弹性细杆螺旋线平衡的动态稳定性

本文从动力学观点讨论具有初扭率的非圆截面弹性细杆的螺旋线平衡稳定性.弹性杆平衡的动态稳定性建立在以弧坐标s和时间坐标t为双自变量的离散系统的Lyapunov稳定性概念基础上.对于两端约束状况固定不变的弹性杆,若静态稳定性条件已满足,其与弧坐标对应的本征值可根据端部约束条件确定.则螺旋线平衡的动态稳定性由时间域的本征值判断.在缓慢受扰运动条件下,引入尺度缩小的时间变量T=εt,可将动力学过程视为对平衡状态的摄动.证明在ε2计算精度范围内,当螺旋线平衡的一次近似静态稳定性条件得到满足时,考虑动力学因素的稳定性条件必也同时满足.     

非圆截面弹性细杆的平衡稳定性与分岔

本文研究存在初始曲率或挠率的非圆截面弹性细杆的平衡及稳定性问题.在两端受力矩单独作用的条件下,杆的平衡微分方程可转换为用欧拉角表述的一阶自治系统,并有可能利用相平面的奇点理论分析弹性细杆平衡状态的稳定性.文中对杆截面的非对称性,以及杆的初始曲率和挠率对平衡状态稳定性的影响进行了定性分析,导出了解析形式的稳定性判据,揭示了杆平衡状态的静态分岔现象.     

圆截面弹性细杆的平面振动

基于Kirchhoff理论讨论圆截面弹性细杆的平面振动．以杆中心线的Frenet坐标系为参考系建立动力学方程．杆作平面运动时,其扭转振动与弯曲振动解耦．讨论任意形状杆的扭转振动和轴向受压直杆在无扭转条件下的弯曲振动,证明直杆平衡的静态Lyapunov稳定性与欧拉稳定性条件为动态稳定性的必要条件．考虑轴向力和截面转动惯性效应的影响,导出弯曲振动的固有频率．     

轴向受压螺旋杆的平衡稳定性

在Kirchhoff动力学比拟基础上讨论端部受轴向压力作用的圆截面弹性细杆的螺旋线平衡稳定性问题.弹性杆的平衡状态由Euler角描述的弹性杆平衡方程的特解确定.从Lyapunov或Euler的不同稳定性概念出发,对弹性杆的平衡稳定性的判断可得出不同的结果.根据一次近似扰动方程判断,弹性杆的螺旋线状态和圆环状态恒满足Lyapunov稳定性条件.但螺旋杆在轴向压力到达临界值时,圆环杆在扭转数到达临界值时将产生屈曲而丧失Euler稳定性.导出临界载荷和临界扭转数的计算公式.螺旋杆的临界载荷取决于螺旋线的高度和螺旋角.螺旋角趋近于π/2时螺旋杆转化为带扭率的直杆,其临界载荷的极限值与压杆的Euler载荷一致.文中对两类不同稳定性概念的区别和联系作出解释.     

受圆柱面约束弹性杆的平衡与稳定性

讨论受圆柱面约束的圆截面弹性杆的平衡与稳定性。以描述截面姿态的欧拉角为变量,建立受约束弹性杆的平衡方程。利用方程的初积分导出约束力、截面内力及挠性线的解析表达式。作为特殊的平衡状态,讨论杆的螺旋线平衡的存在条件。用相平面法分析螺旋线平衡的稳定性,导出解析形式的稳定性条件。     

弹性杆盘绕折叠的力学分析

以可伸展空间结构元件的盘绕折叠过程为工程背景,分析受圆柱面单面约束的弹性直杆变形为螺旋杆,最终压缩为叠放的平面圆环的变形过程.对此空间大变形的分析不允许利用小变形假设进行简化.由于约束力的存在,也不能直接利用忽略分布力的Kirchhoff弹性杆方程.本文以表述截面姿态的欧拉角为变量,建立受圆柱面约束弹性杆平衡的非线性方程.利用方程的初积分计算杆截面的内力和力矩.忽略盘绕过程的惯性效应,将参数连续改变的螺旋线状态作为杆盘绕过程中的准平衡状态.导出为实现盘绕过程需要施加的轴向压力和扭矩随螺旋角的变化规律.根据一次近似稳定性理论分析得出:两端铰支弹性杆当相对扭率为零时不能保证螺旋线平衡的稳定性.若杆端支承允许存在相对扭转,则轴向压力和扭矩按文中确定的规律变化时可以保证盘绕过程的稳定性.     

Kovalevskaya弹性杆

应用Kirchhoff比拟讨论Kovalevskaya情况弹性细杆的平衡稳定性问题．导出Kirchhoff方程的解析积分．对于杆截面的主轴与Frenet坐标轴重合的无扭转杆的特殊情形作定性分析,讨论其平衡状态的稳定性与分岔．证明了判断受拉扭作用的圆截面直杆平衡稳定性的Greenhill公式也适用于Kovalevskaya情形的非圆截面杆．     

弹性杆基因模型的力学问题

概述弹性杆静力学与刚体动力学之间相似性的Kirchhoff理论．讨论其在分子生物学的弹性杆基因模型中的应用,以及与分析力学和运动稳定性理论有关的若干问题．     

弹性曲杆的稳定性问题

本文给出空间任一曲杆在弯扭联合作用下的稳定性问题的一般讨论,并且给出了曲杆某一平衡状态的扰动量所满足的方程组(28)—(36),在适当的边界条件下,这些扰动量的非零解对应于临界状态。文末用这组方程具体讨论了五个实际例子,这些例子有些结果是新的,有些是用新的方法去处理老问题。     

超大变形弹性细杆几何形态的拓扑描述

以DNA和其他生物高分子链为背景的弹性杆模型以其极端细长性和超大变形而不同于传统弹性力学的研究对象. 杆在外力作用下的几何形态取决于影响中心线形状的弯曲变形及截面绕中心线的扭转变形. 讨论了超大变形弹性细杆几何形态的拓扑学描述,及其在弹性杆的平衡和稳定性问题中的应用.     

Kirchhoff弹性杆分析动力学的准坐标表达

作为DNA的力学模型,依据Kirchhoff动力学比拟思想建立的弹性细杆的分析力学方法已从静力学深入到动力学。由于静力学平衡微分方程与刚体动力学相当,因此,弹性细杆动力学的分析力学方程必是以弧坐标和时间为双自变量的偏微分方程。以横截面的形心速度以及弯扭度和角速度沿主轴的分量为准速度,定义了准坐标,导出了准坐标的微分和变分运算的交换关系。从Hamilton原理出发,利用准坐标的微分和变分运算的交换关系,导出了Kirchhoff弹性杆动力学准坐标下的Boltzmann-Hamel方程,并由此导出Lanrange方程。指出了Boltzmann-Hamel方程显式即为弹性杆动力学的Kirchhoff方程。定义关于弧坐标和时间的正则变量和Hamilton函数,导出Boltzmann-Hamel方程的正则形式。本文结果是以弹性杆静力学和刚性杆动力学为其特例。作为例子,建立了垂挂的在重力作用下作平面运动的弹性细杆的动力学微分方程以说明本文方法的应用。     

论半无限长杆对有限长梁的横向弹性冲击问题

研究了半无限长弹性杆对有限长弹性梁的横向冲击问题，采用小高——中原对受冲击接触面的准静态处理方法，给出了描述这一问题的基本方程，并用Ｌａｐｌａｃｅ变换方法对它进行了求解，文中通过数值的Ｄｕｒｂｉｎ反演结果展示了杆梁间冲击问题的一些特点     

Elastic Rods with Moderate Roration

Based on the theory of a directed or Cosserat curve of Green, Naghdi and several of their co-workers, several properly invariant approximate theories of an elastic rod are developed. The approximate theories are applicable when a rotation tensor associated with the motion of the rod is moderate. In one of these theories, some of the strains are moderate while others are small. A second theory where all of the strains are small is also developed. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

弹性薄板的后屈曲特性

文章用三维弹性理论的非线性应变公式研究了弹性薄板的后屈曲特性，旨在探讨冯·卡门平板大挠度方程的可靠性范围。计算结果表明，当板中薄膜力较大时，用冯·卡门方程描述后屈曲问题会产生较大的误差。     

多阶变截面杆的弹性稳定计算

本文研究单阶和多阶截面杆在集中和分布轴向荷载作用下的弹性稳定计算方法,首次给出了其整体稳定和局部稳定的解析解.     

Multiple Equilibrium States of Slightly Extensible Elastic Strings

We consider the equilibrium states of elastic strings loaded transversely by their own weight. We are interested in the relation between the equilibrium states of inextensible strings and those of strings which are nonlinearly elastic and slightly extensible. The inextensible string has a unique concave equilibrium state while the concave equilibrium states of a nonlinearly elastic string come in pairs. In this paper we explore the relation between the two models. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

弹性薄板弯曲问题的一个分区横向联结的泛函

给出了一个弹性薄板弯曲问题分区横向联结的泛函。并且证明，它的驻值条件等价于全部支配方程、外边界条件、分区公共边界处的内力平衡条件和位移连续条件。