组,再利用Newmark有限等差式,得到了可以应用DOM方法求解的标准型方程组.求解得到了载流铁磁薄板的位移及应力与各电磁量之间的关系,计算了载流铁板在磁场中的变形和应力.同时进行了载流铁磁性薄板在电磁场中变形和应力的实验研究,介绍了电磁场中铁磁性薄板的实验装置和实验方法,给出了实验数据,并将实验结果与理论计算结果进行了分析对比.     

基于微分求积单元法的层合梁热弹性分析

基于微分求积单元法,开展了非均匀温度场中层合梁的热弹性分析．首先基于Fourier导热定律,分析一般热边界条件下层合梁的二维稳态温度场;然后基于二维热弹性力学理论,分析层合梁的热应力和变形．为求解热传导和热应力问题,将层合梁沿各层界面划分为若干空间子域,采用微分求积法对每一子域的控制方程和边界条件进行离散并求解．数值算例验证了本方法的收敛性,与已有文献结果的对比验证了本方法的正确性．最后,算例分析了非均匀热边界条件对夹层梁温度分布的影响,以及端部支承条件和长厚比对梁内位移和应力分布的影响．     

叠层连续柱壳热应力问题的弱形式研究

建立了弹性力学基本方程的弱形式,从而得到叠层连续柱壳混合状态方程的边界条件放在一起的算子方程,扩大了求解空间,给出叠层连续闭口柱壳在热荷载和机械荷载作用下的解析解。     

Nonlinear stress and deformation analysis of thin current-carrying strip shells

The paper analyzes the nonlinear deformation of a current-carrying thin shell in coupled electromagnetic and mechanical fields. The nonlinear magnetoelastic kinetic equations, physical equations, geometric equations, electrodynamic equations, expressions for the Lorentz force of a current-carrying thin shell in a coupled field are given. The normal Cauchy form nonlinear differential equations that include ten basic unknown functions are obtained by the variable replacement method. The difference and quasi-linearization methods are used to reduce the nonlinear magnetoelastic equations to a sequence of quasilinear differential equations that can be solved by discrete orthogonalization. Numerical solutions for the stresses and strains in a current-carrying thin strip shell with two edges simply supported are obtained as an example. The dependence of the stresses and strains in the current-carrying thin strip shell on the electromagnetic parameters is discussed. In a special case, it is shown that the deformation of the shell can be controlled by changing the electromagnetic parameters     

Nonlinear stress and deformation analysis of thin current-carrying strip-shells

The problems of nonlinear deformation of a thin current-carrying shell under the coupled action of an unsteady electromagnetic field and a mechanical field are studied. The nonlinear magneto-elastic kinetic equations, the physical equations, the geometric equations, the electrodynamics equations, and the expressions of Lorentz force of a thin current-carrying shell under the action of a coupled field are given. Normal Cauchy form nonlinear differential equations, which include ten basic unknown functions in all, are obtained by the variable replacement method. Using the difference and quasilinearization methods, the nonlinear magneto-elastic equations are reduced to a sequence of quasilinear differential equations, which can be solved by the method of discrete orthogonalization. Numerical solutions for the stresses and deformations in the thin current-carrying strip-shell with two simply supported edges are obtained by considering a specific example. The results that the stresses and deformations in a thin current-carrying strip-shell with two simply supported edges change with variation of the electromagnetic parameters are discussed, through a special case. It is shown that the deformations of the shell can be controlled by changing the electromagnetic parameters Published in Prikladnaya Mekhanika, Vol. 43, No. 9, pp. 130–144, September 2007.     

带初始几何缺陷FGM固支圆柱壳的非线性动力学分析

本文主要研究了带初始几何缺陷的功能梯度固支圆柱壳在不同体积分数下的非线性动力学行为。假定该功能梯度圆柱壳材料的组分是沿厚度的方向呈梯度几何变化的。运用经典板壳理论、von-Karman几何非线性应变位移关系以及Hamilton原理,推导出两端固支FGM圆柱壳的偏微分非线性运动控制方程。本文考虑了圆柱壳的对称模态,利用Galerkin法对上述非线性动力学方程进行截断,得到常微分形式的非线性动力学方程。主要运用Runge-Kutta法进行数值仿真,并且画出了其最大lyapunov指数图,主要研究了面内载荷对振动响应的影响,并对比了不同体积分数对系统非线性动力学的影响。     

Wave propagation in Reissner–Mindlin piezoelectric coupled cylinder with non-constant electric field through the thickness

In a recent paper by Berg et al. [Berg, M., Hagedorn, P., Gutschmidt, S., 2004. On the dynamics of piezoelectric cylindrical shell, Journal of Sound and Vibration 274, 91–109], equations for the piezo-ceramic cylindrical shell are derived. These equations differ from known equations because the electric field is not assumed to be constant over the thickness, but is obtained by solving the Maxwell’s equation. The considered shell model is the so-called Flugge’s shell theory where the transverse shear deformations is not considered, and the Maxwell’s equation is reduced in form. In this paper the analysis of wave propagation in Reissner–Mindlin piezoelectric coupled cylinder is studied. The shear strain is modelled and the Maxwell’s equation is fully considered.     

含裂纹损伤充液圆柱壳的振动响应求解方法

薄壁圆柱壳流体冲击振动响应是一个复杂的流固耦合(FSI)动力学问题，对于薄壳状态监测与缺陷识别具有重要意义。基于Flügge壳体应力理论，得到壳体运动的高阶偏微分方程组(PDE)，利用波传播方法获得圆柱壳系统振动响应。将壳体周围流体定义为理想声学介质，通过亥姆霍兹方程描述声压场，得到流固耦合条件下的薄壁圆柱壳受迫振动响应演变规律。针对薄壳裂纹损伤识别问题，基于断裂力学理论建立局部柔度矩阵，结合呼吸型线弹簧模型(LSM)，构造裂纹附近应力及位移连续条件，获得含裂纹损伤充液圆柱壳的振动响应，进而给出一种基于振动能量流的裂纹损伤识别方法。研究结果表明：充液圆柱壳耦合系统在非线性激励下，位移响应在沿轴向、周向和径向的传播特性差异明显；裂纹的存在会导致结构局部柔度的降低和耦合系统固有频率下降；归一化输入功率流能够有效地对充液圆柱壳耦合系统进行结构裂纹损伤识别。研究结果可为充液薄壳振动响应方面的研究提供有益参考，也可为流固耦合条件下的结构裂纹损伤识别方面提供技术支持。     

黏弹性层合悬臂薄壁圆柱壳的模态特性研究

基于薄壳理论和黏弹性理论, 得出了黏弹性层合悬臂薄壁圆柱壳模态特性的半解析解. 根据乐甫薄壳理论, 建立了基层和黏弹性阻尼层薄壁圆柱壳的一阶状态微分方程, 结合黏弹性阻尼层的变形协调关系和层间作用力关系, 利用传递矩阵法得出了整体结构的传递矩阵, 采用高精度的精细积分法得出了固有频率、模态损耗因子和三维模态振型, 最后通过有限元法进行了比较, 通过算例验证了传递矩阵法对黏弹性层合薄壁圆柱壳模态特性研究的有效性.