发展新材料的一些物理力学问题：材料的力学性质和材料设计

本文论述了发展新材料必须进行材料设计，在设计当中要进行各个学科层次的分工与合作。结构材料设计的主要问题是材料的力学性质，这包括高强度、优良的加工性能和高的阻尼本领，其关键环节是加强物理力学和力学物理的研究。     

物理力学的发展与展望

<正> 1 物理力学的提出与建立 物理力学是著名力学家钱学森于50年代初提出和建立起来的一门新兴学科。他编写了这方面的专著《物理力学讲义》,开创了这门学科的发展道路。物理力学的一些内容虽早已分散在其他学科中作了研究,但集中起来进行系统深入的研究,当成一门新兴学科加以发展,还是钱学森首先提出来的。这对力学的发展和现代化起了很大的推动作用。     

固体力学的最小二乘解法

<正> 弹性力学中有以下3种支配方程:(1)以应力分量表示的平衡微分方程;(2)以形变分量表示的相容方程;(3)表达应力-形变关系的物理方程.在数值解法中,位移法设定连续的位移函数,使它满足位移边界条件,位移的连续性确保了相容方程的满足.由物理方程求出应力分量后,按势能极小原理     

我与《力学与实践》

《力学与实践》是1979年2月创刊的．1978年我收到了中国力学学会筹备杂志创刊的约稿信，就以当时所进行的胶片涂布科研工作为背景，用我1977年底在厦门召开的一次全国会议上的报告稿为基础，写了一篇综述文章“具有物理．化学反应的薄膜流体力学”寄给《力学与实践》．1978年10月正在上海无线电13厂接收、检验DJS-21电子计     

力矩析微

力矩是力学教学中最重要的基础概念之一,但教材中一般会同时给出力对点之矩和力对轴之矩两种定义,这在概念上容易引起学习者的困惑,尤其是空间问题中的力对点之矩,从物理意义的角度讲更是不易理解.本文在利用杠杆原理阐述力矩定义起源的基础上明确指出:力矩本质上即力对轴之矩,是力使刚体绕特定轴转动效应的一种度量,是滑动矢量;而力对点之矩是力对轴之矩的一种抽象的等价表述,是定位矢量,是力矩概念在复杂应用中的进一步发展.这种解释理清了力对点之矩与力对轴之矩两种定义之间的关系,物理意义明确直观,更有利于教学和实践中对力矩概念的清晰理解和准确应用.     

关于材料不可压缩性的一个注记

本文从连续介质力学基本原理出发,探讨了材料不可压缩的问题,提出了大变形条件下不可压缩性的表示方法,指出了量级上的误差范围。这些表示方法为有限元法的应用提供了一个基础。     

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介绍两部理论力学翻译教材,译自俄文的马尔契夫<理论力学>和译自英文的比尔和约翰斯顿等<工程矢量力学>.概述两书的内容,分析两书的特点.并简要回顾了翻译俄文教材和美国教材的历史.     

欧拉和力学的变分原理

<正> 欧拉(Leonhard Euler 1707—1783)在经典力学发展中的历史功绩,在于将数学分析方法应用于力学问题。因此,欧拉理应被认为是分析力学的奠基人之一。分析力学这门科学是以少数假定为基础,山这些假定出发,导出物体的平衡和运动的全部规律。目前,力学的变分原理是分析力学的基础,也就是数学上用变分关系的形式表示的基本的、原始的规则,     

谈工科理论力学教学中数学工具的应用

分析了当前理论力学教学由于缺乏对数学工具的充分应用而带来问题，提出在理论力学教学 中应充分利用矢量、矩阵等数学工具，重视对学生计算机数值求解方法的训练. 在具体的求 解过程中选用MATLAB或Maple软件作为数值计算的工具.     

弹性力学应力状态理论求解器开发及应用研究

论文基于吴家龙教授编著的《弹性力学》教材内容和课程"三难"特点,以应力状态理论部分常见题型求解任意微分斜面应力矢量、正应力、切应力、主应力和应力主方向及最大切应力为例,应用Matlab-GUI模块编制应力状态理论求解器,通过界面物理参数输入和结果显示过程,再现弹性力学求解思维,验证学生数理求解结论;把繁琐抽象的力学公式和微分斜面结果进行图形可视化,使学生的抽象思维和力学思维得到兼容;通过弹性力学应力状态理论求解器开发及应用,可为学生力学学习及力学同行教学提供借鉴。     

饱和黏弹性多孔介质中的平面波及能量耗散

研究了流体饱和不可压黏弹性多孔介质中的非均匀平面波及其能量流和能量耗散规律. 在流 相和固相物质微观不可压、固相骨架宏观服从积分型本构关系和小变形的假定下，利用 Helmholtz分解，得到了饱和黏弹性多孔介质中非均匀平面波的一般解以及纵波、横波相速 度和衰减率等的解析表达式，分析了平面波传播矢量和衰减矢量之间的关系. 数值结果表明 孔隙流体与固相骨架间的相互作用以及固相骨架的黏性对波的相速度、衰减率等有着显著的 影响. 同时，得到了饱和黏弹性多孔介质的能量方程，给出了能量流矢量和能量耗散率. 对 非均匀平面纵波和横波，推导了平均能量流矢量和平均能量耗散率的解析表达式.     

NONLINEAR MICRO－MECHANICAL MODEL FOR PLAIN WOVEN FABRIC

The warp yarns and weft yarns of plain woven fabric which, being the principal axes of material of fabric, are orthogonal in the original configuration, but are obliquely crossed in the deformed configuration in general. The orthotropic constitutive model is unsuitable for fabric. In the oblique principal axes system the relations between loaded stress vectors and stress tensor are investigated, the stress fields of micro-weaving structures of fabric due to pure shear are carefully studied and, finally, a nonlinear micro-mechanical model for plain woven fabric is proposed. This model can accurately describe the nonlinear mechanical behavior of fabric observed in experiments. Under the assumption of small deformation and linearity of mechanical properties of fabric the model will degenerate into the existing linear model.     

三组结构面状态下不同产状结构面的力学效应研究

本文分析了三组结构面产状模型力学实验结果, 揭示了这种组合条件岩体中产生压剪区、张剪区及结构面、结构体的多种变形成分, 也揭示了压剪区和张剪区形成机理、及三组结构面组合下结构面产状的力学效应。     

Kirchhoff动力学比拟对弹性薄壳的推广

将弹性细杆的"Kirchhoff动力学比拟"方法推广到弹性薄壳,使弹性薄壳的变形在物理概念上和刚体的运动对应, 在数学表述上等同,从而可以用刚体动力学的理论和方法研究弹性薄壳的变形,为连续的弹性薄壳提供新的离散化方法. 在直法线假设下,在弹性中面上构筑空间正交轴系, 此轴系沿坐标线"运动"的角速度构成两自变量的弯扭度. 沿两个坐标线的弯扭度表达了弹性薄壳的变形和位形,证明了弯扭度之间以及弯扭度与中面切矢间的相容关系. 用Euler角和Lam$\acute{e}$系数表达了非完整约束和中面位形的微分方程,用弯扭度和Lam$\acute{e}$系数表达了应变和应力以及内力及其本构方程.导出了用分布内力集度表达的弹性薄壳在变形后位形上的平衡偏微分方程组,方程的形式与刚体动力学的Euler方程和弹性细杆的Kirchhoff方程具有相似性,实现了Kirchhoff动力学比拟对弹性薄壳的推广.总结了弹性薄壳静力学和刚体动力学以及弹性细杆静力学在概念上的比拟关系.最后给出了一个算例. 为研究弹性薄壳的变形和运动提供新的建模方法和研究思路.也可进一步推广到弹性薄壳动力学.      

Finite element modeling of micropolar-based phononic crystals

The performance of a Cosserat/micropolar solid as a numerical vehicle to represent dispersive media is explored. The study is conducted using the finite element method with emphasis on Hermiticity, positive definiteness, principle of virtual work and Bloch–Floquet boundary conditions. The periodic boundary conditions are given for both translational and rotational degrees of freedom and for the associated force- and couple-traction vectors. Results in terms of band structures for different material cells and mechanical parameters are provided.     

GENERALIZATION OF KIRCHHOFF KINETIC ANALOGY TO THIN ELASTIC SHELLS 1)

将弹性细杆的"Kirchhoff动力学比拟"方法推广到弹性薄壳,使弹性薄壳的变形在物理概念上和刚体的运动对应, 在数学表述上等同,从而可以用刚体动力学的理论和方法研究弹性薄壳的变形,为连续的弹性薄壳提供新的离散化方法. 在直法线假设下,在弹性中面上构筑空间正交轴系, 此轴系沿坐标线"运动"的角速度构成两自变量的弯扭度. 沿两个坐标线的弯扭度表达了弹性薄壳的变形和位形,证明了弯扭度之间以及弯扭度与中面切矢间的相容关系. 用Euler角和Lam$\acute{e}$系数表达了非完整约束和中面位形的微分方程,用弯扭度和Lam$\acute{e}$系数表达了应变和应力以及内力及其本构方程.导出了用分布内力集度表达的弹性薄壳在变形后位形上的平衡偏微分方程组,方程的形式与刚体动力学的Euler方程和弹性细杆的Kirchhoff方程具有相似性,实现了Kirchhoff动力学比拟对弹性薄壳的推广.总结了弹性薄壳静力学和刚体动力学以及弹性细杆静力学在概念上的比拟关系.最后给出了一个算例. 为研究弹性薄壳的变形和运动提供新的建模方法和研究思路.也可进一步推广到弹性薄壳动力学.     

含能材料装药的损伤及力学性能研究进展

研究含能材料的损伤和力学性能对于指导含能材料配方和结构件设计,以及对含能材料进行安全性评估和寿命预测等都具有重要的意义.损伤一方面使含能材料的力学性能劣化,另一方面还影响含能材料的感度、燃烧甚至爆炸性能.本文对含能材料损伤和力学性能的研究现状进行了综述和归纳.对含能材料损伤的产生、实验模拟、主要损伤模式,损伤对含能材料的感度和燃烧性能等的影响,炸药单相材料的性质,影响含能材料力学性能的因素以及损伤本构关系等进行了介绍.对其中的一些关键问题和热点问题进行了分析,并对今后需要开展的工作发表了一些看法.      

线性随机结构在随机激励下动力响应分析

利用虚拟激励法对随机结构正交展开理论进行扩展,并在Ritz向量子空间中对扩阶系统方程进行动力聚缩,提出了一类可以快速高效地进行线性随机结构复合随机振动分析的计算方法．算例分析表明,该法可以方便地分析随机结构在平稳或非平稳随机激励下的复合随机振动问题,且分析结果与 Monte Carlo模拟分析结果符合良好;与均值参数确定性结构传统随机振动分析计算结果相比,随机结构在相同随机激励下响应自谱密度曲线具有峰值降低、谱宽增大的特点．     

原子力显微镜在二维材料力学性能测试中的应用综述

以石墨稀为代表, 二维材料有着诸多优异的性质, 在下一代电子器件等领域拥有广阔的应用前景. 目前绝大多数关于二维材料的研究都集中在其电子学和光学的性质和应用, 对于其力学性质的研究则相对欠缺, 而力学性质在二维材料的研究和应用中都有着至关重要的意义. 原子力显微镜是低维材料力学性质表征的主要手段, 例如基于原子力显微镜的纳米压痕技术. 本文首先简要介绍了二维材料的基本背景以及原子力显微镜的工作原理. 进一步展示了纳米压痕技术的工作原理和理论背景, 并回顾了利用纳米压痕技术研究二维材料面内力学性质的相关实验和理论工作, 同时探讨了原子力显微镜在表征二维材料力学性能中存在的测量误差及来源. 由于二维材料展现出强烈的各向异性, 纳米压痕技术在能够很好地测量二维材料面内力学性质的同时, 对于二维材料层间力学性质表征等方面存在明显的局限性. 第三部分介绍了一种全新的基于原子力显微镜的埃(?)压痕技术, 该技术能够将形变尺度控制在0.1 nm以内, 从而精确地表征和调控二维材料的层间范德华作用力, 即层间力学性质. 作者在第三部分介绍了通过埃压痕技术表征和调控的石墨烯、氧化石墨烯等二维材料的层间力学性质. 最后简要介绍了范德华异质结材料的基本性质, 探讨了埃压痕技术在该材料力学性质研究中的潜在应用.      

THE EQUATION OF MOTION FOR THE SYSTEM OF THE VARIABLE MASS IN THE NON－LINEAR NON－HOLONOMIC SPACE

ＴＨＥＥＱＵＡＴＩＯＮＯＦＭＯＴＩＯＮＦＯＲＴＨＥＳＹＳＴＥＭＯＦＴＨＥＶＡＲＩＡＢＬＥ　ＡＳＳＩＮＴＨＥＮＯＮ－ＬＩＮＥＡＲＮＯＮ－ＨＯＬＯＮＯＭＩＣＳＰＡＣＥＴＨＥＥＱＵＡＴＩＯＮＯＦＭＯＴＩＯＮＦＯＲＴＨＥＳＹＳＴＥＭＯＦＴＨＥＶＡＲＩＡＢＬＥ...