用平面弹性理论的复变函数解法精确确定直齿轮轮齿的挠度

本论文吸取并发展了目前受到国内外普遍注意的由会田俊夫、寺内喜男和永村和照所开创的用平面弹性理论的复变函数解法求直齿轮轮齿的应力和变形的方法,把它们的应力函数的近似解发展为精确解;提高了映射齿形的精度,提出了用五项分式项表达的、映射误差小于1％m的映射函数;提出了求直接影响齿轮啮合质量的啮合点相对于相邻轮齿中线位移的原则;编制了计算程序,并对计算结果进行了分析.     

关于保角映射的一种方法

本文应用柯西积分公式和解析函数的幂级数展开式,导出了复连通域保角映射的一般公式,这包括二连域和单连域的情形。对单连域的情形,作者编制了求解映射公式的程序,得出了若干带孔区域的保角映射表达式。     

《关于二角形的保角映射公式》

<正> 在复变函数论中的保角映射部分,常遇到两个以若干段曲①弧为边界的单连域G_1与G_2间的映射问题,即寻求由一个区域单叶保角地映射成另一个区域的映射函数的问题。最简单的情形是:当G_1与G_2都是以一完整圆周为边界时,已有现成的寻求映射函数的公式。一般情     

圆形孔口裂纹的反平面剪切问题的解析解

利用复变函数方法,通过构造保角映射,研究了带裂纹的圆形孔口的反平面剪切问题,给出了Ⅲ型裂纹问题的应力强度因子.在极限情形下,求得Griffith裂纹在裂纹尖端处应力强度因子,这与已有的结果完全一致.最后数值算例给出了半经和裂纹长度对应力强度因子的影响.     

任意形状凸起地形对平面SH波的散射

将具有任意形状的凸起地形对称态SH波散射问题转换为契合问题加以研究,利用求解弹性波动问题的复变函数与保角映射方法,在包括任意形状凸起边界在内的一个区域中,构造一个在凸起边界上应力自由,其他部分位移和应力均为任意的驻波解,然后再将这个驻波解与其余下的区域中的散射波解在两个区域结合面上完成契合过程,由此决定出这两个区域中的驻波和散射波解答,最后对圆弧形和半椭圆形凸起进行了数值计算,并将计算结果与有限元法的数值解进行了比较。     

各向异性介质中SH波对有衬砌的任意形半凹陷地形的散射

本文研究各向异性介质中具有衬砌的凹陷地形对SH波的散射.采用保角映射法[1]求解了有衬砌的凹陷地形对SH波的散射和它的地面位移.利用富氏级数展开方法,将待解的问题归结为一组无穷代数方程组的求解问题.由算例知,在衬砌和凹陷地形附近的地表上.位移幅值的变化是激烈的.当入射波的频率增加时,尤为显著.     

深埋公路隧洞围岩应力和位移分布的复变函数解

为了优化公路隧道的设计和确保施工安全,必须明确公路隧洞开挖时围岩的力学行为.利用复变函数方法,通过保角映射函数把隧洞外域变换为单位圆外域.利用Cauchy(柯西)积分和留数定理求出两个应力函数,从而得到围岩的应力与位移的平面应变问题的解析解.结合曲墙马蹄形断面,通过数学软件MATLAB编程计算,分别给出了应力和仅考虑开挖引起的位移沿隧洞边和坐标轴方向的分布.利用有限元软件ANSYS建立二维平面应变模型,对理论推导得到的应力和位移的分布进行验证,数值解结果与近似解析解结果吻合性很好.研究结果表明:最大的环向应力发生在隧洞拱脚处,最大水平位移发生在拱腰处,最大的沉降和隆起分别发生在拱顶和仰拱中心处.沿坐标轴的正应力在隧洞附近变化较大,不一定在洞边取得最大值,离洞边不到10 m的距离,便分别趋于所加外荷载.位移值在洞边最大,随着离洞边距离的增大,逐渐单调趋于0.     

一维六方准晶中带三条不对称裂纹的圆形孔口问题的解析解

利用复变函数方法,通过构造保角映射,研究了一维六方准晶中带不对称三裂纹的圆形孔口的反平面剪切问题,给出了Ⅲ型裂纹问题的应力强度因子,在极限情形下,不仅可以还原为已有的结果,而且求得一维六方准晶中L裂纹问题在裂纹尖端的应力强度因子.     

单位圆外域-洞室外域共形映射下任意开挖断面隧洞围岩应力解析解

以地下任意开挖断面隧洞为研究对象,将原岩应力场归化为无穷远处与水平轴呈一角度的均匀应力场,引入单位圆外域-洞室外域的共形映射函数,把目标域中以变量z表示的围岩应力函数转化为映射域中的变量ζ表示.将洞壁的应力边界条件方程转化成Cauchy积分方程,利用被积函数的解析性和留数理论,获得了任意开挖断面隧洞围岩应力函数解析通式和围岩应力解析解.将椭圆形隧洞应力边界条件代入应力函数解析通式,求得的φ(z)和ψ(z)与文献结果一致;以公路两车道隧道为研究对象,利用围岩应力解析解开展围岩应力计算和分析,所获结果符合工程规律;利用ABAQUS软件对隧道洞壁应力进行对比分析,分布规律与解析解结果一致.研究表明,只要给出任意开挖断面隧洞的单位圆外-洞室外域共形映射函数,利用研究成果可方便地开展围岩应力解析计算分析.     

对称迭层矩形板的平面应力分析

常用的对称迭层板为各向异性板．根据平面应力问题的基本方程精确地用应力函数解法求得了各向异性板的一般解析解．推导出平面内应力和位移的一般公式,其中积分常数由边界条件来决定．一般解包括三角函数和双曲函数组成的解,它能满足4个边为任意边界条件的问题．还有代数多项式解,它能满足4个角的边界条件．因此一般解可用以求解任意边界条件下的平面应力问题．以4边承受均匀法向和切向载荷以及非均匀法向载荷的对称迭层方板为例,进行了计算和分析．     

Gears,pregears and related domains

We study conformal mappings from the unit disc to one-toothed gear-shaped planar domains from the point of view of the Schwarzian derivative. Gear-shaped (or “gearlike”) domains fit into a more general category of domains we call “pregears” (images of gears under Möbius transformations), which aid in the study of the conformal mappings for gears and which we also describe in detail. Such domains being bounded by arcs of circles, the Schwarzian derivative of the Riemann mapping is known to be a rational function of a specific form. One accessory parameter of these mappings is naturally related to the conformal modulus of the gear (or pregear) and we prove several qualitative results relating it to the principal remaining accessory parameter. The corresponding region of univalence (parameters for which the rational function is the Schwarzian derivative of a conformal mapping) is determined precisely.     

弹性平面孔洞形状优化复变函数方法

本文提出了弹性平面孔洞形状优化的复变函数方法,充分利用了复变函数方法分析孔洞应力的有效性,进行应力分析.对孔洞形状的优化,是将保角变换函数中的一些系数做为设计变量,采用敏度分析和梯度法降低绝对值最大的周向应力,同时使绝对值次大的周向应力不超过绝对值最大的周向应力(这两个周向应力实际是周向应力的两个极值点处的周向应力值)逐次迭代修正保角变换函数中的系数值,直至绝对值最大的周向应力降低至绝对值次大的周向应力相等为止.这个方法保证了应力解在边界上的连续性、可微性和高精度性,比差分法和有限元法有着明显的优越性.     

应力和位移约束下连续体结构拓扑优化

同时考滤应力和位移约束的连续体结构拓扑优化问题,很难用现有的均匀方法或变密度方法等求解。主要困难在于难以建立应力和位移约束与拓扑设计变量间显式关系式;即使建立了这种关系,也由于优化问题规模过大,利用常规的数学规划方法难以求解。隋允康、杨德庆曾提出了基于独立连续拓扑变量及映射变换（ＩＣＭ）的桁架结构拓扑优化模型。本文在此基础上,建立了以重量为目标,考虑应力和位移约束的连续体结构拓扑优化模型,并推导出     

应力偶对孔洞附近应力集中的影响

将求解无限弹性平面中孔洞附近应力集中问题的复变函数方法,推广到微极弹性介质的应力集中问题上去,在复平面上给出了二维微极弹性理论应力集中问题的一般解,它可由解析函数与“域函数”构造出来,并利用保角映射的方法来满足非圆孔洞的边界条件。在此基础上建立了求解微极弹性理论中应力集中问题的一般求解方法。最后,对圆形孔洞附近的应力集中系数作了数值计算,并给出了具体结果。     

基于GMRES(m)法的双连通区域数值保角变换的计算法

本文研究了基于模拟电荷法的双连通区域的数值保角变换问题.利用限制Krylov子空间最大维数的算法–GMRES(m)算法,求解基于模拟电荷法的双连通区域数值保角变换中的约束方程,获得了模拟电荷和变换半径,构造了近似保角变换函数.数值实验表明了本文算法的有效性.     

A general analytical solution for lateral soil response of non-circular cross-sectional pile segment

This paper presents a general analytical solution for the two-dimensional laterally loaded non-circular cross-sectional pile segment-soil system based on the complex variable elasticity theory. By using the conformal mapping technique, the non-circular cross section of pile in the physical plane is mapped onto the unit circle in the phase plane. Then, using the complex variable theory developed by Muskhelishvili, the stress function, and hence the stress and displacement distributions of soil around the non-circular cross section dimension pile is readily derived. Subsequently, the analytical solution is used to determine the stiffness of two-dimensional pile-soil system. A series of closed form equations for the lateral stiffness of commonly used non-circular cross-sectional piles, such as square, rectangular, X-shaped cross-sectional piles, are derived through parametric studies. The proposed new analytical solution extends the classic elastic solution proposed by Baguelin et al. and it allows the shape effect of pile with arbitrary cross section to be considered.     

幂函数型曲线裂纹平面问题的一般解

通过构造一个新的、精确的和通用的保角映射,利用Muskhelishvili复势法研究了任意自然数次幂的幂函数型曲线裂纹的平面弹性问题,给出了远处受单向拉伸载荷下裂纹尖端Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子的一般解．当幂次取不同的自然数时,可以退化为若干已有的结果．通过数值算例,讨论了幂函数型曲线裂纹的系数、幂次及在x轴上的投影长度对Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子的影响规律．     

有限高狭长压电体中共线双半无限裂纹问题的解析解

通过引入合适的保角变换,利用复变函数法,分析了部分裂纹面上受反平面剪应力和面内电载荷共同作用下有限高狭长压电体中含共线双半无限裂纹问题,导出了电不可通边界条件下两个裂纹尖端场强度因子和机械应变能释放率的解析解．当不考虑电场作用时,所得解可退化到经典弹性材料的情况．而当两裂纹尖端的距离趋于无穷大时,也可退化为狭长压电体中半无限裂纹问题的解．最后,通过数值算例,讨论了受载长度、狭长体高度、机电载荷对机械应变能释放率的影响规律以及两个裂纹之间的相互作用．结果表明,两裂纹尖端的距离越短,材料越容易破坏;且机电载荷对左尖端裂纹的扩展影响更为显著．