不可压饱和多孔弹性梁的大挠度非线性数学模型

在孔隙流体仅存在沿梁轴线方向扩散的假定下,建立了微观不可压饱和多孔弹性梁大挠度问题的非线性数学模型.利用Galerkin截断法,研究了固定端不可渗透、自由端可渗透的饱和多孔弹性悬臂梁在自由端突加集中载荷作用下的非线性弯曲,得到了梁骨架的挠度、弯矩以及孔隙流体压力等效力偶等的时间响应和沿轴线的分布.比较了大挠度非线性和小挠度线性理论的结果,揭示了两者间的差异.研究发现大挠度理论的结果小于相应的小挠度理论结果,并且,大挠度理论的结果趋于其稳态值的时间小于相应的小挠度理论结果趋于其稳态值的时间.     

不可压饱和多孔弹性杆动力响应的多辛方法

研究了不可压饱和多孔弹性杆的一维动力响应问题.基于多孔介质理论,在流相和固相微观不可压、固相骨架小变形的假定下,建立了不可压流体饱和多孔弹性杆一维轴向动力响应的数学模型.利用Hamilton空间体系的多辛理论,构造了不可压饱和多孔弹性杆轴向振动方程的多辛形式及其多种局部守恒律.采用中点Box离散方法得到轴向振动方程的多辛离散格式和局部能量守恒律以及局部动量守恒律的离散格式;数值模拟了不可压饱和多孔弹性杆的轴向振动过程,记录了每一时间步的局部能量数值误差和局部动量数值误差.结果表明,已构造的多辛离散格式具有很高的精确性和较长时间的数值稳定性,这为解决饱和多孔介质的动力响应问题提供了新的途径.     

饱和多孔弹性杆流固耦合动力响应的保结构算法

研究了不可压饱和多孔弹性杆的流固耦合动力响应问题.基于多孔介质理论,根据多孔介质流固混合物动量方程、孔隙流体动量方程及体积分数方程,建立流固耦合不可压饱和多孔弹性杆的轴向振动方程;引入正则变量,构造饱和多孔弹性杆轴向振动方程的广义多辛保结构形式、广义多辛守恒律及广义多辛局部动量误差;采用中点Box离散方法得到轴向振动方程的广义多辛离散格式、广义多辛守恒律数值误差及局部动量数值误差;数值模拟不可压饱和多孔弹性杆的轴向振动过程及流相渗流速度分布,考察了流固两相耦合系数对轴向振动过程及广义多辛守恒律误差和局部动量误差的影响.结果表明,已构造的广义多辛保结构算法具有很高的精确性和长时间的数值稳定性.     

饱和粘弹性土层中端承桩纵向振动的轴对称解析解

基于弹性和饱和多孔介质理论,将桩和饱和土层分别视为单相弹性介质和饱和粘弹性介质,利用Helmholtz分解和变量分离法,在频率域研究了饱和粘弹性土层中端承桩纵向振动的动力特性,给出了饱和粘弹性土层中桩纵向振动时动力响应的轴对称解析解及桩头复刚度的解析表达式.通过数值计算,给出了桩头动刚度因子和等效阻尼随激励频率的响应,考察了饱和土物性参数、桩土模量比、桩长径比、桩Poisson比等参数对桩头刚度因子和阻尼的影响.研究表明:由于考虑了桩的径向变形效应以及饱和粘弹性土层对桩的径向力作用,轴对称精确解的桩头动刚度因子和阻尼分别与经典Euler-Bernoulli杆模型桩的桩头动刚度因子和阻尼有较大的区别,特别是在若干激励频率处.因此,经典Euler-Bernoulli杆模型桩的适用性具有一定的局限,更加精确的分析应采用三维精确模型.     

具有分数导数本构关系的粘弹性 Timoshenko 梁的静动力学行为分析

利用粘弹性材料的三维分数导数型本构关系，建立粘弹性Timoshenko梁的静、动力学行为研究的数学模型；分析了Timoshenko梁在阶跃载荷下的准静态力学行为，得出了问题的解析解，考察了一些材料参数对梁的挠度的影响。基于模态函数讨论了粘弹性Timoshenko梁在横向简谐激励作用下的动力响应，并考察了剪切和转动惯性对梁振动响应的影响。     

粘弹性梁的动力响应

本文利用Voigt力学模型对粘弹性简支梁进行动力分析,得到了梁的自由振动与强迫振动的若干解析解的表达式.并与S.Timoshenko给出的弹性简支梁的相应的结论进行了比较,指出了弹性动力分析的局限性.最后给出了二个数值例子.     

横观各向同性饱和弹性多孔介质非轴对称动力响应

应用Fourier展开和Hankel变换求解了简谐激励下横观各向同性饱和弹性多孔介质的非轴对称Biot波动方程,得到了一般解。用一般解给出了多孔介质总应力分量的表达式。最后对求解横观各向同性饱和弹性多孔介质非轴对称动力响应边值的问题的方法作了系统说明,并且给出了数值分析特例。     

饱和地基上弹性基础的竖向振动特性研究

采用解析的方法研究了饱和地基上受一简谐竖向荷载作用下弹性基础的动力响应.在分析中,首先利用积分变换技术获得了饱和介质基本控制方程的变换解,然后基于基础-半空间完全放松接触、半空间表面完全透水或不透水的假设,建立了该动力混合边值问题的对偶积分方程,并把该对偶积分方程进一步化为易于数值求解的第二类Fredholm积分方程.文末数值算例给出了动力柔度系数、位移和孔隙水压力随振动频域和土-基础体系物理力学参数特性的变化曲线.结果表明:饱和地基上弹性基础的动力响应完全不同于饱和地基上刚性圆板的动力响应.所用方法可用于研究波的传播、土-结构动力相互作用等许多问题.     

各向异性液体-多孔饱和介质在机械荷载作用下的弹性动力分析

将一个各向异性液体-多孔饱和介质的弹性动力分析,归结为一个横观各向同性液体-多孔饱和介质在机械荷载作用下的变形问题.自然界中有些物理问题,仅在一个方向发生变形,例如,与变形结构和变形柱有关的问题.土力学中,通常假设只有竖向沉降,从而归结为一维多孔弹性模型.采用各向异性液体-多孔饱和介质的一维变形模型,研究了在不同时间和距离下扰动的变化.给出了在不同类型荷载作用下,介质的各向异性对位移分布和应力分布的影响.     

移动荷载作用下黏弹性地基-Timoshenko梁振动响应对比分析

基于Fourier变换方法,对移动荷载作用下三维、二维和一维轨道-地基模型的振动响应特征进行了研究,将轨道视为Timoshenko梁,比较了不同速度和地基厚度下各计算模型之间的响应差异.研究结果表明:三维模型存在一个地基等效刚度,为波数和频率的函数.二维和三维模型的临界速度较为接近,但比一维地基梁模型要小得多.荷载速度小于地基临界速度时,三维模型的梁挠度幅值最小,二维模型次之,一维模型梁挠度最大.当荷载速度达到或超过临界速度时,二维模型的梁挠度幅值变得最大,此时三者的挠度时程曲线存在明显差别.二维和三维模型的地层水平位移幅值先随地基深度增加而增大,在某一深度达到最大值后随深度增加逐渐减小,竖向位移幅值则随深度的增加逐渐减小.