关于非局部场论的几个新观点及其在断裂力学中的应用(Ⅰ)──基本理论部分

在线性非局部弹性理论中,具有均匀常应力边界的裂纹混合边界值问题的解是不存在的.本文从非局部场论的基本理论出发针对这一问题进行了研究.内容包括:对非局部能量守恒定律的客观性的考察,非局部热弹性体本构方程的推导,非局部体力的确定以及线性化理论,得到了一些新结果.其中,在线性化理论中所推出的应力边界条件不仅解决了本摘要开头所提到的问题,而且自然地包括了Barenblatt裂纹尖端的分子内聚力模型.     

螺位错场的非线性力学解

本文以非线性连续体几何场论为理论基础,分析了无限大体中一个螺位错引起的应力场。结果揭示了非线性高阶效应的影响。当不考虑高阶效应时,所求得的应力场可退化为经典线弹性理论的结果。本文还对螺位错引起的体力矩场进行了求解。获得了无限大体中单个螺位错引起的体力矩的解析表达式。作为理论结果的应用,本文研究了界面附近螺位错的应力场和体力矩场。揭示了它们对界面力学性能的影响。     

关于非局部场论的几个新观点及其在断裂力学中的应用(Ⅲ)——重论线性非局部弹性理论

证明了在线性非局部弹性力学中能量平衡方程是动量平衡方程的首次积分,论证了在非局部场论中局部化体力残余恒为零。详细推导了线性非局部弹性理论的本构方程,得到了反对称应力存在的新结果。     

关于非局部场论的几个新观点及其在断裂力学中的应用（Ⅲ）——重论线 …

证明了在线性非局部弹性力学中能量平衡方程是动量平衡方程的首次积分,论证了在非局部场论中局部化体力残余恒为零。详细推导了线性非局部弹性理论的本构方程,得到了反对称应力存在的新结果。     

隐含的和多重相互作用的非局部微极连续统的本构理论

本文把A.C.Eringen建立的非局部微极连续统的本构理论推广到包括具有隐含的和多重相互作用的非局部性的微极连续统的情形.这里以隐含的和多重相互作用的非局部微极热弹性固体为例说明建立各自本构理论的过程并给出两个相应的有关本构理论的定理.     

复杂固体并式微结构模型及孤立波的存在性

把复杂固体看作具有两种不同性质的微结构,进而考虑两种微尺度非线性效应,建立了描述复杂固体运动的并式微结构非线性模型.利用动力系统的定性分析理论和分岔理论,证明了在一定条件下并式微结构固体中可以存在一类非对称孤立波并给出了其存在条件.分析表明两种微尺度非线性效应同时影响孤立波的对称特性,微尺度非线性效应越强,孤立波的非对称特性越明显.最后用数值方法进一步验证了定性分析结果.     

关于非局部场论的几个新观点及其在断裂力学中的应用（I）——基…

在线性非局部弹性理论中，具有均匀常应力边界的裂纹混合边界值问题的解是不存在的。本文从非局部场论的基本理论出发针对这一问题进行了研究。内容包括：对非局部能量守恒定律的客观性的考察。非局部热弹性体本构方程的推导，非局部体力的确定以及线性化理论，得到了一些新结果。其中，在线性化理论中所推出的应力边界条件不仅解决了本摘要开头所提到的问题，而且自然地包括了Ｂａｒｅｎｂｌａｔｔ裂纹尖端的分子内聚力模型。     

非局部非对称弹性理论混合边值问题的提法

从完全的虚功和虚功率原理以及广义Ｐｉｏｌａ定理出发一并推导出非局部非对称弹性理论的运动方程、所有边界条件和全能量方程。把这时给出的边界条件和高键,戴天民的相应结果加在一超即可表述非局部非对称线性弹性理论的混合边值问题。     

带有摩擦的单边接触大变形问题的研究(Ⅰ)——增量变分方程

本文以非线性连续体几何场论为基本理论和方法,建立了拖带坐标下弹塑性大变形增量变分方程的更一般表示式.给出了二维、三维连续体接触边界变化率公式,得到了变边界接触大变形增量变分公式和速率型变分不等式,为有限元计算求解带有摩擦弹塑性大变形接触问题提供了理论基础.     

固体中原子间相互作用势能函数与碱金属、碱土金属弹性的电子理论

本文提出一个描述固体两原子间相互作用的综合型的势能函数,并用以建立了固体弹性的普遍理论,得出固体的Poisson比为(1/3).应用余氏经验电子理论和固体结合能理论,确定势能函数中的相关参数,计算了碱金属和碱土金属的体弹性模量和杨氏模量.理论值与实验值的相对误差.除铍较大外,其余都令人满意,且比他人的结果好.体弹性模量的相对误差一般在10％上下;杨氏模量在10—30％.文中初步论证了:在一级近似范围内,余氏理论和本文提出的弹性理论是有效的、可靠的.     

关于非局部场论的几个新观点及其在断裂力学中的应用(Ⅱ)——重论非线性非局部热弹性本构方程

按照理性力学的本构公理系统严格推导了非线性非局部热弹性体的本构方程,修正、补充和完善了以前的工作,所得的结果表明,非局部热弹性体的本构响应是与其物质空间的曲率及其高阶梯度相关联的,且存在满足零平均条件的反对称应力;文中给出了反对称应力与局部化残余的表达式,导出了热传递方向与温度降方向一致的结论,简要论述了局部化残余以及非局部能量守恒定律的客观性。     

基于非局部弹性应力场理论的纳米尺度效应研究:纳米梁的平衡条件、控制方程以及静态挠度

该文成功地解答了3个关于非局部应力理论用于纳米梁的问题:(ⅰ) 在绝大多数研究中,非局部效应增加导致纳米结构体刚度下降,其现象表现为弯曲挠度增加,固有频率减少,屈曲载荷下降,但为什么Eringen 的非局部弹性理论给出了完全相反的结论;(ⅱ) 为什么在某些研究结果中,非局部效应消失或是对研究结果无影响,比如纳米悬臂梁在集中载荷作用下的弯曲挠度; (ⅲ) 在高阶控制方程中,为什么高阶边界条件不存在．通过应用非局部弹性理论和精确变分原理分析纳米梁的弯曲问题,推导出全新的平衡条件、控制方程、边界条件和静态响应．这些方程和条件包含了与之前的相关研究结果符号相反的高阶微分项,这一差别导致了纳米效应对结构体的影响结果完全相反． 还证明之前为大家所公认的纳米梁静态或动态平衡条件实际上没有达到平衡,只有用等效弯矩代替非局部弯矩时,才可达到平衡．这些结论通常是可以被其它方法,比如应变梯度理论、耦合应力模型以及相关实验所证明．     

Wave propagation in single-walled carbon nanotube under longitudinal magnetic field using nonlocal Euler–Bernoulli beam theory

In the present work, the effect of longitudinal magnetic field on wave dispersion characteristics of equivalent continuum structure (ECS) of single-walled carbon nanotubes (SWCNT) embedded in elastic medium is studied. The ECS is modelled as an Euler–Bernoulli beam. The chemical bonds between a SWCNT and the elastic medium are assumed to be formed. The elastic matrix is described by Pasternak foundation model, which accounts for both normal pressure and the transverse shear deformation. The governing equations of motion for the ECS of SWCNT under a longitudinal magnetic field are derived by considering the Lorentz magnetic force obtained from Maxwell’s relations within the frame work of nonlocal elasticity theory. The wave propagation analysis is performed using spectral analysis. The results obtained show that the velocity of flexural waves in SWCNTs increases with the increase of longitudinal magnetic field exerted on it in the frequency range; 0–20 THz. The present analysis also shows that the flexural wave dispersion in the ECS of SWCNT obtained by local and nonlocal elasticity theories differ. It is found that the nonlocality reduces the wave velocity irrespective of the presence of the magnetic field and does not influences it in the higher frequency region. Further it is found that the presence of elastic matrix introduces the frequency band gap in flexural wave mode. The band gap in the flexural wave is found to independent of strength of the longitudinal magnetic field.     

考虑非局部剪切效应的碳纳米管弯曲特性研究

基于Hamilton(哈密顿)变分原理和非局部连续介质弹性理论,建立了新型非局部Timoshenko(铁木辛柯)梁模型（ANT）,推导了碳纳米管（CNT）的ANT弯曲平衡方程以及两端简支梁、悬臂梁和简支 固定梁的边界条件表达式,分析了剪切变形效应和非局部微观尺度效应对碳纳米管弯曲特性的影响.数值计算结果显示,碳纳米管的弯曲刚度随着小尺度效应的增强而升高.其次,这种小尺度效应对自由端受集中力的悬臂梁碳纳米管有明显作用,其刚度变化规律和其它约束条件的碳纳米管一样,这一点是ANT模型区别于普通非局部纳米梁模型的主要特点.经分子动力学模拟验证,ANT模型是合理分析碳纳米管力学特性的有效方法.     

重建极性连续统理论的基本定律和原理(Ⅰ)——微极连续统

在对现有微极连续统理论已进行过再研究的基础上重新建立较为完整的微极连续统理论的基本均衡定律和方程体系。在此重建的新体系中不但考虑了由于动量引起的附加动量矩、面力引起的附加面矩和体力引起的附加体矩,而且还考虑了微角速度引起的附加速度,从而可以建立起耦合型的动量、动量矩和能量的均衡定律。从这些新的基本均衡定律可以很自然地推导出相应的局部和非局部均衡方程。通过对比可以清楚地看到这些新结果较之现有的结果都完整。     

A mathematical study of a muscle contraction model in which the fibre is a continuum of elements

In the framework of the sliding-filament theory of muscle contraction, we introduce and study a model which assumes the muscle fibre to be a continuum of elastic and contractile elements. Using the contracting mapping principle, we prove existence and uniqueness of the solution of the nonlinear and nonlocal hyperbolic equation related to the model.     

Harmonic decomposition analysis of contact mechanics of bonded layered elastic solids

The paper presents an iterative method for obtaining footprint, pressure distribution, local deformation and sub-surface stress field for the contact between a rigid cylindrical indenter and an elastic flat substrate. The methodology is applicable for semi-infinite, as well as for thin or thick bonded elastic layered solids with high or low elastic moduli. All findings are in accord with the observed behaviour of hard wear resistant and soft solid lubricating coatings. It is shown that the decomposed contact pressure distribution into a series of harmonic waves induces sub-surface stress fields that decay into the depth of the solid according to their wavelengths. Consequently, conditions vis-à-vis fatigue spalling and adhesion performance may be predicted for given thickness of layered bonded elastic solids.     

Nonlinear vibration analysis of double-walled carbon nanotubes based on nonlocal elasticity theory

The nonlinear free vibration of double-walled carbon nanotubes based on the nonlocal elasticity theory is studied in this paper. The nonlinear equations of motion of the double-walled carbon nanotubes are derived by using Euler beam theory and Hamilton principle, with considering the von Kármán type geometric nonlinearity and the nonlinear van der Waals forces. The surrounding elastic medium is formulated as the Winkler model. The harmonic balance method and Davidon–Fletcher–Powell method are utilized for the analysis and simulation of the nonlinear vibration. The simulation results show that the nonlocal parameter, aspect ratio and surrounding elastic medium play more important roles in the nonlinear noncoaxial vibration than those in the coaxial vibration of the double-walled carbon nanotubes. The noncoaxial vibration amplitudes of only considering nonlinear van der Waals forces are larger than those of considering both geometric nonlinearity and nonlinear van der Waals forces.