用松弛代数法解粘弹性体结构的应力

求解非均质的粘弹性体结构由支承变位与物体变形变化产生的应力问题,传统方法的基本困难在于解积分方程组,以致在实际计算中限制了它的应用。本文根据粘弹性体力学的基本定理以及松弛系数和变形模量的概念,提出一种方法,将粘弹性体中应力的求解转化为相当的弹性问题,从而使计算得到简化,而所得结果有较高的精度。     

双层球壳结构准静态线性化学弹性问题的位移势函数解

本文研究了各向同性固体的化学-力学耦合问题,在传统化学弹性理论描述的扩散-变形耦合关系基础上,进一步考虑了化学反应与固体变形的相互作用关系,发展了等温状态下固体-扩散-反应-变形耦合的线性化学弹性理论,拓展了化学弹性力学的应用范围．该理论能够同时描述固体内介质扩散和固体与介质之间化学反应两个不同时间尺度的化学过程,并给出由此引起的弹性范围内的应变和应力．为应用该模型求解具体化学弹性问题,本文通过构造扩散-反应位移势函数来获得位移特解形式,再与齐次Lamé方程通解叠加获得完整解;针对反应控制问题,引入化学弹性准静态假设,将反应-扩散-变形全耦合的瞬态过程分解为两个可解耦的相继过程,从而获得相应位移解．基于此解法,本文获得了反应控制的双层球壳结构化学弹性问题的解析解,并分析了化学反应、几何结构和弹性模量对应力分布的影响．     

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。     

饱和不可压正交各向异性多孔弹性板的动力弯曲分析

基于多孔介质理论,在Kirchhoff直法线假定以及小变形和线性本构关系前提下,建立了饱和不可压正交各向异性多孔弹性板的线性动力分析模型.针对流体的面内扩散问题,在忽略面内惯性项的影响下,进一步简化了分析模型,给出了相应的基本控制方程以及初始和边界条件的一般描述.根据所建立的模型,采用Fourier级数展开法研究了四边简支透水正交各向异性矩形多孔弹性板在冲击载荷作用下的拟静态和动力弯曲响应,数值分析了不同参数下孔隙流体压力等效弯矩、固相有效应力等效弯矩以及挠度的变化规律和动力特征.研究表明在外载荷作用初始阶段,孔隙流体对板弯曲变形的影响不可忽视.     

丙烯酸弹性体的率相关分数阶黏弹性模型研究

丙烯酸弹性体VHB 4910作为一种重要的介电弹性体,在软体机器人、致动器、俘能器和智能隔振器等领域有很好的应用前景.但材料的非线性黏弹性对其力学行为有显著影响.近来分数阶模型在复杂材料的建模中取得了成功.本文基于分数阶有限变形Kelvin-Voigt流变学模型建立弹性体的三维张量本构,并进一步推导单向拉伸情况下的本构...     

模型复合材料弹塑性界面应力分析

由纤维增强弹塑性基体所产生的界面具有弹塑性力学行为。考虑到一般材料的塑性变形都遵循幂硬化规律,对模型复合材料的界面进行弹性和应变硬化状态下的变形规律及其应力分析。以纤维拔出试验为研究模型,将界面分成弹性区和塑性区。利用界面应力剪滞理论,分别建立弹性区和塑性区的界面力学基本方程。选择适当的位移函数满足基本方程及埋入纤维的边界条件,再按位移函数求出弹性区和塑性区的界面剪应力。推导出平均界面剪应力与纤维     

考虑尺度效应的微梁静态弯曲数值分析

基于修正偶应力理论及表面弹性理论,本文提出了一种新的双曲线剪切变形梁模型,用于均匀微尺度梁的静态弯曲分析。该理论可以直接利用本构关系获得横向剪切应力,满足梁顶部和底部的无应力边界条件,避免了引入剪切修正因子。根据广义Young-Laplace方程建立了梁的内部与表面层的应力连续性条件,单一的变量场可以描述梁的位移模式。通过在位移场中考虑表面层厚度以及表面层的应力连续条件,可以使新模型能够更准确地预测微尺寸和表面能相关的尺度效应。通过Hamilton原理推导出了梁的控制方程和边界条件。应变能除了考虑经典弹性理论,还要考虑微结构效应和表面能。Navier-type的解析解适用于简支边界条件,而基于拉格朗日插值的微分求积法(DQEM)可以研究在不同边界条件下的力学响应。把该数值解与Navier方法得出的解析解作了对比,得出:微尺度梁在考虑表面能或微尺寸效应、不同载荷和梁高变化下的响应一致;当不考虑微结构相关性和表面能效应时,该模型退化为经典的欧拉梁模型。     

考虑行波荷载影响的地下防护结构的动力分析

本文根据地下防护结构在平面压缩波作用下的受力特点,在考虑行波荷载影响的基础上,提出考虑结构介质相互作用的动力分析方法。主要是采用粘弹性体模型来描述介质对结构的作用;用一维波理论近似处理结构变形速度对动荷载特性的影响。同时,将结构视为有限自由度体系(由N根杆件组成的绞结机动链),利用虚位移原理建立t时刻的运动微分方程。引进线性加速度假设,以逐步积分法进行求解。文中还给出算例,程序设计框图。最后,对有关问题进行了初步讨论。     

正常及病态下静脉壁的力学特性分析

本文应用多束纤维加强超弹性复合材料应变能函数及厚壁圆筒模型,通过有限变形弹性理论研究了正常及病态下静脉壁在静脉压及轴向预拉伸作用下的变形和应力分布等力学特性,着重分析了静脉移植后自适应变化静脉壁在动脉压下的力学特性.首先利用超弹性材料厚壁圆筒模型得到了静脉壁在静脉压下的变形方程,给出了静脉压下静脉壁的变形和应力分布曲线,讨论了静脉壁的力学特性.给出了静脉移植后,正常和自适应变化静脉壁在动脉压下的变形和应力分布曲线,讨论了静脉移植后静脉壁的力学特性及其自适应性变化.然后给出了各种病态静脉壁的变形和应力分布曲线,讨论了材料参数的变化对静脉壁力学特性的影响规律.     

有限变形下单晶变温本构模型

本文构造了单晶热弹粘塑性的本构模型,模拟材料在不同温度下的力学行为。该模型以晶体热运动学作为分析变形的基础,即考虑温度变化情况下总体变形梯度的乘式分解,建立温度影响下的以弹性变形梯度为基本变量的控制方程来描述单晶材料的变形,算法采用隐式积分方法来求解控制方程以保证计算的稳定性。模型能反映单晶材料变形过程中温度对应力-应变响应的影响。     

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     

基于拟应变法的壳单元大变形分析及在冲击动力问题中的应用

为了简便有效地解决板壳结构的大变形问题，本文针对八节点相对自由度壳单元进行研究。该单元的位移场由壳的中面节点位移和上表面节点的相对位移组成，不带有转动变量。所有的研究都是基于完全的三维位移、应力、应变场。采用拟应变法，对应变场另行假设，能够改善该单元在大变形情况下的计算精度。通过引入Wilson非协调模式，构造了大变形情况下的拟应变场表达式，给出了该单元用于解决非线性动力分析问题的有限元求解方程。通过算例表明，本文针对相对自由度壳单元提出的方法及推导的公式，能够解决冲击动力问题中的大变形问题。     

A screw dislocation by nonlinear continuum mechanics

ＡＳＣＲＥＷＤＩＳＬＯＣＡＴＩＯＮＢＹＮＯＮＬＩＮＥＡＲＣＯＮＴＩＮＵＵＭＭＥＣＨＡＮＩＣＳＰａｎＫｅ－ｌｉｎ（潘客麟）（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭｅｃｈａｎｉｅｓ．ＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ,Ｓｈａｎｇｈａｉ）ＣｈｅｎＺ...     

Finite element analysis of grain-by-grain deformation by crystal plasticity with couple stress

Rigid–plastic crystal plasticity with the rate-sensitive constitutive behavior of a slip system has been formulated within the framework of a two-dimensional finite element method to predict the grain-by-grain deformation of single- and polycrystalline FCC metals. For that purpose, individual grains are represented by several numbers of finite elements to describe the sub-grain deformation behavior, and couple stress has been introduced into the equilibrium equation to be able to describe the size effect as well as to prevent mesh-dependent predictions. A modified virtual work-rate principle with an approximate interface constraint has been suggested to use a C ⁰-continuous element in the finite element implementation, and the couple stress work-rate has been formulated on the basis of an assumed constitutive behavior. Simulated plane-strain compressions of a single crystal cube show that the shearing and the deformation load are closely related to the imbedded lattice orientation of the crystal grain, and that the sub-grain deformation and the load magnitude can be controlled by the couple stress hardening. It is also confirmed that almost the same predictions are obtained for different mesh systems by considering the couple stress hardening. Simulated plane-strain compressions of a bi-crystal show considerably curved grain-by-grain surface profiles after large reduction for several combinations of the imbedded lattice orientation. The high couple stress hardening predicted around grain boundaries is supposed to be related to the grain size effect. It is also supposed that consideration of couple stress is necessary to predict the sub-grain or the grain-by-grain deformation, and the couple stress hardening may be used to describe the state of microstructures in grain.     

Initial stresses in elastic solids: Constitutive laws and acoustoelasticity

On the basis of the nonlinear theory of elasticity, the general constitutive equation for an isotropic hyperelastic solid in the presence of initial stress is derived. This derivation involves invariants that couple the deformation with the initial stress and in general, for a compressible material, it requires 10 invariants, reducing to 9 for an incompressible material. Expressions for the Cauchy and nominal stress tensors in a finitely deformed configuration are given along with the elasticity tensor and its specialization to the initially stressed undeformed configuration. The equations governing infinitesimal motions superimposed on a finite deformation are then used to study the combined effects of initial stress and finite deformation on the propagation of homogeneous plane waves in a homogeneously deformed and initially stressed solid of infinite extent. This general framework allows for various different specializations, which make contact with earlier works. In particular, connections with results derived within Biot's classical theory are highlighted. The general results are also specialized to the case of a small initial stress and a small pre-deformation, i.e. to the evaluation of the acoustoelastic effect. Here the formulas derived for the wave speeds cover the case of a second-order elastic solid without initial stress and subject to a uniaxial tension [Hughes and Kelly, Phys. Rev. 92 (1953) 1145] and are consistent with results for an undeformed solid subject to a residual stress [Man and Lu, J. Elasticity 17 (1987) 159]. These formulas provide a basis for acoustic evaluation of the second- and third-order elasticity constants and of the residual stresses. The results are further illustrated in respect of a prototype model of nonlinear elasticity with initial stress, allowing for both finite deformation and nonlinear dependence on the initial stress.     

弹性力学Hamilton方法广义解的适定性

首先引入了Hamilton体系中平面应力弹性力学问题正则方程的Galerkin变分方程,证明了Galerkin变分方程和目前文献中所用的Ritz变分方程的等价性,以及相应广义解的适定性,从而为目前的数值方法提供了理论基础。从证明过程中可以看到广义解实际上是Ritz变分泛函的一个鞍点。     

An interfacial energy incorporated couple stress crystal plasticity and the finite element simulation of grain subdivision

A couple stress crystal plasticity formulation that incorporates interfacial couple stress energy was proposed in terms of the virtual work-rate principle for finite element method. By applying the assumed constitutive models of couple stress at the grain boundary as well as the grain interior, finite element simulations were conducted for various crystal models, with different grain subdivision models to examine how plastic deformation work is affected by grain subdivision from the interfacial couple stress energy effect.Finite element simulation results showed that the amount of predicted plastic deformation work depends on grain subdivision, and that the amount of work can be minimized for a particular grain subdivision. We inferred from the simulation results that actual grain subdivision might correspond to the minimum amount of plastic deformation work and, if this correlation is validated, actual grain subdivision might be predicted based on the interfacial energy incorporated couple stress crystal plasticity.     

Timoshenko-Euler楔形梁有限元

本文首先建立楔形梁包含轴力和剪切变形效应的平衡微分方程，由于该方法是二阶变系数微分方程，其争析解很难得到，本文通过将该方程中的变系数和方程的解用Chebyshev多项式逼近得到了Timoshenko-Euler楔形梁的单元刚度方程，最后通过算例检验了所得单元刚度方程的对称性，以及验证了计算悬臂梁挠度和悬臂柱弹性临界力的正确性及其收敛性，本文提出的方法可适用于任意变截面Timoshenko-Euler梁单元刚度方程的求解，运用此方法，除可以考虑轴力和剪切变形的影响外，还可以减少结构分析中的单元数和自由度，提高包含楔形构件的结构分析的精度和速度。     

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.