薄膜润滑中的应力偶效应

利用应力偶理论计算了薄膜润滑的膜厚特性.计算结果表明:应力偶的作用相当于增加润滑剂粘度,其可以增加油膜厚度,提高承载能力;同时应力偶作用依赖于油膜尺寸,润滑油膜越低,其影响越明显.     

起捞大型物体的水动力计算

提升坠入海底或放置于海底的物体是海洋工程中经常出现的问题。在假设沙质海底具有渗透性但不发生变形的条件下,C.C.Mei等提出了二维物体提升的理论模型以及提升规律的计算公式。本文在同样假设下提出了提升三维物体的计算公式。并且证明,本文所提公式包含了C.C.Mei等的结果。用本文提供的方法可以估计二维计算公式的适用范围。     

基于平面偶应力-Reissner/Mindlin板比拟的偶应力有限元

偶应力理论的有限元列式面临本质性的C1连续性困难. 平面偶应力理论和Reissner/Mindlin板弯曲理论之间的比拟关系表明这两个理论系统的有 限元的同一性，而R/M板有限元并不存在C1连续性困难. 因此，研究将R/M板单元转化为具有一般位移自由度的平面偶应力单元的一般方法. 根据这一方法，将典型的8节点Serendipity型R/M板单元Q8S转化为一个4节点12 自由度的四边形平面偶应力单元，数值结果表明该单元具有良好的精度和收敛性     

新修正偶应力层合板理论中的几个基本假设对自由振动计算的影响

基于新修正偶应力理论,在对微细观尺度的复合材料层合梁/板进行力学响应计算时,往往采用一系列假设来简化模型。现有文献都全部或部分应用了这些假设,但对这些假设是否会对计算结果造成影响尚未进行充分讨论分析。本文建立了未经简化的新修正偶应力Reddy层合板模型,并对其自由振动进行了分析。通过数值算例的对比,讨论了常用的几个简化假设对微细观复合材料四边简支方板自振频率的影响以及适用范围。算例结果表明,常用的几个简化假设对于微尺度层合薄板自由振动的影响很小,对于厚板的低阶频率影响也很小,但对厚板的高阶频率影响显著。     

流固偶合运动的边界元法

本文给出了流固偶合运动(包括物体散射辐射及偶合运动)的边界元法理论和应用.对于散射问题,求出了物体引起的散射势及入射波作用于物体的载荷.对于辐射问题,求出了辐射势及物体在流体中运动的附加质量和附加阻尼.偶合问题包括求其中包含的散射势和辐射势以及作用于物体之上的散射力、物体的附加质量、附加阻尼、物体在入射波作用下的运动.在偶合运动问题中,本文采取了边界积分方程与物体在流体中的运动方程联立求解的方法,并将其运用到边界元法的数值过程中.所编制的程序有较高的精度.最后给出了数值计算结果与理论解的比较.     

偶应力理论的无网格法

根据偶应力理论的基本方程,在能量泛函中引入罚函数来满足偶应力理论的几何约束条件,从而得到偶应力理论的无网格法的控制方程.通过算例,分析了偶应力对带中心圆孔的无限平板在单轴拉伸及纯剪状态下的应力集中的影响,验证了该无网格方法的有效性和可行性.     

基于偶应力模型的连续体结构拓扑优化设计

经典连续介质理论不包含材料尺度参数,因而基于经典理论的结构拓扑优化无法显现尺度效应.本文在偶应力理论的框架下,构造了四节点四边形离散偶应力单元,将传统的SIMP方法推广至偶应力介质.结果表明,在以结构的最大刚度为目标的设计中,偶应力介质的最优结果取决于宏观结构尺寸与材料微结构尺寸(或者特征长度)的比值,最优结果具有明显的尺度效应,具体为,二者比值较大将产生与传统理论相似的结构,而二者比值相当则产生独特的偶应力主导的结构.     

基于Hellinger-Reissner变分原理的应变梯度杂交元设计

从一般的偶应力理论出发,基于Hellinger-Reissner变分原理,通过对有限元 离散体系的位移试解引入非协调位移函数,得到了偶应力理论下有限元离散系统的能量相容 条件,并由此建立了应变梯度杂交元的应力函数优化条件. 根据该优化条件,构造了一 个C0类的平面4节点梯度杂交元,数值结果表明,该单元对可压缩和不可压缩状态的 梯度材料均可给出合理的数值结果,再现材料的尺度效应.     

简支饱和多孔弹性梁的非线性弯曲

基于饱和多孔介质理论和弹性梁的大挠度弯曲假设,在多孔弹性梁轴线不可伸长,孔隙流体仅沿轴向方向扩散的限制下,建立了微观不可压饱和多孔弹性梁大挠度拟静态响应的一维非线性数学模型.在此基础上,利用Galerkin截断法,分析了两端可渗透的简支多孔弹性梁在突加横向均布载荷作用下的非线性弯曲,给出了梁弯曲时挠度、弯矩以及孔隙流体压力等效力偶随时间的响应曲线.数值结果表明:当载荷较小时,大挠度非线性与小挠度线性理论的结果相差很小,而当载荷较大时,非线性大挠度理论的结果小于相应线性小挠度理论的结果,并且这种差异随着载荷的增大而增大.同时,在载荷突加于梁上时,多孔弹性梁骨架起初不变形,孔隙流体压力等效力偶由零突增为非零,其值与外载荷保持平衡.随着时间的增加,梁的挠度增加,等效力偶逐渐减小为零,最终多孔梁骨架承担全部的外载荷.     

微极介质混合物的等效本构方程

对微极介质混合物引入代表性体积的等效均匀体,用代表性体积边界上的面力和面力偶定义等效应力和等效偶应力,提出了建立微极介质混合物的等效本构方程的一般原理和方法.讨论了以十字形框架为胞元的多胞材料面内变形问题的等效本构方程,给出合理的解析结果.     

夹层平板的应力状态及其渐近解

本文分析了正交各向异性夹层平板的全应力状态.它由以下分部应力状态所组成:古典平板理论的应力状态;修正应力状态;Reissner边界效应.考虑了包括加强自由边的六类边界条件.在一般横向载荷作用下,求得各种边界条件下正交各向异性夹层平板的基于三变量理论的渐近解;并指出对不同的边界条件,各分部应力状态之间的比重是不同的.用渐近解的结果对三变量理论与二变量理论作了比较.     

蠕变理論的平面接触問題

本文推导了蠕变理論的平面接触問題的解,其中考虑了时效和材料瞬时变形时模量的改变。 在线性的提法中,这个問題普罗考波維奇曾进行过研究。 在解决非綫性蠕变条件下的接触問題时,必須从某些有相当物理根据的应力应变关系的假设出发。从这个观点上来看,用任何一种时效类型的蠕变理論都是不适宜的,因为它在解这些問題时会导致不正确的结果,这里我们用塑性滞后理论作为原始的物理假设。这一假设是由拉包特诺夫对于陈化材料给出的,并由作者加以发展。 近年来,曾进行过一系列实验专门验证塑性滞后理论的基本方程,验证结果说明了对于像铝合金、铜、低碳钢之类的材料理论和实验符合得相当不错。 在§1中推导了物体在平面应变状态下材料蠕变的塑性滞后理论,答出了有关应力应变分量的基本方程。 在§2中应用这些方程,假设应力应变成(?)次规律的条件下预先地解出半平面的平衡问题,这半平面处在非綫性蠕变条件下,并受到沿垂直方向加在自由表面上的集中力的作用,解直接用位移表示。 在§3中进一步使用这些解,证明了非线性蠕变理论的平面接触問題的解可以化为二个联立的积分方程解。 对于在对称或在反对称承载情况下的受压物体,在同一节的2—4°中也进行了研究,并导出了这些方程的解。     

基于偶应力理论的格栅材料等效介质模型

考察了结构最小尺寸与材料特征长度量级相当的格栅材料等效性能,建议了基于偶应力理论的格栅材料等效介质模型以及确定等效模量的代表体元模型,给出了相应的位移边界条件. 在此基础上导出了正交各向异性偶应力介质的特征长度表达式和偶应力介质梁的抗弯刚度表达式,定义了偶应力影响因子\delta以表征梁的偶应力效应. 具体计算了几种典型的格栅材料的等效偶应力模量以及格栅梁在一定工况下的挠曲线,并与相应的有限元离散解进行对比,结果表明,等效结果具有较高精度,且当宏观结构的尺寸和微结构尺寸相差不大时,宏观结构表现出强烈的偶应力效应.偶应力介质的特征长度表征了偶应力效应的强弱,进而分析了格栅材料的相对密度,单胞尺寸以及几何构型对等效介质特征长度的影响.      

偶应力理论下拉力型锚固体的受力特性

锚固体的受力特征及其影响因素是锚固体设计的重要依据,直接影响锚固效果。传统的经典弹性理论没有考虑应变梯度的影响。偶应力理论引进弯曲曲率,考虑了弯曲效应对介质变形特性的影响。基于偶应力理论,建立了平面应变问题的有限元计算模型,研究锚固体锚固段界面上的剪应力分布、锚固体轴力分布、偶应力的尺度效应以及弹性模量和围压对锚固力的影响,并将偶应力理论的计算结果和经典弹性理论的计算结果进行了比较。结果表明,在偶应力理论下,锚固体锚固段界面的剪应力有所减小,特别是峰值处的剪应力减小明显;岩土的弹性模量越大,锚固界面局部剪应力越大;锚固力随着围压的增大而增大,偶应力尺度效应明显。     

线性非局部弹性理论的修正

本文通过考虑局部化残余力的影响对线性非局部弹性理论进行了修正，由修正后的理论所导出的应力边界条件包含了物体微观结构的长程力的作用，这个结果不仅解释了在裂纹混合边界值问题中线性非局部弹性理论方程的解在常应力边界条件下不存在的问题，而且可以自然地得到裂纹尖端的Ｂａｒｅｎｂｌａｔｔ分子内聚力模型。     

基于动态光弹性方法的冲击载荷作用下自由边界主应力研究

当物体在冲击载荷作用下,物体内部会产生应力波,研究应力波的传播过程及规律对研究物体受冲击载荷作用具有重大的意义.应力波在物体内传播时,在自由边界处产生的主应力状态对于理论求解和计算有着重要意义.采用动态光弹性方法,结合新型动光弹系统及相关实验设备采集物体在冲击载荷作用下的等倾线和等差线条纹图,通过分析等倾线的条纹,得出等倾线与自由边界相交所成角度不为0°或909,得出在物体自由边界处两个主应力均存在且不为零的结论.针对上述结果,采用电测方法进行验证,两试验结果相符合,方案可行且准确.     

含弱界面的微纳尺度双层梁的热弹性分析

众多微尺度实验已经证实了一些材料在微纳尺度下的力学行为具有尺寸效应.这种现象采用经典的弹性理论无法得到合理的解释,因而需要新的理论,修正偶应力理论就是其中一种.采用修正偶应力理论研究微纳尺度下两端自由铁木辛柯双层梁受热载荷后的弯曲响应,考虑两层之间存在弱界面.获得了梁的挠度、曲率以及界面剪力等表达式,并与经典弹性力学的结果进行了比较.通过分析计算可知,采用修正偶应力理论可预测微纳尺度下双层梁的尺寸效应,而当梁的特征尺寸远大于其材料的内禀尺度时,则与经典理论的结果一致.     

基于改进三阶剪切梁理论和偶应力理论的梁运动方程

基于改进三阶剪切梁理论和采用偶应力理论考虑梁微元体刚体转动的动能,用哈密顿原理推导了矩形截面梁横向振动的变分一致运动方程.所得运动方程是以梁挠度和横截面的平均转角为基本变量的六阶偏微分方程,并且含有一个材料/结构内禀尺度.通过考虑极限条件下(波长趋于零时)的相速度极值,利用参数匹配法求得梁在横向振动时的内禀尺度.求解了无限长梁的振动波长趋于梁高度时的相速度,所得结果与弹性力学解吻合.计算结果表明,当梁的振动波长趋于梁高度时,偶应力对梁的横向振动频率有较大的影响.同时采用改进三阶剪切梁理论和拟协调元法推导了考虑偶应力效应的两节点梁单元,和求解了不同边界条件下梁的高阶频率.与文献结果对比表明,论文所给梁单元不仅精算效率高,且计算准确.     

一种抑制杂交元零能模式的假设应力场方法

基于杂交元位移场直接导出可以表示单元任意变形的简单变形模式,同时指出与所有假设应力模式正交的非零变形为零能机动模式,从而可以用简单变形模式方便地识别和抑制单元零能模式。在此基础上利用初始应力模式与简单变形模式的正交性提出一种假设杂交元应力场的有效方法,结合等函数法应力模式组成初始应力模式,不仅可以根据实际问题需要灵活地假设不同分布规律的应力场,而且所形成杂交元完全避免零能机动模式。在数值算例中采用本文方法分别形成了2D-4节点杂交元和3D-8节点杂交元的多种假设应力场,表明本文所提出方法是有效可行的。     

高应变率Hopkinson杆实验技术述评

材料在动载特别是在高应变率载荷作用下的性质,和静载下是很不相同的,这一点已为人们所公认。von Karman等在40年代所建立的塑性波理论曾在材料动态性质研究上起过重大作用。但它以所谓“应变率无关”假设为前提,不尽合理。事实上,材料的应力、应变关系不仅随应变率而异,不能统一为一个单一的应力、应变关系,而且还与应变率历史有关。这一方面,J.Duffy,U.S.Lindholm以及J.D.Campbell等已做了不少实验和理论分析工作,特别是在铜和铝上取得详尽的数据,并在热激活理论基础上探讨了建立本构方程的问题。