带有摩擦的单边接触大变形问题的研究：（Ⅱ）非线性有限元解及应用

在文[1]所建立的增量变分力程的基础上,本文建立了单边接触弹塑性大变形问题的非线性有限元增量方程;进一步阐述了基于拖带坐标系的大变形有限元方法的特点,建立了实用的大变形接触模型.作为应用实例,计算了悬臂梁、厚圆板的弹性接触大变形和金属圆环弹塑性接触大变形问题,得到了令人满意的计算结果.     

Signorini接触问题的边界变分不等式

本以Signorini接触问题为背景，讨论了变分不等式与边值问题的等价性，利用Green公式，基本解和基本解法向导数的性质，将区域型变分不等式化成等价的边界型变分不等式，并证明了边界变分不等式解的存在唯一性，为使用边界元方法数值求解提供理论依据。     

非线性自然弯扭闭口薄壁复合梁的广义变分原理

对复合材料自然弯扭闭口薄壁细长梁在小应变、大位移和大转动的情况作了研究,建立了两端边界均为完全约束的该梁大变形弹性理论的非完全广义变分原理的泛函。由泛函驻值条件可以导出所给问题的平衡方程及全部边界条件。上述方法可方便地推广到其它各种不完全约束边界的情况。此外,利用上述结果还可以得到该梁在小位移理论中的基本方程和有关公式。     

大变形弹塑性率变分极值原理

在Updated Lagrangian率形式下,研究了大变形弹塑性率问题的对偶极值变分原理.证明了变分泛函的凸性取决于一个所谓的间隙函数.     

广义弹塑性梁理论及接触问题中的时偶变分不等式*

为研究摩擦接触问题,本文建立了一个具有二类独立交量的二维弹塑性梁模型。由此提出了一个新的非线性二次互补性问题。其中的外部互补性条件定义了自由边界;而内部互补性条件则控制了弹塑性分界面。文中证明了此二次互补性问题等价于一非线性变分不等式,并导出了其对偶变分不等式。本文结果显示对偶问题较原问题有更多的优越性。应用于塑性极限分析理论中,文中最后证明了一个简单的下限定理。     

广义弹塑性梁理论及接触问题中的对偶变分不等式

为研究摩擦接触问题，本文建立了一个具有二类独立变量的二维弹塑性梁模型，由此提出了一个新的非线性二次互补性问题。其中的外部互补性条件定义了自由边界；而内部互补性条件则控制弹塑性分界面。文中证明了此二次互补问题等价于一非线性变分不等式，并导出了其对偶变分不等式。     

连续体力学中有限变形与转动的计算增量法

目前在非线性弹塑性力学计算中常用的经典非线性大变形理论由于内在的数学缺点,当变形量与转动很大时.往往误差达到不许可的程度.本文采用作者的有限变形力学理论表述了增量法.在作者与尚勇、谢和平联合研究的另二篇论文中,详细叙述这个新方法在工程中的应用,结果证明从微小变形过渡到大变形,计算结果总是可以满意地符合实验.     

基于Cosserat连续体理论的粉末高温合金弹塑性损伤分析

回顾了航空发动机涡轮盘粉末高温合金材料的发展及研究方法,基于Cosserat连续体理论,建立了粉末高温合金材料的弹塑性损伤模型,可通过特征长度考虑材料的微结构特征,并在模拟软化问题时消除局部化带的网格依赖性.在软化问题中,经典弹塑性理论在计算时需要较多迭代,有时甚至不能收敛.该文基于参变量变分原理,把原非线性问题转化为互补问题来求解,可大大提高求解效率和收敛性.最后通过数值算例验证了本文提出方法的有效性.     

初始几何缺陷对薄圆环板弹塑性稳定性的影响

本文应用Neale关于增量边界值问题的广义变分原理,考察初始几何缺陷对薄圆环板弹塑性屈曲临界载荷的影响,计算表明,只要在J₂增量理论的解中计入初始几何缺陷的影响,所得的结果与几何理想圆环板在塑性形变理论下的分支性屈曲载荷十分接近.     

大应变固结理论的分区变分原理及其广义变分原理

土体材料本构特性的差异问题与大变形问题是分析岩土材料变形特性的基本问题．根据有限变形的描述方法构筑土体结构大变形固结方程,证明了大变形固结的变分原理A·D2应用分区子结构的连续条件,推导固结理论的分区变分原理．引用Lagrange乘子法构筑并证明了大变形固结问题在无约束状态下的广义分区变分原理．     

树上p-Laplacian算子的第一混合特征值

本文研究了树上以唯一根为Dirichlet边界的离散加权p-Laplacian算子的第一特征值问题,该特征值亦为一类加权Hardy不等式的最优常数.通过研究此特征值对应的特征函数的性质,给出具有混合边界的特征值的三种变分公式,该结果可以看做经典变分公式的重要补充.作为应用,给出了此特征值的上、下界的基本估计,并给用两个例子例证相关结果.     

表面效应对偏场下介电高弹体表面波传播的影响

采用表面薄层模型考察偏场下介电高弹体的表面效应,针对不同边界情形,建立一阶等效边界条件.基于有限变形电弹性体的线性增量理论,利用Stroh公式和Ting方法,给出等效边界条件的严格推导过程.进一步利用Stroh公式,获得了偏场下具有表面效应的介电高弹体中表面波的频散方程.以可压缩Neo-Hookean介电高弹体为例,分析了表面效应对预变形和电学偏场作用下的介电高弹体表面波传播特性的影响.结果表明,通过施加适当的偏场,可以调控和优化纳米声表器件的性能.     

用变分方法求解大变形对称弹性力学问题

文中以经典力学的数学理论和陈氏定理为基础,用变分的方法求解大变形对称弹性力学问题,得出了以瞬时位形为基准的位能广义变分原理和余能广义变分原理,以及两个变分原理的等价性;此外,还给出了以瞬时位形为基准的动力学问题的广义变分原理.     

准静力学双面接触支承问题及其粘弹性材料的非局部摩擦

建立了描述变形体和基础间接触问题的数学模型.接触是双面的,并采用非局部摩擦定理建模,支承列入计算.粘结场(bonding field)的变化用一个一阶的常微分方程来表示,材料特性用一个非线性粘弹性本构关系建模.导出了该力学问题的变分公式,当摩擦因数充分小时,证明了其弱解的存在性和唯一性.依赖于时间的变分不等式、微分方程和Banach不动点理论,是该证明依据的基础.     

变系数导热方程的Robin系数反演问题

本文研究基于非局部边界附加条件下,一类变系数抛物型方程的Robin系数确定问题,这里的Robin系数仅与时间相关.首先给出了变分公式,并利用变分公式证明了解的唯一性,其次给出了时间离散模型,基于线性离散化的变分形式,导出了一系列先验估计,证明了弱解的存在性,并对其进行了误差分析.     

基于S-R和分解定理的几何非线性问题的数值计算分析

为了探究几何非线性问题的数值求解方法,采用理论推导、MATLAB编程计算、有限元模拟相结合的方法,基于S-R和分解定理及更新拖带坐标描述法,运用插值型无单元Galerkin方法对几何非线性问题的增量变分方程进行了推导,并通过四点Gauss积分法和不动点迭代法对其进行求解.最后以平面悬臂梁的大变形问题为例进行求解计算,发现与ANSYS的计算结果拟合相似度很高,说明了所采用的几何非线性力学理论及数值计算方法的正确性和合理性,为求解几何非线性问题提供了一种新的依据.     

关于弹塑性边界元分析的迭代收敛性

迭代过程是弹塑性边界元法的核心部分,文中对边界元弹塑性分析的迭代收敛性问题作了详细地理论分析和讨论.     

杂交能变分原理及层合板三维理论的基础——分析复合材料层间应力的新方法

本文讨论了复合材料层合板层间界面处应力和应变的间断性问题,并提出了复合材料层合板的三维理论.本文还以在层合板中全局连续的变量为基础,提出了与传统的势能和余能不同的一种新的弹性能.并得到与复合材料三维理论相应的变分原理.本文得到的三维层合板理论和杂交能变分原理,可以作为校核层合板二维经典理论和确定自由边界附近层间应力的理论基础.     

塑性全量理论的变分不等式模式及其无迭代解

变分不等式是解决一类带单侧约束的定常力学问题的有效数学工具.本文就弹塑性全量理论构造了等价的变分不等式模式,解除了弹塑性问题本构约束的不等式关系,比一般能量形式的描述更为简洁.它便于计算,具有可靠的数学依据,可以用二次规划法求解.计算时无需分级加载迭代,一步即可得收敛解.     

有限变形非对称弹性理论变分原理

应用有限变形S-R分解定理,将体力矩重新定义为内外两种体力矩之和,给出了相应的变形能增率表达式及其物理意义,并进一步补充和完善了有体力矩作用下的有限变形力学的功率变分原理和余功率变分原理。