理想传导弹性体中能量耗散的磁-热-弹性波

广义能量耗散弹性理论(TEWED,G-NⅢ理论)广泛应用于均匀磁场作用下的时谐平面波在无限大的理想导电弹性体中传播的研究.提出了更普遍的有复杂参数的色散方程,通过运用Ieguerre 方法解决复杂条件下耦合磁-热-弹性波的问题,表明耦合磁-热-弹性波问题相当于改进的膨胀波及通过有限热波速度、热弹性耦合、热扩散率及外加磁场修正的、有限速度热波的传播问题.在G-NⅢ模型(TEWED)中,耦合磁-热-弹性波传播时发生衰减和色散,扩散的热量由热传播方程中的阻尼项考虑,而在G-N Ⅱ模型没有发生衰减和耗散.最后给出了类铜材料的数值结果.     

基于Green-Naghdi模型与三相延迟模型的耦合热弹性波传播

研究了基于G-N模型与三项延迟模型的热弹性波的传播特征.在各种广义热弹性理论中,热位移概念的引入使得G-N模型具有独特性质而引起广泛的关注和应用.基于G-N模型,最近一个三相延迟模型被提出.主要研究了这两种模型下第一和第二声波(耦合热弹性波)的色散和衰减特性,分析了温度场和位移场在两种模型下的振幅比和相位差.结果发现三相延迟模型更为通用和灵活,应得到更多的关注与应用.     

各向异性粘弹性多孔介质中平面波的传播

讨论了弹性多孔介质中波的传播的（或许是）最一般的模型。考虑的介质是粘弹性的、各向异性的、多孔固体骨架，其各向异性可渗透的孔隙中充满着粘性液体。考虑一般类型的各向异性，并且介质中的衰减波作为非均质波处理。对介质中4种衰减波中的每一种，将复慢矢量分解定义为相速度、均质衰减、非均质衰减和衰减角。用一个无量纲参数来度量非均质波与其均质波的区别。利用北海沙岩的数值模型，分析传播方向、非均质参数、频率范围、各向异性对称性、骨架滞弹性和孔隙流体粘度，对该类介质中波传播特性的影响。     

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.     

弹性波在应变梯度固体界面上的反射与透射

研究了弹性波在应变梯度固体界面上的反射和透射.首先,通过应变能密度推导出应变梯度固体中的运动方程和界面条件.然后,根据非传统界面条件推导出弹性波反射和透射的振幅比.最后,用法向能量守恒验证了数值计算结果,根据数值计算结果,讨论了微结构参数对弹性波反射和透射的影响.结果发现,应变梯度固体中不仅存在体波而且还存在表面波,尤其是入射波波长越接近材料微结构的特征长度,微结构效应就会越显著.     

立方非线性微结构固体中的对称孤立波及存在条件

考虑固体材料的宏观尺度立方非线性效应、微尺度立方非线性效应以及微尺度频散效应并根据修正的Mindlin理论,建立了一维微结构固体中纵波传播的一种新模型.用动力系统的定性分析方法,证明了适当条件下立方非线性微结构固体中可存在对称钟型孤立波和反钟型孤立波,并给出了两种孤立波的存在条件.用数值方法分析了微尺度立方非线性效应对钟型与反钟型孤立波的影响,结果显示随着微尺度非线性效应的增强(或负增强),两种孤立波的宽度变窄(或变宽)而幅度保持不变.     

偶应力一维声子晶体中出平面Bloch波的色散特征

研究了由偶应力固体构成的周期层状结构中出平面Bloch波的色散关系.首先,给出偶应力固体中自由能密度表达式,得到了本构关系,并进一步得出位移形式的运动方程;然后,根据偶应力固体的界面条件,计算出一个典型单胞的状态矢量;再根据传递矩阵和Bloch定理,推导出Bloch波的色散关系,最后,根据数值结果讨论了微结构参数对出平面Bloch波的色散曲线以及带隙的影响.     

有界空间的非线性声学——二阶体波的反射和折射(Ⅰ)P波入射

应用作者提出的非线性声学二阶势理论,本文研究了具有平面边界的固体介质中入射体波所产生的二阶谐体波,分别讨论了P波、SV波及SH波以任意角度入射时的三种情况,结果表明,在固体介质中,除了二阶面波(另文发表)外,还会产生各阶体谐波,其中有些具有积累效应;有些沿着平行于界面方向传播。为了得到包括全部三阶弹性常数的关系式,除了采用P波或SV波入射以外,还必须采用SH波入射。本文结果还表明,在边界面上测量非线性波场时,非积累波及边界所产生的波的贡献极其重要。     

立方准晶压电材料的半空间问题北大核心CSCD

考虑了立方准晶压电材料的半空间问题.给出了反平面机械载荷和面内电载荷作用下立方准晶压电材料弹性问题的控制方程,结合半无限区域表面边界条件,利用算子理论和复变函数方法获得了立方准晶压电材料半空间问题一般解的表达式.基于一般解得到了集中线力作用下,半空间问题的声子场和相位子场的位移、应力以及电位移的解析表达式.     

有界空间的非线性声学——二阶体波的反射和折射(Ⅱ)SV波和SH波入射

在SV波和SH波斜入射的情况下,本文研究了具有平面边界的两种固体介质中入射体波所产生的二阶体波的反射和折射,得到了反射、折射场的表达式,结果表明,要想得到固体的全部三阶弹性常数关系,SH的激励波是必不可少的;数值计算表明,非积累波及边界所产生的影响非常重要。     

热弹性波在偶应力固体界面上的反射和透射

基于广义热弹性无能量耗散的G-N理论,研究了两种不同偶应力固体界面上弹性波的反射和透射.首先,建立偶应力弹性固体中的运动方程和边界条件.然后,根据非传统界面条件推导出弹性波反射和透射的振幅比.最后,用法向能量守恒验证了数值计算结果,根据数值计算结果,讨论了微结构参数和热力学参数对弹性波反射和透射的影响.结果显示,偶应力热弹性固体界面处存在三种体波和一种表面波;微结构参数对所有波的传播都有影响,而热力学参数只对热波的影响显著.     

多孔磁流体动力学

本文建立饱含可压缩电磁流体的多孔固体介质动力学。直接耦合应力场、流场和电磁场,研究了它们的相互作用和波的传播规律,纠正了某些作者在磁流体波中的误失,证明了介质中具有多种P波和S波,一般多有阻尼和频散效应。 导电流体(如海水、石油和血液等)在磁场(如地磁场和生物场等)中运动感生电流因而改变磁场;电流在磁场中运动则产生机械力,影响固体骨架的变形与流体的运动;固体骨架的变形和空隙通道中的Darcy渗流又反过来改变流体的运动。新理论的困难和可以预料的丰富的内容正来自复杂的相互作用,不妨称作(微)百幕大效应。相应的守恒律、等价原理、传输线理论相似性、电磁效应、非线性波、动应力集中、变分原理以及模型的进一步推广将在另一组论文中发表。 深入研究这一理论对地球物理、海洋科学、生命科学以及能源科学无疑是重要的。多孔磁流体介质动力学是一门年轻的学科,大量未解决的问题和实验工作期待着人们去努力!     

伴随层流-紊流交替的管流水击衰减特性分析

为了模拟低流速情况下的流态转换和水击波的实际衰减过程,针对管流瞬时流速接近临界流速而导致的层流-紊流交替出现的情况,分别将层流摩阻损失公式和紊流摩阻损失公式引入到传统的特征线法瞬变计算模型,建立改进后的瞬变模拟复合数学模型．通过数值方法对伴随层-紊流交替情况下的水击全过程进行模拟得到关阀瞬变的压力波动时程,与传统瞬变模型计算结果相比,该波动过程线具有更快的衰减速度．结果分析表明,瞬变波的衰减过程实质是弹性波的能量衰减过程,摩阻损失是导致瞬变波衰减的直接原因,当流速较大时,能量消散以紊流摩阻为主,当流速较小时,能量消散以层流摩阻为主．对于瞬变波衰减的模拟,考虑层流区的实际摩阻损失后的衰减速度比传统水击模型计算的衰减速度快,因此,在瞬变波衰减的模拟中必须充分考虑层流摩阻的效应．     

压电晶体表面任意源分布所产生的弹性波场

不久前,我们研究过在压电晶体表面一维源分布激发所产生的弹性波场。本文将推广到具有更普遍意义的二维任意源分布的激发问题。此时广义弹性波场是等于广义Green函数张量和广义力的双重点乘卷积。广义Green函数可以分别写成对应表面波、体波和静电效应三部分之和。利用二重积分的稳相方法,求得在远场的表面波和体波的渐近解,最后,举例进行了数值计算。     

考虑表面效应的压电纳米梁的振动研究

一维压电纳米材料在微纳米机电系统(MEMS/NEMS)中应用广泛,对其力学性能的有效表征至关重要.基于Gurtin-Murdoch表面理论,建立了一种表征一维纳米材料表面效应的新模型.基于Timoshenko梁理论,建立了考虑表面效应的压电纳米梁控制方程,推导了几种不同边界条件下压电纳米梁的频率方程和振型方程的精确解.提出了一种在有限元软件中实现表面效应模拟的计算方法,在ABAQUS中实现了考虑表面效应的压电纳米梁的数值模拟.理论结果和有限元模拟结果吻合较好,验证了理论模型的正确性和有效性.表面效应对纳米梁振动的频率影响显著,而在某种程度上对振型有一定的影响.     

一个两流体系统中mKdV孤立波的迎撞*

本文从文[2]的基本方程出发,采用约化摄动方法和PLK方法,讨论了三阶非线性和色散效应相平衡的修正的KdV(mKdV)孤立波迎撞问题.这些波在流体密度比等于流体深度比平方的两流体系统界面上传播.我们求得了二阶摄动解,发现在不考虑非均匀相移的情况下,碰撞后孤立波保持原有的形状,这与Fornberg和whitham[6]的追撞数值分析结果一致,但当考虑波的非均匀相移后,碰撞后波形将变化.     

两层流体界面上的孤立波

本文讨论两水平固壁间两层不可压无粘流体界面上的孤立波,计及界面上的表面张力效应.首先建立了适用于这种模型的基本方程组,并在弱色散近似下应用约化摄动法,导得了一阶界面升高所满足的Korteweg-de Vries方程,指出了按该方程系数α和μ的符号的异同,KdV孤立波可能凸向上或凸向下.然后详细讨论了原有近似下非线性效应与色散效应不能平衡的两种临界情形.在采用了适当的近似之后,对第一种临界情形(α=0)得到了修正的KdV方程,并指出,在所考虑的情形中,当μ>0时孤立波不存在,当μ<0时,孤立波仍可能存在,其形式与KdV孤立波不同;对第二种临界情形(μ=0),导得了推广的KdV方程,这时存在振荡型孤立波.文中还对近临界情形作了讨论.本文结果与一些经典结果完全一致,并把它们作了拓广.     

热传导的微极固体和流体介质界面上波的传播

研究微极广义热弹性固体半空间和热传导微极流体半空间界面上波的传播.讨论微极广义热弹性固体半空间和热传导微极流体半空间之间平面界面上,斜向入射平面波的反射和透射现象.假设入射波穿过微极广义热弹性固体,射向平面界面后传播.得到了封闭形式的、不同反射和透射波的波幅比,它们是入射角、频率的函数,并为介质的弹性性质所影响.对一些特定的类型,显示出微极和热松弛对波幅比的影响.还从本文的研究中推演出一些早期工作的结果.     

五阶双色双向海洋表面波理论

将经典的"纯波动的三阶单色单向Stokes波理论"提升至"可包含环境均匀流效应的有限水深五阶双色双向海洋表面波理论".亦即,在已有三阶双色双波理论的基础上得到了自由表面位移、速度势和非线性振幅色散关系的第四阶、第五阶显式表达式.从中,将居于核心地位的"双色双向波的第五阶非线性振幅色散关系"又推广到"无穷多波中任意两两不同频率不同振幅相互作用波的非线性振幅色散关系".针对双色双向短峰波的典型特性,以若干个图表详加示之.     

非局部非对称弹性固体理论

本文基于非局部连续统场论和非线性连续体力学理论,建立了非局部非对称弹性固体的非线性理论.它完善和发展了Eringen等人所建立的非局部弹性场论.将文献[1]中所建立的非局部非对称弹性力学的线性理论推广到有限变形.证明了在非局部弹性固体中存在着非局部体力矩.非局部体力矩引起应力的非对称性,而非局部体力矩则由原子晶格相互作用形成的共价键所产生的.并应用本文建立的理论合理地解释了平面横波和纵波色散系关的不相似性.