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相似文献
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1.
功能梯度材料Timoshenko梁的热过屈曲分析   总被引:3,自引:0,他引:3  
研究了功能梯度材料Timoshenko梁在横向非均匀升温下的热过屈曲.在精确考虑轴线伸长和一阶横向剪切变形的基础上,建立了功能梯度Timoshenko梁在热-机械载荷作用下的几何非线性控制方程,将问题归结为含有7个基本未知函数的非线性常微分方程边值问题A·D2其中,假设功能梯度梁的材料性质为沿厚度方向按照幂函数连续变化的形式.然后采用打靶法数值求解所得强非线性边值问题,获得了横向非均匀升温场内两端固定Timoshenko梁的静态非线性热屈曲和热过屈曲数值解.绘出了梁的变形随温度载荷及材料梯度参数变化的特性曲线,分析和讨论了温度载荷及材料的梯度性质参数对梁变形的影响.结果表明,由于材料在横向的非均匀性,均匀升温时的梁中存在拉-弯耦合变形.  相似文献   

2.
梯度增强的弹塑性损伤非局部本构模型研究   总被引:3,自引:0,他引:3  
简要介绍了几种主要的梯度增强非局部模型.基于“能量耗散梯度依赖”原则,在连续介质热力学框架内推导了梯度增强损伤与塑性耦合的本构关系,同时给出了一个基于塑性的损伤模型的梯度依赖本构的具体形式.在数值计算方面,结合移动最小二乘法和泰勒级数展开方法,建立了损伤场(有限元高斯积分点上)的Laplace值的近似求解格式,分别给出了二维和三维情况下的相关公式.给出的二维的韧性断裂的梯度依赖损伤塑性的数值应用,表明了格式的有效性和实用性.还讨论了内部长度的意义及取值问题.  相似文献   

3.
功能梯度材料有限宽板的反平面断裂问题研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
研究了功能梯度材料有限宽板中与板边平行的III型裂纹问题.假设材料的剪切模量沿板宽度方向呈指数规律变化,利用Fourier变换将问题描述为奇异积分方程,并进一步将未知的位错密度函数表示为Chebyshev多项式的级数式,从而将奇异积分方程化为线性代数方程组进行配点数值求解.基于数值结果,讨论了材料非均匀性参数、板和裂纹的几何参数等对应力强度因子(SIF)的影响.研究表明,SIF随裂纹长度的增大而增大,随裂纹所在区域材料刚度的增大而减小;板越窄,SIF对非均匀性参数的变化越敏感,且变化规律也越复杂.随着非均匀性参数的增大,SIF既可能增大也可能减小还可能基本保持不变,这主要取决于板的相对宽度和裂纹的相对位置.当裂纹位于板的中央或当板较宽时,SIF对非均匀性参数的变化都不太敏感.  相似文献   

4.
以纳米机器人等智能器件中的功能梯度纳米板结构为研究对象,基于非局部应变梯度理论,研究了其弯曲和屈曲问题.推导了一般情况下的功能梯度纳米板运动方程,弯曲和屈曲作为其特例可简化而成.分析了非局部尺度参数、材料特征尺度参数、梯度指数、纳米板尺寸等对弯曲挠度和临界屈曲载荷的影响.结果表明:不同高阶连续介质力学理论下的最大挠度都...  相似文献   

5.
研究了多孔介质平板通道中,Darcy流体发展传热强迫对流非局部热平衡下,固相骨架和孔隙流体的温度分布特征.考虑流体流动方向的热传导以及固相和流相相互作用的粘性耗散,根据非局部热平衡的两能量方程模型,得到了常壁温度时多孔介质固相骨架温度和孔隙流体温度的解析解.证明了当两相间的热交换系数趋于无穷大时,两能量方程的温度解趋于局部热平衡时一能量方程的温度解.针对不同的无量纲参数,给出了固相和流相的温度分布状态,通过参数研究,揭示了非局部热平衡强迫对流时温度对无量纲参数的依赖关系.  相似文献   

6.
非局部摩擦在几种塑性成形工艺中的应用   总被引:9,自引:0,他引:9  
为了考虑金属材料表面微凸结构对模具与工件接触区域上的非局部摩擦效应,在几种金属塑性成形加工问题中,首次采用Oden等提出的非局部摩擦定律代替经典的库仑摩擦定律,利用主应力法或工程法建立了相应问题的积微分形式的力平衡方程.在简化的情况下,采用摄动法求得接触面上接触压力在非局部摩擦下的近似解析解,并分析了影响接触压力非局部效应的相关因素.  相似文献   

7.
纳米压痕实验是研究材料的力学性能和表面形貌的重要手段,当接触区尺寸减小时,压头与试件接触表面间的黏附作用将无法忽视,因此,考虑黏附作用对压头作用下的接触问题具有重要的价值.功能梯度压电材料(FGPM)兼具梯度材料和压电材料的优点,用作涂层可有效地抑制接触损伤和破坏.该文将针对梯度压电材料在导电压头作用下的黏附接触问题开展研究,假设功能梯度压电涂层的材料参数按照指数形式变化,基于Maugis黏附模型,利用Fourier积分变换获得了功能梯度压电涂层在导电压头作用下的二维无摩擦黏附接触问题的控制奇异积分方程,并采用Erdogan-Gupta的数值方法求解,获得了黏附应力、梯度参数和压头所带电荷对力-电耦合响应的影响.研究结果为利用功能梯度压电材料涂层改善材料表面的接触行为提供了理论依据,同时可为压电结构及器件的设计提供帮助.  相似文献   

8.
考虑了材料参数可按照任意函数形式变化的功能梯度压电材料(FGPM)涂层在不同形状导电压头作用下的接触问题,研究了梯度系数对功能梯度压电涂层接触力学行为的影响.建立了多层功能梯度压电材料涂层模型,运用了Fourier积分变换和传递矩阵将多层功能梯度压电材料涂层的接触问题转化为奇异积分方程.利用GaussChebyshev数值计算方法,得到了多层功能梯度压电材料涂层-基底结构在刚性导电平压头和圆柱形压头作用下的表面应力分布和电荷分布.利用数值解,分析了材料参数按照不同变化形式的FGPM涂层对最大压痕和电势的影响,还分析了功能梯度压电涂层内部的应力和电位移分布.研究结果表明,功能梯度压电材料参数的不同变化形式对结构的接触性能具有重要的影响.  相似文献   

9.
采用辛弹性力学解法,求取弹性模量沿轴向指数变化,而Poisson比保持不变的功能梯度材料平面梁的完整解析解.通过求解被Saint-Venant原理覆盖的一般本征解,建立起完整的解析分析过程,进而给出平面梁位移和应力的精确分布规律.传统的弹性力学分析方法常常忽略被Saint-Venant原理覆盖的解,但这些衰减的本征解对材料的局部效应起着较大的影响作用,可能导致材料或结构的突然失效.采用辛求解方法,充分利用本征向量之间的辛共轭正交关系,得到了功能梯度材料梁的完整解析解.两个数值算例分别将功能梯度材料平面梁的位移和应力分布与相应均匀材料情形的结果进行比较,研究了材料非均匀性对位移和应力解的影响.  相似文献   

10.
在非均质材料的有限元数值模拟中,采用了Voronoi单元(VCFEM)以克服经典位移元的局限性.基于参数变分原理和二次规划法进行了Voronoi单元的二维弹塑性分析A·D2推导了有限元列式并形成最终的二次规划求解模型.研究了非均质材料微观夹杂对整体力学性能的影响.数值算例证明了该方法的正确和可行性.  相似文献   

11.
The shallow buried tunnel is frequently encountered in underground engineering. The dynamic response of a tunnel under incident wave is of great importance for guiding the safety design in tunnel engineering. In this paper, a model for predicting the dynamic response of a shallow buried tunnel in saturated soil is proposed based on nonlocal Biot theory. The analytical solution is obtained using the wave function expansion method. To consider practical engineering problem, a set of material parameters for saturated soil and tunnel lining are selected for the numerical analysis. The influence of nonlocal parameter, which is introduced in nonlocal Biot theory to consider the pore size effect and pore dynamic effect, on dynamic stress concentrate factor in the lining is investigated in detail. The dynamic responses affected by the other factors, such as incident wave angle, frequency of incident wave and buried depth of the tunnel, have also been implemented. The dynamic stress concentrate factor distributed in the lining is also shown and the position and orientation appearing maximum concentrate factor can be easily determined from the contour plot, which can provide a visual guideline for safety design of a tunnel.  相似文献   

12.
采用传统极限平衡法进行边坡可靠度分析时,不可避免会遇到一个问题,即边坡功能函数形式的高度非线性以及隐含性.对于隐式功能函数,传统的求解方法是通过对功能函数进行多次迭代,从而得到安全系数值.但是由于功能函数的形式较为复杂,导致迭代计算的过程变得尤为繁琐且效率低下.鉴于传统边坡可靠度分析中存在的安全系数计算繁琐耗时的问题,提出一种基于粒子群优化(PSO)算法的自动采样Kriging代理模型方法,该方法可以代替功能函数的作用进行安全系数的求解.首先用拉丁超立方抽样方法(LHS)选取少量土体参数组,并通过极限平衡法求出对应的安全系数,将土体参数组和安全系数作为初始样本建立Kriging模型;其次由粒子群优化算法将最有期望改善模型拟合精度的样本点添加到样本集合中,以逐步迭代提升Kriging模型的计算精度;最后集合经典蒙特卡洛模拟(MCS)获得边坡的破坏概率.通过一个双层的土质边坡算例分析,证明了该方法可以实现准确高效的安全系数计算,尤其是在安全系数计算量十分庞大的情况下可以大大节省计算时间,是一种有效的边坡工程稳定可靠度分析方法.  相似文献   

13.
A.D. Nguyen  M. Stoffel  D. Weichert 《PAMM》2012,12(1):151-152
This work investigates gradient-enhanced damage evolution by performing a parameter study for the authors's finite element shell model [1], in which the free energy function is enhanced phenomenologically in terms of a non-local damage variable and its gradient on the mid-surface of shell structures. This enhancement gives rise to an introduction of gradient parameters in terms of a substructure-related intrisic length-scale and a relationship between non-local and local damage variable. Based on the global displacement-force curves obtained from shock-tube tests on aluminium plate specimens, the gradient parameters are determined to validate the proposed shell model. The influence of spatial gradient of loading on the material behaviour within a macroscopic continuum element will be discussed through several examples. (© 2012 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)  相似文献   

14.
研究了孔隙水压力作用下隧道洞口段含裂缝仰坡的稳定性。采用极限分析上限法,构建了坡顶含竖向裂缝的对数螺旋转动破坏机制,推导了可反映边坡临界坡高的稳定系数计算公式,将计算结果与未考虑孔隙水压力作用下的含裂缝边坡稳定性极限分析结果进行对比,验证了所提研究方法的合理性。通过算例分析,研究了坡顶裂缝最不利位置分布及仰坡整体安全系数。结果表明:坡顶裂缝开裂深度、土体内摩擦角、坡角越大及水位分布越浅,裂缝位置越靠近坡顶边缘处;孔隙水压力系数、坡顶裂缝开裂深度越大,仰坡稳定性系数越小;坡顶裂缝越深、孔隙水压力系数越大、边坡越陡,越不利于仰坡稳定;而坡内水位分布越低,越有利于仰坡稳定。  相似文献   

15.
基于区间的土体参数敏感性分析方法研究   总被引:2,自引:0,他引:2  
将一种新的工程结构不确定性分析方法——区间分析方法溶入工程参数的敏感性分析之中,获得了一种新的工程参数敏感性分析方法,进一步拓宽了区间分析方法理论的应用领域.给出了土体参数敏感性因子矩阵求解的区间分析过程,依据区间分析给出了参数区间和决策目标区间的确定方法.基于MARC软件进行了二次开发,实现了Duncan-Chang非线性弹性模型以及与Fortran程序的相互调用功能.通过工程算例验证了该方法的合理可行性,并与文献的结果进行了对比.  相似文献   

16.
A comprehensive computational study is undertaken to identify the influence of friction in material characterization by indentation measurement based on elasto- plastic solids. The impacts of friction on load versus indentation depth curve, and the values of calculated hardness and Young’s modulus in conical and spherical indentations are shown in this paper. The results clearly demonstrate that, for some elasto-plastic materials, the curves of load versus indentation depth obtained either by spherical or conical indenters with different friction coefficients, cannot be distinguished. However, if utilizing the parameter β (see text for details), to quantify the deformation of piling-up or sinking-in, it is easy to find that the influence of friction on piling-up or sinking-in in indentation is significant. Therefore, the material parameters which are related to the projected area will also have a large error caused by the influence of friction. The maximum differences on hardness and Young’s modulus can reach 14.59% and 6.78%, respectively, for some elastic materials shown in this paper. These results do not agree with those from researchers who stated that the instrumented indentation experiments are not significantly affected by friction.  相似文献   

17.
18.
An essential property of porous absorbers is the resistance to the incident sound wave, resulting in a damping effect. Damping results from the friction between air molecules and absorber pore-walls. In practice, the known dependencies of the sound absorption coefficient are used in the design of absorbers. But not every material can be characterized by a one-parameter model. The reliability of prediction can be improved by using detailed material models. Hence, additional material parameters, especially the pore geometry are needed. Since in practice the effort for determining material parameters must be minimized, this paper discusses the sensitivity of prediction of absorbers' performance depending on the influence of material parameters that are input for the prediction model chosen. (© 2009 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)  相似文献   

19.
The friction factor of an open channel flow is generally affected by the Reynolds number and the roughness conditions, and can be decided by laboratory or field measurements. During practical applications, researchers often find that a correct choice of the friction factor can be crucial to make a sound prediction of hydraulic problems. In this paper, a three-layer artificial neural network (ANN) was set up to predict the friction factors of an open channel flow, with the Reynolds number and the relative roughness as two input parameters. The Levenberg–Marquardt (LM) learning algorithm was employed to train the model by using
laboratory experimental data, and the trained network was tested by a single set separated from the rest of the data and a good correlation between the experimental and predicted results has been obtained. Finally, the ANN simulated results were compared with the calculated results obtained by the empirical formula and both comparisons showed that the ANN model can be used to predict the non-linear relationship between the friction factor and its influencing factors correctly once enough samples are provided. The successful application proved that ANN model can be used in engineering practice as a convenient and effective method, and those traditional hydraulic problems which are mostly based on laboratory tests can be analyzed by ANN modelling.  相似文献   

20.
单元敏度的不准确估计是离散拓扑优化算法数值不稳定的原因之一,特别是添加材料时,传统的敏度计算公式给出的估计误差较大,甚至有时估计符号都是错误的.为了克服这一问题,通过对弹性平衡增量方程的摄动分析构造了新的增量敏度估计公式.这一新的公式无论是添加材料还是删除材料都能较准确地估计出目标函数增量,它可以看作是通过非局部单元刚度阵对传统敏度分析公式的修正.以此为基础构建了一种基于离散变量的拓扑优化算法,它可以从任意单元上添加或删除材料以使目标函数减小,同时为避免优化过程中重新划分网格,采用了单元软杀策略以小刚度材料模拟空单元.这一方法的主要优点是简单,不需要太多的数学计算,特别有利于工程实际的应用.  相似文献   

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