Oldroyd-B黏弹性液滴弹跳行为的改进SPH模拟

基于光滑粒子流体动力学SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)方法对Oldroyd-B黏弹性液滴撞击固壁面产生的弹跳行为进行了模拟与分析。首先,为了解决SPH模拟黏弹性自由表面流出现的张力不稳定性问题,联合粒子迁移技术提出了一种改进SPH方法。然后,对Oldroyd-B黏弹性液滴撞击固壁面产生的铺展行为进行了改进SPH模拟,与文献结果的比较验证了方法的有效性。最后,通过降低Reynolds数捕捉到了液滴的弹跳行为;并在此基础上,分析了液滴黏度比、Weissenberg数和Reynolds数对液滴弹跳行为的影响。结果表明,改进SPH方法可有效地模拟黏弹性自由表面流问题;液滴黏度比、Weissenberg数和Reynolds数对液滴最大回弹高度均有显著的影响。     

黏弹性地基上功能梯度材料板的振动分析

为研究黏弹性地基上功能梯度材料板的自由和强迫振动特性,基于Reddy高阶剪切变形理论以及由Shen导得的广义Karman型方程,用双重Fourier级数法推导了三参数黏弹性地基上四边简支功能梯度材料板自由振动和动力响应的解析解,计算了各模态自振频率和半波冲击载荷作用下的动力响应,讨论了材料组分指数、黏弹性地基参数、边厚比等因素对自由振动和动力响应的影响.结果表明,黏弹性地基的剪切和压缩刚度显著提升了功能梯度材料板的振动频率,减小了动力响应;另外,地基的黏性对振动频率和动力响应也有一定的影响.     

黏弹性环形板的临界载荷及动力稳定性

利用线性黏弹性力学的Boltzmann叠加原理,在考察位移单值性条件的基础上,给出黏弹性环形板非线性动力学分析的初边值问题。通过Galerkin方法和引进新的状态变量,将其化归为四维非线性非自治常微分方程组,从而得到黏弹性环形板的四种临界载荷,同时考察了几何缺陷对黏弹性薄板临界载荷的影响。根据Floquet理论,得出黏弹性形板在周期激励下的线性动力稳定性判据。综合使用非线性动力学中的数值分析方法,研究了参数对黏弹性环形板非线性动力稳定性的影响。     

激光辐照下有界圆厚板的热弹性弯曲响应分析

考虑板弯曲运动的旋转惯性效应和剪切变形效应，建立了轴对称热能沉积作用下，边界固支或简支圆厚板的热弹性弯曲运动控制方程。利用数学变换和摄动法，导出了各种温度－力学边界条件下板的热弹性弯曲挠度及截面广义转角的解析公式。给出了在空间Ｇａｕｓｓ型分布激光束辐照下，板整体弯曲响应的代表性数值计算结果，直观显示了板弯曲挠度的时空变化规律。     

铁磁梁式板磁弹性初始后屈曲及缺陷敏感性分析

从铁磁板的磁弹性广义变分原理出发，通过对铁磁板内外的磁场和板变形 场的摄动技术以及采用经典Koiter理论，对横向磁场中铁磁悬臂、简支、固支梁式薄 板磁弹性稳定性的初始后屈曲行为及缺陷敏感性进行了定性研究. 解析地给出了悬臂板对初 始缺陷敏感，简支和固支板对初始缺陷不敏感等结果，对悬臂梁式板理论预测的临界磁场值 往往大于实验观测结果的现象从定性上给予了合理解释.     

厚圆板轴对称振动的弹性力学解

本文以轴对称三维弹性力学基本方程为基础,导出厚圆板强迫振动的状态方程式。利用Ｍａｃｌａｕｒｉｎ级数和Ｓｙｌｖｅｓｔｅｒ定理,厚圆板的位移和应力可以用中面位移和应力的微分算子表示。通过载荷分解和圆板表面条件,可以得到厚圆板在对称载荷与反对称载荷作用下的振动控制方程。求解了厚圆板在周边固支和简支条件下的对称与反对称的自由振动问题。通过数值计算得到了这两类自由振动的固有频率。本文的方法适用于求解厚圆板在     

黏弹性接触界面端附近的奇异应力场

研究蠕变加载条件下线黏弹性材料接触界面端附近的奇异应力场问题.考虑接触界面的摩擦,假设界面端的滑移方向不改变,相对滑移量微小,且其与位移同量级,由此线性化局部边界条件,根据对应原理得到Laplace变换域中的界面端应力场,导出时域中奇异应力场的卷积积分表达式.对卷积积分核函数进行数值反演,考虑接触材料的两类组合,一是持久模量具有量级上的差异,另一是持久模量接近相同.算例结果证实核函数可以用准弹性法求得的解析式较准确地近似.在此基础上,利用积分中值定理,并引入各应力分量的修正系数,得到黏弹性奇异应力场的简化式.结合核函数的数值反演结果分析修正系数表达式的取值范围,得到如下结论,若两相接触材料的持久模量相差很大,可以采用准弹性解的解析式较准确地描述界面端的奇异应力场;一般情况下,应力场不存在统一的奇异值和应力强度系数,当采用类似于准弹性解的表达式近似给出黏弹性应力场时,可以估计此近似描述的误差限.文中最后采用有限元分析黏弹性板端部嵌入部位的应力场,算例包括了黏弹性板与弹性金属支承、黏弹性板与黏弹性垫层所形成的滑移接触界面端,利用黏弹性有限元的数值结果验证理论分析所得结论的有效性.      

APPROXIMATE THEORY AND ANALYTICAL SOLUTION FOR DYNAMIC CALCULATION OF VISCOELASTIC LAYERED PERIODIC PLATE

由于周期性隔振结构动力计算中较少考虑轨道交通载荷及材料黏弹性,因此,本文以黏弹性层状周期板为研究对象,提出了垂向移动简谐载荷下,可以考虑材料黏弹性及板内横向剪切变形的黏弹性层状周期板动力计算近似理论并给出解析解答.设板中性面的横向剪切变形为横截面的整体剪切变形,利用Reissner-Mindlin假设及提出的剪切变形补充计算条件,得到了中性面法线转角与中性面剪应力的关系.基于平衡方程和应力连续条件,建立了黏弹性层状周期板振动控制方程,推导了对边简支对边自由条件下,板垂向位移的简化Fourier级数形式解.与经典层合板模型和有限元计算结果进行了比较,验证了本文解答的有效性.结果表明：（1）黏弹性层状周期板可以显著降低单一材料板在自振频率处的振动响应,但会引起局部低频频段的振动放大;（2）板的垂向位移随着载荷速度的增大而增大,当载荷速度超过300 km/h后,其对板振动响应的影响减弱;（3）黏弹性层剪切模量存在最佳设计值,可使结构的隔振性能最佳;（4）黏弹性层的阻尼特性在低频范围内对结构振动影响较小;（5）可在满足工程实际的情况下适当增加板长,以提高结构的隔振性能.     

黏弹性层状周期板动力计算的近似理论与解答

由于周期性隔振结构动力计算中较少考虑轨道交通载荷及材料黏弹性,因此,本文以黏弹性层状周期板为研究对象,提出了垂向移动简谐载荷下,可以考虑材料黏弹性及板内横向剪切变形的黏弹性层状周期板动力计算近似理论并给出解析解答.设板中性面的横向剪切变形为横截面的整体剪切变形,利用Reissner-Mindlin假设及提出的剪切变形补充计算条件,得到了中性面法线转角与中性面剪应力的关系.基于平衡方程和应力连续条件,建立了黏弹性层状周期板振动控制方程,推导了对边简支对边自由条件下,板垂向位移的简化Fourier级数形式解.与经典层合板模型和有限元计算结果进行了比较,验证了本文解答的有效性.结果表明:(1)黏弹性层状周期板可以显著降低单一材料板在自振频率处的振动响应,但会引起局部低频频段的振动放大;(2)板的垂向位移随着载荷速度的增大而增大,当载荷速度超过300 km/h后,其对板振动响应的影响减弱;(3)黏弹性层剪切模量存在最佳设计值,可使结构的隔振性能最佳;(4)黏弹性层的阻尼特性在低频范围内对结构振动影响较小;(5)可在满足工程实际的情况下适当增加板长,以提高结构的隔振性能.     

功能梯度矩形板的三维弹性分析

将功能梯度三维矩形板的位移变量按双三角级数展开，以弹性力学的平衡方程为基础．导出位移形式的平衡方程。引入状态空间方法，以三个位移分量及位移分量的一阶导数为状态变量，建立状态方程。考虑四边简支的边界条件，由状态方程得到了功能梯度三维矩形板的静力弯曲问题和自由振动问题的精确解。由给出的均匀矩形板自由振动问题的计算结果表明．与已有的理论解以及有限元方法的计算结果相吻合。假设功能梯度三维矩形板的材料常数沿板的厚度方向按照指数函数的规律变化．进一步给出了功能梯度三维矩形板的自由振动问题和静力弯曲问题的算例分析，并讨论了材料性质的梯度变化对板的动力响应和静力响应的影响。     

变截面黏弹性直杆纵振时复频率分析的差分解法

从一维黏弹性本构方程出发,导出了黏弹性变截面直杆纵向振动微分方程的一般形式,采用了有限差分法,并以二阶矩阵表示的递推形式,建立了该问题的复特征值方程组。两种Maxwell黏弹性变截面（指数指数、线性函数）直杆的数值计算表明,该方法运算简单,计算精度高,能适用于求解任意变截面黏弹性直属的纵向自由振动问题。     

粘弹层合板的自由振动和横向应力

Based on Reddy＇s layerwise theory, the governing equations for dynamic response of viscoelastic laminated plate are derived by using the quadratic interpolation function for displacement in the direction of plate thickness. Vibration frequencies and loss factors are calculated for free vibration of simply supported viscoelastic sandwich plate, showing good agreement with the results in the literature. Harmonious transverse stresses can be obtained. The results show that the transverse shear stresses are the main factor to the delamination of viscoelastic laminated plate in lower-frequency free vibration, and the transverse normal stress is the main one in higher-frequency free vibration. Relationship between the modulus of viscoelastic materials and transverse stress is analyzed. Ratio between the transverse stress＇s maximum value and the in-plane stress＇s maximum-value is obtained. The results show that the proposed method, and the adopted equations and programs are reliable.     

粘弹性夹芯层合旋转圆板的气动弹性动力稳定性分析

基于哈密尔顿原理,考虑作用于圆板上的空气动力载荷以及粘弹性复模量本构模型,本文建立了含有粘弹性夹芯层的旋转圆板的空气动力学模型,并给出了相应的稳定性的控制方程及边界条件。运用Galerkin方法,文中数值求解并给出了夹芯层合旋转圆板的动力学基本特征,以及结构几何参数、材料参数对于其前、后行波振动频率、阻尼和动力稳定性的影响。结果表明：通过优化合理选取粘弹性夹芯层合旋转圆板的几何参数和材料参数,可提高旋转圆板的临界转速和颤振速度,从而增强其稳定性。     

ANALYTICAL SOLUTION OF THE FREE VIBRATION OF VISCOELASTIC SANDWICH ANNULAR PLATE

基于薄板小挠度理论和Kelvin-Voigt 黏弹性本构方程,建立了黏弹性夹层环形薄板振动控制方程.采用分离变量法计算了内边固支、外边自由黏弹性夹层环形薄板的固有频率和振型,并与有限元计算结果进行比较. 分别讨论了夹心层比和内外半径比对固有频率及衰减系数的影响. 研究表明:系统频率随夹心层厚度增大,先增大后减小,而衰减系数一直增大;系统频率和衰减系数随内外半径比增大而增大.     

复合材料面板夹杂粘弹性阻尼材料结构的弯曲实验分析

对单层板的轴向、横向拉伸强度及粘弹性材料的拉伸强度进行测定以确定其弹性模量及泊松比。为了同理论结果比较,制作了专用夹具,用于测量复合材料方板的实验数据。该实验装置模拟四边固支边界条件,用于测量复合材料夹杂粘弹性阻尼材料结构受均布载荷时的静态挠度和应变,并通过转换公式得到复合结构下表面中点的正应力。实验结果同理论分析基本吻合,其误差主要由单层板与粘弹性阻尼材料的粘结剂厚度引起。     

Viscoelastic simulations of stick‐slip and die‐swell flows

Numerical solutions of viscoelastic flows are demonstrated for a time marching, semi‐implicit Taylor–Galerkin/pressure‐correction algorithm. Steady solutions are sought for free boundary problems involving combinations of die‐swell and stick‐slip conditions. Flows with and without drag flow are investigated comparatively, so that the influence of the additional component of the drag flow may be analysed effectively. The influence of die‐swell is considered that has application to various industrial processes, such as wire coating. Solutions for two‐dimensional axisymmetric flows with an Oldroyd‐B model are presented that compare favourably with the literature. The study advances our prior fixed domain formulation with this algorithm, into the realm of free‐surface viscoelastic flows. The work involves streamline‐upwind/Petrov–Galerkin weighting and velocity gradient recovery techniques that are applied upon the constitutive equation. Free surface solution reprojection and a new pressure‐drop/mass balance scheme are proposed. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

屈曲黏弹性矩形板的非线性振动分岔

采用Melnikov法及Galerkin原理研究了屈曲黏弹性矩形板的非线性振动分岔,并讨论分析了长宽比、板厚等因素对屈曲黏弹性矩形板发生混沌运动区域的影响。     

黏弹夹芯板的有限元建模及实验研究

从有限元分析和数值模拟及实验验证的角度研究了黏弹夹芯板的频率依赖振动特性。夹芯板中间层为黏弹性材料，其刚度和阻尼的频率依赖性行为直接影响系统的模态频率和阻尼，并导致振动模式求解的复杂化。采用三阶七参数Biot模型描述黏弹性材料频率相关的黏弹性行为。开发了三层四节点28自由度的夹芯板单元，基于经典板理论和哈密顿原理建立了黏弹夹芯板的有限元动力学方程。通过引入辅助耗散坐标，将Biot模型和黏弹夹芯板的有限元动力学模型结合起来，并将其转化为常规二阶线性系统形式，极大简化了求解非线性振动特性的过程。对一边固定、另三边自由的黏弹夹芯板进行了前三阶固有频率和损耗因子的预测，并与实验结果对比。数值模拟结果和实验结果吻合良好，说明所提有限元方法是正确有效的。     

Dynamic stability of a viscoelastic plate with concentrated masses

The paper addresses the geometrically nonlinear problem of dynamic stability of a viscoelastic plate with concentrated masses. The Bubnov-Galerkin method based on polynomial approximation is used to reduce the problem to a system of nonlinear Volterra-type integro-differential equations with singular relaxation kernels. This system is solved by numerical method based on quadrature formulas. The critical loads are found and their dependence on the arrangement and number of concentrated masses is studied for a wide range of mechanical and geometrical parameters of the plate. The choice of a relaxation kernel for dynamic problems for viscoelastic thin-walled plate-like structures is justified. Results produced by different theories are compared __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 44, No. 2, pp. 109–118, February 2008.