三维双调和方程的解

<正> 求解弹性力学的空间问题,可归结为构造各种三维双调和函数.构造二维双调和函数已有许多结果.更精采的就是平面问题的复变函数方法.用任意两个解析函数将二维双调和函数表示出来.依照二维方法,本文用复变函数求解三维双调和方程,从而给出该方程的解.     

各向异性介质中的Green函数解

本文首先指出Ｗａｎｇ与Ａｃｈｅｎｂａｃｈ和Ｈａｎｙｇａ关于任意各向异性，不均匀（但性质渐变）的线弹性介质中的Ｇｒｅｅｎ函数解并非完备解，而是高频条件下的近似解，并以较简洁的步骤及三维Ｒａｄｏｎ变换，得到比文献（１），（２）更合理的Ｇｒｅｅｎ函数在高频近似下显示解。在此基础上具体讨论物均匀，横观各向同性介质中的Ｇｒｅｅｎ函数完备解。     

张量函数的表示理论──本构方程统一不变性研究（续上期）

张量函数的表示理论──本构方程统一不变性研究（续上期）郑泉水（Ｑ－ＳＺｈｅｎｇ）清华大学工程力学系，北京１０００８４４矢量和二阶张量的二维所有种类各向异性张量函数如前所述，理论和应用力学的研究者对平面问题一直怀有浓厚的兴趣．三维空间各向异性物理行为通...     

RKPM形状函数的矩式显式表述及快速计算

给出了计算再生核质点法(RKPM)形状函数及其导数的矩式显式处理方法。其特点是在计算形状函数及其导数时不涉及矩阵的求逆或者线性方程组的求解，从而减少计算误差的产生并提高了计算速度。二维及三维形状函数计算算例表明该方法是提高RKPM计算效率的一种有效途径。     

C1问题无单元法导函数递推公式

针对无单元方法MLS插值函数，采用正交基函数的导函数进行了详细推演，给出适用于薄板弯曲(C^1)问题的无单元方法导函数递推计算公式．     

含两类附加函数的扩展等参有限元法

基于扩展有限元的基本思想,提出一类指数型间断函数来模拟。由于裂纹或节理等非连续结构所导致的位移不连续现象,该附加函数是以到间断处的垂直距离为自变量,且随距离的增大而呈指数衰减,同时,在非连续结构末端引入能反映其奇异场特性的三角基函数。本文用弱解形式推导了扩展有限元格式,并论证了两类附加函数在单元公共边上能够保持位移连续性这一要求。最后,编制了二维4节点和三维8节点的扩展等参有限元程序,并分别给出了算例,结果表明在模拟裂纹追踪时,扩展有限元法可行且有效。     

张量函数的表示理论──本构方程统一不变性研究

张量函数的完备和不可约表示，容纳了非线性本构方程一般且协调一致的不变性形式，规定了所引人标量变量的数目和类型．它们在建立描述各向异性材料力学行为模型的过程中尤其有效，因为此时，不变性条件起到相当的支配性作用，且无法通过其它方式的简单分析确定本构方程中独立标量变量的数目和类型．最近几年已经相当完整地建立起张量函数的表示理论，其中包括３个基本原理，一组基本定理和大量在三维、二维物理空间中关于各向同性和各向异性张量函数的完备和不可约表示．本专题综述的目的，在于总结并扼要重述迄今为止有关张量函数表示理论的进展和成果，从而为该理论在现代应用力学中的进一步运用提供便利条件．文中还探讨了有关本构定律统一的不变性表示的若干一般性命题．     

基于正交基函数的薄板弯曲无单元法MLS导函数及其应用

针对采用正交基函数的无单元方法插值函数的导函数进行了详细推演，给出适用于薄板弯曲(C^1)问题的导函数递推计算公式，并首次将其应用于地基板的计算分析中。将计算结果与Rayleigh—Ritz法结果进行比较，两者较好的一致性表明了所得导函数及其递推公式的正确性，同时也说明了基于正交基函数的无单元方法应用于C^1问题的可行性和合理性。     

使用主值空间表示的各向同性塑性本构方程

针对各向同性材料,在内变量为标量的假定下,应用张量函数表示定理给出了其塑性应变增量的不变性表示.它的3个不可约基张量取决于应力张量、相互正交且共主轴.建立3个基张量构成的张量子空间与三维主值空间的对应关系,将共主轴的张量采用笛卡尔坐标系中的矢量描述,矢量在不同坐标系下的分量均为张量的一组不可约不变量.定义塑性应变增量对应的矢量为内变量增量,使用张量函数表示理论得到,内变量演化方程除取决于应力对应的矢量和内变量本身外,还取决于应力增量在张量子空间中的投影,该投影就是应力对应矢量的增量,因此,本构方程归结为确定主值空间中矢量之间的关系.最后表明,三维主值空间与张量子空间中的流动法则是等价的.     

圆柱体形地基模型及与结构相互作用的样条函数解法

本文根据工程中大量遇到的圆形截面结构,建立了圆柱体形地基模型,并用B样条基函数来表征模型的位移。由于所设函数的合理性,使在一般荷载作用下圆心处的位移保持连续,应力应变不再奇异,且具有待定系数少、精度高等特点,使庞大的三维问题能在一般微机上求解。文中对地基-结构相互作用时地基人工边界的设置及范围进行了大量计算,得到了一些规律性的结果。     

过载作用下聚乙烯疲劳裂纹扩展行为研究

论文针对中密度聚乙烯材料(MDPE)，采用平板试样进行了I型疲劳裂纹扩展和单次过载下裂纹扩展试验．发现与金属材料类似，单次拉伸过载对聚乙烯(PE)的疲劳裂纹扩展有明显的迟滞作用，降低了裂纹扩展速率．试验还通过变载荷刻线法获取疲劳裂纹扩展前缘的实际形貌和变化规律，对常规变载荷刻线方法进行了调整和验证，其修正方法对高分子材料的疲劳裂纹扩展前缘刻线具有较好的效果．通过观察发现含楔形塑性区的裂尖钝化是裂纹迟滞的主要原因．过载引入的塑性区内残余应力对裂纹迟滞也起了重要作用．论文利用Dugdale模型计算了塑性区尺寸，使用基于残余应力的Wheeler模型对过载迟滞进行了很好的拟合．     

磁悬浮列车系统的随机最优控制

本文根据磁悬浮列车和车行道的结构特点，将总系统模型按分块原则分成列车、磁执行环节和车行道系统，并在平衡点附近对非线性方程线性化处理，形成末加控制的总系统的状态方程，它是一组考虑外干扰情况下线性时变系统模型。而基于电磁关系原则建立的磁悬浮列车系统模型在末加控制状态下是不稳定的，为了保证列车的行驶舒适性、稳定性及可靠性，承重磁铁与导向磁铁必须加以控制。附加控制方程后，就形成了被控制的总系统的状态方程，从而实现车、磁及车行道模型的有机组合。对于实际工程问题，被控制的总系统的动力学性质由于维数较高，直接计算比较困难，本文采用计算机进行数值仿真，利用随机最优控制理论，对系统悬浮气隙和垂向加速度的变化规律进行了研究，并通过实例给出时变系统的仿真结果。     

Numerical Investigation and Feasibility Study of a PZT-driven Micro-valve Pulsed-jet Actuator

A micro-valve pulsed-jet vortex-generator driven by piezoelectric actuation was successfully modelled numerically to determine the feasibility of such a design. This includes: modelling the dynamic motion of a unimorph cantilever and the fluid-structure interaction occurring between the unimorph and the fluid flowing over such a structure; the unsteady developing channel flow that would occur through the outlet orifice was also modelled. The initial design was found to have several fundamental flaws that were shown to be easily remedied. The fluid-structure interaction was found to have a strong effect on the motion of the piezoelectric beam and therefore the performance of the pulsed-jet actuator. The response time of the actuator was found to be governed by the micro-valve opening rather than the time taken to establish the jet. However, the resistance of the pulsed-jet actuator was shown to be governed by the outlet orifice; it was an order of magnitude larger than the resistance of the micro-valve.     

粒子法中压力振荡的机理研究

移动粒子半隐式法(moving particle semi-implicit method, MPS)是一种适用于不可压缩流体的无网格方法, MPS方法常应用于自由表面大变形问题.MPS 方法提出至今一直存在着严重的压力振荡问题. 本研究针对MPS 方法中存在的压力振荡现象, 首先将实际的物理问题简化为一维模型, 并从粒子之间相互位置关系的角度说明了MPS 方法中压力波动产生的原因.在采用MPS方法进行模拟时, 加入了粒子碰撞模型, 通过对碰撞系数的选择从而控制粒子之间的相互位置关系.并且对经典的溃坝问题进行了模拟, 结果表明随着碰撞系数的增加, 粒子数密度偏差的波动幅度都会减小, 从而压力振荡的幅度得到了有效的抑制.并且对比了两种不同核函数对压力振荡的影响, 结果表明: 采用高斯核函数时, 压力振荡的幅度更小, 这是因为采用高斯核函数时, 相同的粒子位置波动幅度将会得到较小的粒子数密度偏差的波动.由于在模拟过程中粒子运动的随机性, 这将导致粒子数密度偏差产生随机的波动, 从而产生压力振荡, 因此粒子法中的压力振荡很难彻底消除.      

导弹误差分离前的数据预处理方法

为获得高精度的导弹飞行试验误差分离结果,提出了改善数据预处理工作的工程实用方法。采用时间差分法查找测量数据中的丢失点,采用样条拟合算法剔除测量数据中的野值,并使用拉格朗日算法对异常点进行插值,提高了原始测量数据的质量。推导出发射惯性系下速度和位置的导航方程递推公式,并建立外测数据由发射坐标系向发射惯性系的转换关系模型：引入相关性分析法对遥外测数据的一致性进行分析,进而估算出遥外测数据零点对齐因子。对某型导弹遥外差计算应用了这些方法,获得了较满意的结果。     

识别时变结构模态参数的改进子空间方法

给出了基于整体数据子空间方法的改进算法,原方法对噪声的影响极为敏感,基于原方法的关键是计算一个与原系统的广义能观阵的特征值相同的矩阵的基本事实,将求矩阵的过程转化为最小二乘的问题,然后用广义能观阵替换输出矩阵,对数据进行滤波,从而有效地降低了算法对噪声敏感性,但同时增加了计算量。利用奇异向量矩阵的正交性,将最小二乘问题中求矩阵伪逆的过程简化为求该矩阵的转置,从而降低了计算量,改进后的算法能够在提高算法对噪声的敏感性的同时降低计算量。最后利用改进后的方法辨识出一个两自由度弹簧质量块模型在三种不同的刚度变化形式下的伪模态参数,并通过与使用原方法所得的结果比较,验证了以上结论。     

结构局部应力场全景光弹测量方法研究

针对大型结构局部复杂应力场直观测量的需求,提出了全景光弹测试技术。在经典光弹实验系统中,偏振系统的大小限制了试件尺寸;同时理想光源系统的复杂性降低了实验测量的机动性。由于这两方面的限制导致经典光弹方法在测量大型复杂结构时存在较多的非确定性。为此建立了一个等效偏振系统,通过在试件表面镀制偏振膜的办法将偏振系统依附于试件表面,以解决试件尺寸限制问题。同时放弃了理想光源而采用自然光源,以提高测量的机动性。通过四点弯曲实验来检验本文方法的有效性。结果表明提出的测量技术是有效可靠的。利用本文提出的方法,对实际桥梁中缩尺试件的局部应力场进行了测量,得到了可用于结构模型修正的应力中心线信息。     

由一个实例引发的对莫尔理论和双剪统一强度理论的改进

以某型火炮身管设计为例,采用双剪统一强度理论对火炮身管的壁厚进行了设计。然而,在火炮身管强度计算中得出了如下结论:当身管外径平方与内径平方之比小于1+b时,若材料的其它参数不变,材料的压缩屈服极限越大,其所能承受内压的能力越差,b为双剪统一强度理论中的参数。这是有悖常理的。针对该现象本文考虑各主应力的正负取值情况,对库伦—莫尔理论和双剪统一强度理论的改进问题进行了探讨。并应用改进的双剪统一强度理论再次计算,得到了满意的结果。     

2D and 3D separation of stresses using automated photoelasticity

A procedure for the separation of full-field photoelastic images for use with an automated polariscope is described. Regions of background in the image are identified thus producing the boundary of the model. The shear difference method is used to calculate the components of stress along all raster lines in the image using photoelastic parameters at the boundary points to calculate the initial values of stress. Algorithms were also used to evaluate the stress components along raster lines which did not contain boundary points. A plastic template was used to evaluate the efficiency of the boundary routine. It was found that it was able to identify edges to within approximately one pixel on screen. The complete procedure for stress separation was evaluated using a stress frozen disc in compression and a turbine slot. The values of stress found using the automated polariscope with the stress-separation procedure were found to agree well with theory and with results determined using the method of Tardy compensation and manual analysis. The automated polariscope was also used to analyze three-dimensional stress components along arbitrary lines of a 3D model. A two-model slicing regime was used to analyze a strut subjected to a vertical load. This work was compared to results obtained by Frocht and Guernsey on an identical model machined from Fosterite and subjected to a higher load. Good agreement was found between the results for points away from the region of loading. Significant differences were found near to the load point, however. A finite element analysis of the same problem suggested that this was due to the effects of plasticity.     

Sorption of inorganic nanoparticles in woven cellulose fabrics

Titanium dioxide was deposited from aqueous suspension onto cellulosic surfaces.Titania was sourced from Degussa (P25TM,70:30 anatase:rutile).Dry uptake of particles was shown to be rapid and dominant with one-third of the deposition occurring in less than 30 s and over one-half in the first minute.Isotherms were recorded to compare the rate of titanium deposition on dry and pre-wetted cotton.In the dry case uptake reached a maximum in 30 min whereas in the pre-wetted case the uptake was seen to continue beyond 180 min.A broad trend of higher deposition occurring at lower pH was seen,corresponding to the region where surface charges were opposite and thus attractive.Dry pickup was less significant at high pH.The response to varying ionic strength was complex and was attributed to the combined effect of charge screening,particle aggregation and consequent particle entrapment or occlusion.Titania deposition into the interstices of woven cotton sheets resulted in the formation of inorganic,nanoparticulate skeletons which could be isolated by controlled combustion of the cellulose and thus cotton was suggested to have potential for the templated synthesis of high surface area semiconductor materials.