Hamilton体系下层合板弱粘接模型的应用

层合板的层间粘接模型对整个层合板的结构有重要影响．运用Hamilton正则方程对层合板层间的不同类型的粘接模型进行了分析．结合弹性材料修正后的Hellinger Reissner变分原理和插值函数,构建了直角坐标系下8节点层合板的每一层的线性方程;考虑到脱层板的连接界面处应力和位移的关系,改进了现有的常用弱粘接模型,建立不同粘接模型的控制方程;最后通过求解整个板的控制方程,得到层合板的层间应力和位移．数值算例验证了该模型的正确性,并研究了层间界面为线性和非线性时的问题．结果表明:应用改进后的弱粘接模型,能够更好地模拟层合板的弱界面失效过程．     

Hamilton体系辛半解析法及在非均匀电磁波导中的应用

力学中的Hamilton体系需用对偶变量来描述,而电磁场正好有电场和磁场这一对对偶变量．尝试将力学中的Hamilton体系理论应用于电磁波导的分析,以横向电场和磁场作为对偶变量,将电磁波导的基本方程导向辛几何的形式．基于Hamilton变分原理, 导出横向离散的半解析系统方程, 保持体系的辛结构．以非均匀波导为例, 求解了方程的辛本征值问题, 计算结果与解析解相当吻合．     

平面电磁弹性固体的辛对偶体系

从电磁弹性固体广义变分原理出发,将平面电磁弹性固体问题导入Hamilton体系．于是在由原变量——位移、电势和磁势以及它们的对偶变量——纵向应力、电位移和磁感应强度组成的辛几何空间,形成有效的分离变量及辛本征函数向量展开解法．求解出辛本征问题中特殊的零本征值所有本征解及其Jordan型本征解,并给出其具体的物理意义．最后求出在矩形域的两侧作用均布载荷、常电位移和常磁感应强度时的非齐次特解．     

对偶变量块体混合元及其位移元的收敛性和精度分析

弹性力学Hamilton正则方程和Hamilton混合元的等效刚度系数矩阵,均具有直观的辛特性.基于H R变分原理和弹性力学保辛理论建立的对偶变量块体混合元,其等效刚度系数矩阵同样具有直观的辛特性.根据对偶变量块体混合元列式,可直接建立问题的控制方程,进行混合法求解.同时,通过对偶变量块体混合元列式可以导出对偶变量块体位移元列式,建立问题的控制方程后,可先求位移的解.数值实例表明:线性8结点对偶变量块体位移减缩积分元的各力学量的收敛速度均衡、收敛过程稳定、结果精度高,其应力变量的收敛速度与传统的20结点位移协调减缩积分元接近.对偶变量块体位移元具有普适性.     

正交各向异性弹性力学正交关系的研究

新的正交关系被推广到正交各向异性三维弹性力学．将弹性力学新正交关系中构造对偶向量的思路推广到正交各向异性问题．将弹性力学求解辛体系的对偶向量重新排序后,提出了一种新的对偶向量．由混合变量求解法直接得到对偶微分方程．所导出的对偶微分矩阵具有主对角子矩阵为零矩阵的特点．由于对偶微分矩阵的这一特点,对于正交各向异性三维弹性力学发现了2个独立的、对称的正交关系．采用分离变量法求解对偶微分方程．从正交各向异性弹性力学求解体系的积分形式出发,利用一些恒等式证明了新的正交关系．新的正交关系不但包含原有的辛正交关系,而且比原有的关系简洁．新正交关系的物理意义是对偶方程的解关于z坐标的对称性的体现．辛正交关系是一个广义关系,但辛正交关系可以在一定的条件下以狭义的强形式出现．新的研究成果将为研究正交各向异性三维弹性力学的解析解和有限元解提供新的有效工具．     

双功能梯度纳米梁系统振动分析的辛方法

在辛力学与非局部Timoshenko(铁木辛柯)梁理论的基础上,针对黏弹性介质中的双功能梯度纳米梁系统的自由振动问题,提出了一种全新的解析求解方法.在Hamilton(哈密顿)体系下,位移与广义剪力、转角与广义弯矩互为对偶变量.以对偶变量为基本未知量,Lagrange(拉格朗日)体系下的高阶偏微分控制方程简化为一系列常微分方程.该纳米梁系统的振动问题归结为辛空间下的本征问题,解析频率方程和振动模态可以通过辛本征解和边界条件直接获得.数值结果验证了该方法的正确性与有效性,并针对纳米梁系统的小尺度效应、纳米梁间的相互作用以及黏弹性地基的影响进行了系统的参数分析.     

复合材料力学的Hamilton体系和辛几何方法(Ⅰ)——一般原理

首次把用于动态体系的Hamilton系统引入到静力学中,建立了与原控制方程相对应的Hami-lton方程,可以对全状态向量分离变量,求出解析解和半解析解,特别适合于求解矩形域平面问题和柱形域空间问题.本文建立了一种求解偏微分方程的新方法,并对复合材料力学中的层合板的弯曲和平面应力问题的求解做了详细说明.     

二维弹性平面问题中任意边界条件下应力分布的封闭解

应用辛方法研究了正交各向异性二维平面（x,z）弹性问题,在任意边界和不考虑梁假设条件下的解析应力分布解．辛方法通过将位移和应力作为对偶量推导得到一组辛的偏微分方程组,并且应用变量分离法对方程组进行了求解．同动力学中的问题比较,将弹性问题中的x轴模拟成时间轴,这样z轴成为唯一一个独立的坐标轴．问题中的Hamilton矩阵的指数展开具有辛的特征．在齐次问题求解中,通过边界条件和边界上的积分求得级数中的未知数．齐次解中包括减阶的零特征值的特征向量（零本征向量）和完好的非零本征值的特征向量（非零本征向量）．零本征值的Jordan链给出了经典的Saint Venant解,反映了平均的整体行为像刚体位移、刚体旋转和弯曲等．另外,非零本征向量反映的是指数衰减的局部解,它们通常在Saint Venant原理下被忽略．文中给出了完整的算例,并且和已有结果进行了对比．     

复合材料层合板的三维非线性分析

本文提出了一种研究复合材料层合板壳三维问题的解析方法．该方法采用摄动方法和变分原理来满足三维弹性理论基本微分方程及限制条件，分析了受横向载荷作用的复合材料各向异性单层圆板及层合圆板的三维非线性问题．得到了高精确度的摄动级数解答．大量结果表明横向剪应力和横向正应力在层合板的三维非线性分析中是很重要的．     

条状功能梯度材料中偏心裂纹对反平面简谐波的散射问题

利用Schmidt方法研究了条状功能梯度材料中偏心裂纹对反平面简谐波的散射问题,裂纹垂直于条状功能梯度材料的边界．通过Fourier变换,问题可以转换为对一对未知变量是裂纹表面位移差的对偶积分方程求解．为了求解对偶积分方程,把裂纹表面的位移差展开为Jacobi多项式级数形式,进而得到了功能梯度参数、裂纹位置以及入射波频率对应力强度因子影响的规律．     

Reissner板弯曲的辛求解体系

基于Reissner板弯曲问题的Hellinger-Reissner变分原理,通过引入对偶变量,导出Reissner板弯曲的Hamilton对偶方程组．从而将该问题导入到哈密顿体系,实现从欧几里德空间向辛几何空间,拉格朗日体系向哈密顿体系的过渡．于是在由原变量及其对偶变量组成的辛几何空间内,许多有效的数学物理方法如分离变量法和本征函数向量展开法等均可直接应用于Reissner板弯曲问题的求解．这里详细求解出Hamilton算子矩阵零本征值的所有本征解及其约当型本征解,给出其具体的物理意义．形成了零本征值本征向量之间的共轭辛正交关系．可以看到,这些零本征值的本征解是Saint-Venant问题所有的基本解,这些解可以张成一个完备的零本征值辛子空间．而非零本征值的本征解是圣维南原理所覆盖的部分．新方法突破了传统半逆解法的限制,有广阔的应用前景．     

任意厚度具有自由边叠层板的精确解析解

自由边问题一直是三维弹性力学中的难题,通常很难满足自由边上一个正应力和两个剪应力都等于0．基于三维弹性力学基本方程和状态空间方法,引入自由边界位移函数并考虑全部弹性常数,建立了正交异性具有自由边单层和叠层板的状态方程．对状态方程中的变量以级数形式展开,通过边界条件的满足精确求解任意厚度具有自由边叠层板的位移和应力,此解满足层间应力和位移的连续条件．算例计算表明,采用引入的位移函数形式,简化了计算过程并且采用较少的级数项可以获得收敛解．与有限元方法计算结果进行了对比,可以得到较高精度的数值结果．其解可以作为其它数值方法和半解析方法的参考解．     

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     

Free-edge stress analysis of general composite laminates under extension, torsion and bending

In this study, based on the reduced form of elasticity displacement field for a long laminate, an analytical method is established to exactly obtain the interlaminar stresses near the free edges of generally laminated composite plates subjects to extension, torsion, and bending. The constant parameters being in the displacement field, which describe the global deformation of a laminate, are appropriately calculated by using the improved first-order shear deformation theory. Reddy’s layerwise theory is subsequently employed for analytical and numerical examinations of the boundary layer stresses within arbitrary laminated composite plates. Various numerical results are developed for the interlaminar normal and shear stresses along the interfaces and through the thickness of laminates near the free edges. Finally the effects of end conditions of laminates and geometric parameters on the boundary-layer stress are studied.     

压电材料中两个非对称平行裂纹的基本解

采用Schmidt方法分析压电材料中非对称平行的双可导通裂纹的断裂性能．利用Fourier变换使问题的求解转换为求解两对以裂纹面位移之差为未知变量的对偶积分方程．为了求解对偶积分方程,直接把裂纹面位移差函数展开成Jacobi多项式形式．最终得到了裂纹的应力强度因子与电位移强度因子之间的关系．数值结果表明,应力强度因子和电位移强度因子与裂纹间的距离、裂纹的几何尺寸有关;与不可导通裂纹有关结果相比,可导通裂纹的电位移强度因子远小于相应问题不可导通裂纹的电位移强度因子．同时可以发现裂纹间的“屏蔽”效应也在压电材料中出现．     

A higher order finite element including transverse normal strain for linear elastic composite plates with general lamination configurations

This paper describes a higher-order global-local theory for thermal/mechanical response of moderately thick laminated composites with general lamination configurations. In-plane displacement fields are constructed by superimposing the third-order local displacement field to the global cubic displacement field. To eliminate layer-dependent variables, interlaminar shear stress compatibility conditions have been employed, so that the number of variables involved in the proposed model is independent of the number of layers of laminates. Imposing shear stress free condition at the top and the bottom surfaces, derivatives of transverse displacement are eliminated from the displacement field, so that C⁰ interpolation functions are only required for the finite element implementation. To assess the proposed model, the quadratic six-node C⁰ triangular element is employed for the interpolation of all the displacement parameters defined at each nodal point on the composite plate. Comparing to various existing laminated plate models, it is found that simple C⁰ finite elements with non-zero normal strain could produce more accurate displacement and stresses for thick multilayer composite plates subjected to thermal and mechanical loads. Finally, it is remarked that the proposed model is quite robust, such that the finite element results are not sensitive to the mesh configuration and can rapidly converge to 3-D elasticity solutions using regular or irregular meshes.     

对边简支的矩形平面弹性问题的辛本征展开定理

对来源于平面弹性问题的Hamilton算子的本征值问题进行了研究．在矩形域内含位移和应力的混合边界条件下,首先求解了相应算子的本征函数．接着,证明了本征函数系的完备性,这为施行分离变量法求解相应问题提供了可行性．最后,利用文中的辛本征展开定理获得了问题的一般解．     

Stokes Flow in Cylindrical Containers With Rotating Ends北大核心CSCD

该文以端部旋转的圆柱形容器内的Stokes流为研究对象,根据流动的特点,将轴向坐标模拟为时间,则问题归结为Hamilton对偶方程的本征值和本征解问题.利用本征解空间的完备性和本征解之间的共轭辛正交关系,给出了问题解的展开形式,并建立了展开系数的数值求解方法.采用该方法研究了单端旋转、两端以相同或相反角速度旋转时不同外形比(容器的高度与半径之比)时圆柱形容器内流动速度和应力的分布情况,展示了不同边界条件下流场的一些特点.