正交各向异性层状弹性半平面动力奇异解及其应用

本文采用Ｌａｐｌａｃｅ－Ｆｏｕｒｉｅｒ联合变换及传递矩阵方法导出了正交各向异性层状弹性半平面动力问题的时域奇异解的解析表达式，讨论了奇异解的数值实施，并把奇异解应用于边界元，计算了地下直墙拱结构的动力响应问题。     

用边界元法计算裂纹的瞬态和稳态问题

首先引入Ｎａｒｄｉｎｉ－Ｂｒｅｂｂｉａ解瞬态动力问题的边界元法，并推广应用于解稳态动力问题。然后采用两次映射奇异元计算了平面瞬态和稳态的动裂纹问题，计算结果与其他解比较效果很好。最后对一些问题进行了讨论     

三维静力和动力边界单元法及其应用

本文推导了用矩形和三角形常单元离散静力和动力边界积分方程的计算公式。讨论了利用基本解的级数展开式处理奇异积分的可靠性。编制了三维静力问题程序BEMS和三维动力问题程序BEMD,两个程序都在微型机IBM-PC上运算。给出了一些典型问题的计算结果,并和解析解及有限元法解进行了比较。结果表明,本文方法能有效地处理无限或半无限域的三维静力和动力问题。     

层状弹性半空间轴对称动力问题的奇异解

本文利用Laplace-Hankel联合变换及传播矩阵技术导出了任意层数的层状弹性半空间轴对称动力问题时域奇异解的一般解析表达式,并给出了奇异解数值化实施的计算方法。文末的实例计算表明了本文给出解答的正确性以及数值化实施的可靠性,从而为进一步用边界元法直接解决由于层状介质而引起的非匀质动力问题开拓了一条潜在的途径。     

置于液体表面上的梁的塑性动力响应分析

本文讨论了置于液体表面上的梁在一般的非对称变形模式下的塑性动力响应问题。文中采用了复域内格林函数解法,将势函数的Herbert问题转化为对Cauchy型奇异积分方程的求解。并用此方法讨论了简支梁和悬臂梁的塑性动力响应问题。结果表明,这类问题的已有的解均为本文给出的一般变形模式下解的特例。     

奇异Hamilton系统矩阵的精细积分法

常规位移有限元的结构振动方程是n个二阶常微分方程组.采用一般交分原理推导,将结构振动问题引入Hamiltoil体系,将得到2n个一阶常微分方程组.精细积分法宜于处理一阶方程,应用于线性定常结构动力问题求解,可以得到在数值上逼近精确解的结果.对于非齐次动力方程,当结构具有刚体位移时,系统矩阵将出现奇异.本文借鉴全元选大元高斯-约当法求解线性方程组的经验,提出全元选大元法求奇异矩阵零本征解的方法,该方法可以简便快速地寻求奇异矩阵零本征值对应的子空间.利用Hamiltoil体系已有研究成果及Hamilton系统的共轭辛正交归一关系,迅速将零本征值对应的子空间分离出来,通过投影排除奇异部分,然后用精细积分法求得问题的解.数值算例表明,该方法对Hamilton系统奇异问题,处理方便,计算量小,易于实现,同时保持了精细算法的优点.     

粘弹性结合材料界面端奇异场

在电子封装等结构中存在大量的粘弹性界面问题,其破坏一般均始于界面端,但目前尚无关于粘弹性界面端奇异场的解.粘弹性问题在拉普拉斯域内与弹性问题有对应关系,理论上可以利用对应性原理由弹性解经拉氏逆变换得到粘弹性问题的解.但是,对于粘弹性界面端,由于奇异场的奇异指数也是与时间有关的,因此进行严密的拉氏逆变换是非常困难的.本文借鉴弹性界面端奇异场,近似地给出了线性粘弹性体界面端奇异场的具体形式,并通过数值计算验证了近似理论解的有效性.     

横观各向同性材料的三维断裂力学问题

从三维横观各向同性材料弹性力学理论出发, 使用Hadamard有限部积分概念, 导出了三维状态下单位位移间断(位错)集度的基 本解. 在此基础上, 进一步运用极限理论, 将任意载荷作用下, 三维无限大横观各向 同性材料弹性体中, 含有一个位于弹性对称面内的任意形状的片状裂纹问题, 归结为求 解一组超奇异积分方程的问题. 通过二维超奇异积分的主部分析方法, 精确地求得了裂纹前沿光滑点附近的应力奇异指数和奇异应力场, 从而找到了以裂纹表面位移间断表示的应力强度因子表达式及裂纹局部扩展所提供 的能量释放率. 作为以上理论的实际应用，最后给出了一个圆形片状裂纹问题 的精确解例和一个正方形片状裂纹问题的数值解例. 对受轴对称法向均布载荷作用下圆形片状裂纹问题, 讨论了超奇异积分方程的精确求解方法, 并获得了位移间断和应力强度因子的封闭解, 此结果与现有理论解完全一致.     

二维边界元奇异积分和多域缩聚法分析

基于基本解的一种新的表达式，对二维边界元分析中奇异积分的精确求解进行了讨论，从几何方面对基本解的奇异性进行了分析，给出了超参非连续元离散位势和弹性力学问题边界积分方程时奇异积分计算的精确式，从而为判断各种近似方法的优劣和间接方法的精度提供了依据，也为精确地分析了大规模问题提供了一条有效的途径。     

双周期刚性线纵向剪切问题的应力奇异因子

研究了双周期刚性线的纵向剪切问题，利用椭圆函数的保角变换、Riemann-Schwarz对称原理和奇点分析等技术，得以了全场应力及应力奇异因子的精确解，分析了刚性线夹杂横向和纵向间距对应力奇异因子的影响。     

Dynamic vorticity condition: Theoretical analysis and numerical implementation

The dynamic boundary conditions for vorticity, derived from the incompressible Navier-Stokes equations, are examined from both theoretical and computational points of view. It is found that these conditions can be either local (Neumann type) or global (Dirichlet type), both containing coupling with the boundary pressure, which is the main difficulty in applying vorticity-based methods. An integral formulation is presented to analyse the structure of vorticity and pressure solutions, especially the strength of the coupling. We find that for high-Reynolds-number flows the coupling is weak and, if necessary, can be effectively bypassed by simple iteration. In fact, even a fully decoupled approximation is well applicable for most Reynolds numbers of practical interest. The fractional step method turns out to be especially appropriate for implementing the decoupled approximation. Both integral and finite difference methods are tested for some simple cases with known exact solutions. In the integral approach smoothed heat kernels are used to increase the accuracy of numerical quadrature. For the more complicated problem of impulsively started flow over a circular cylinder at Re = 9500 the finite difference method is used. The results are compared against numerical solutions and fine experiments with good agreement. These numerical experiments confirm our thoeretical analysis and show the advantages of the dynamic condition in computing high-Reynolds-number flows.     

The integral bifurcation method combined with factoring technique for investigating exact solutions and their dynamical properties of a generalized Gardner equation

It is well known that it is difficult to obtain exact solutions of some partial differential equations with highly nonlinear terms or high order terms because these kinds of equations are not integrable in usual conditions. In this paper, by using the integral bifurcation method and factoring technique, we studied a generalized Gardner equation which contains both highly nonlinear terms and high order terms, some exact traveling wave solutions such as non-smooth peakon solutions, smooth periodic solutions and hyperbolic function solutions to the considered equation are obtained. Moreover, we demonstrate the profiles of these exact traveling wave solutions and discuss their dynamic properties through numerical simulations.     

Incremental harmonic balance method for periodic forced oscillation of a dielectric elastomer balloon

Dielectric elastomer(DE) is suitable in soft transducers for broad applications,among which many are subjected to dynamic loadings, either mechanical or electrical or both. The tuning behaviors of these DE devices call for an efficient and reliable method to analyze the dynamic response of DE. This remains to be a challenge since the resultant vibration equation of DE, for example, the vibration of a DE balloon considered here is highly nonlinear with higher-order power terms and time-dependent coefficients. Previous efforts toward this goal use largely the numerical integration method with the simple harmonic balance method as a supplement. The numerical integration and the simple harmonic balance method are inefficient for large parametric analysis or with difficulty in improving the solution accuracy. To overcome the weakness of these two methods,we describe formulations of the incremental harmonic balance(IHB) method for periodic forced solutions of such a unique system. Combined with an arc-length continuation technique, the proposed strategy can capture the whole solution branches, both stable and unstable, automatically with any desired accuracy.     

基于辛Runge-Kutta方法的棋盘形褶皱二维薄膜-基底结构动力学特性研究

基于力学屈曲原理的褶皱薄膜-基底结构已成功应用于制备可延展无机电子器件。然而,该类电子器件在应用时需要服役于复杂动态环境中,针对棋盘形褶皱薄膜结构的动力学问题鲜有研究,此问题又是该类电子器件走向实际应用需要解决的关键问题之一。本文首先采用能量方法,分别计算了二维薄膜的弯曲能、膜弹性能和柔性基底中的弹性能以及薄膜动能;然后采用拉格朗日方程,推导出了该结构的振动控制方程;而该方程为非线性动力学方程,无法给出其解析解;因此,本文采用辛Runge-Kutta方法对其进行数值求解;数值结果表明,辛数值方法具有长期稳定的特性和系统结构特性,为高精度的可延展电子器件的动力学问题研究提供了优异的数值方法。     

非均质流固耦合介质轴对称动力问题时域解

将地基视为流固两相介质并考虑其非均质成层特性，推导了多层地基动力问题时域解．文中首先建立了一组解耦的两相介质动力控制方程；而后利用Ｌａｐｌａｃｅ－Ｈａｎｋｅｌ变换推导了单层地基象空间初参数解答；再利用初参数法及传递矩阵技术导出了任意多层地基瞬态解的一般解析算式．本文获得的解答可方便地退化为现有理想弹性介质的解答     

Initial value problem for the dynamic system of anisotropic elasticity

The main object of this paper is the Cauchy problem for the dynamic system of anisotropic elasticity. Existence and uniqueness theorems of weak and smooth solutions of this problem are established by the reduction of the original elasticity system into a symmetric hyperbolic system of the first order. The numerical method of the Cauchy problem solving for anisotropic elastic system with polynomial data is obtained and its correctness is established. The simulations of the numerical solutions are presented.     

加性非平稳激励下结构速度响应的FPK方程降维

结构在随机激励下的非线性响应分析是具有高度挑战性的困难问题. 对于白噪声或过滤白噪声激励,求解FPK方程将获得结构响应 的精确解. 遗憾的是,对于非线性多自由度系统,FPK方程难以直接求解. 事实上,其数值解法严重受限于方程维度,而解析求解 则仅适用于少数特定的系统,且多是稳态解. 因此,将FPK方程进行降维,是求解高维随机动力响应分析问题的重要途径. 本文针 对幅值调制的加性白噪声激励下多自由度非线性结构的非平稳随机响应分析问题,将联合概率密度函数满足的高维FPK方程进行降 维. 针对结构速度响应概率密度函数求解,通过引入等价漂移系数,原FPK方程可转化为一维FPK型方程. 建议了构造等价漂移系数 的条件均值函数方法. 进而,采用路径积分方法求解降维FPK型方程,得到速度概率密度函数的数值解答. 结合单自由度Rayleigh 振子、十层线性剪切型框架和非线性剪切型框架结构在幅值调制的加性白噪声激励下的非平稳速度响应求解,讨论了本文方法的精 度和效率,验证了其有效性.      

大间隙环流中偏心转子动特性系数的数值分析方法

基于作者用整体流动理论和Moody壁面摩擦系数方程建立的大间隙环流中转子动特性系数数值计算模型,应用摄动方法推导了大间隙环流流场非线性控制方程组的一阶摄动方程,提出了求解大间隙环流中偏心转子动力学特性系数的数值分析方法。用该方法得到的数值结果与已有的解析解和实验结果具有较好的一致性。     

一维六方准晶中星形静态裂纹和运动裂纹的解析解

利用复变函数方法研究了一维六方准晶中星形静态裂纹和运动裂纹的反平面剪切问题,得到了星形裂纹尖端处应力强度因子和动应力强度因子的解析解.当裂纹条数给定时,由此可得到直线裂纹,Griffith裂纹,共点均匀分布三裂纹,对称十字形裂纹,米字型裂纹(对称八裂纹)静力学和动力学问题的解析解.当k=4时,用数值算例讨论了声子场-相位子场耦合系数和裂纹运动速度对动应力强度因子的影响.当速度趋于0时,运动裂纹的解可以退化为静态裂纹的解.