任意叠层球壳内的应力波传播

提出一种有效求解方法，求解了任意叠层球壳在动载荷作用下的应力波传播。首先，利用有限Ｈａｎｋｅｌ变换和Ｌａｐｌａｃｅ变换求解了每一单层的弹性动力学解。然后，利用叠层球壳的内、外边界条件和层与层之间的连接条件确定每一单层解中的待定常数。从而，我们可以得到应力波在叠层球壳内传播的精确解。最后，我们计算了在一个突加内压作用下的两层球壳（Ｓｔｅｅｌ／Ａｌ）和三层球壳（Ｓｔｅｅｌ／Ａｌｌｏｙ／Ａｌ）内的应力波传播。求解过程和计算结果表明文中提出的求解方法是简便可行的。     

基于模态叠加法的航空发动机轮盘振动特性研究

以某型航空发动机轮盘为研究对象,分别通过数值模拟和试验测试获得结构特定振型下的模态参数;提出采用模态置信度开展模态振型的相关度评价;基于模态叠加法开展轮盘结构谐响应分析,并通过理论推导和数值仿真开展结构阻尼和激励量值对振动响应的影响规律研究。结果表明,在轮盘结构三节径振型处,共振频率计算结果与测试结果相差1.7%,验证了模态测试的正确性。模态振型置信度为0.999,说明模态测试与仿真结果吻合较好。通过谐响应分析得到轮盘最危险点的幅频曲线,并基于数值仿真验证了轮盘结构振动响应幅值与模态阻尼呈反比、与激励量值呈正比的理论推导的正确性。     

变高度简支箱梁剪力滞半解析解

基于结构动力学中的Ritz向量叠加法基本原理，建立了求解静力学中变高度简支箱梁剪力滞效应半解析解的分析方法．该方法以相同跨度、相同边界条件等截面Euler梁的振动模态及其导数为Ritz基函数，将箱梁的竖向挠度在模态空间线性展开，将剪切转角的最大差值在模态导数的空间线性展开，从而将变系数剪力滞效应微分方程组转变为线性代数方程组进行求解．随后分别进行截面高度为常量、线性衰减和抛物线变化箱梁的剪力滞计算．计算结果表明，截面高度变化越小，Ritz法收敛越快；随着参与计算模态阶数的增加，Ritz法的计算结果逐步收敛到解析解；采用10阶以上模态进行箱梁剪力滞系数的计算，计算误差小于5 %．     

关于逐段变形效应叠加法的证明与讨论

提出逐段变形效应叠加法适用于含有悬臂梁部分的结构，一般不适用于简支梁. 对于 简支梁，用荷载叠加法比较方便. 用相当简单的方法证明了逐段变形效应叠加法. 讨论了 该方法在静定结构与静不定结构中应用的可能性. 由于该方法适用于含有悬臂部分的结构， 提议将该方法改称为分段悬臂梁叠加法.     

移动载荷作用下浮冰的非线性动力学响应

本文考虑非线性、惯性和阻尼的影响, 研究了任意深度二维理想流体顶部浮冰的振动. 对相关的拟微分算子进行展开并将非线性项保留至三阶后, 完全非线性问题被简化为仅与自由面上的变量相关的三阶截断模型. 为了验证简化模型的准确性, 重点关注了自由孤立波解. 在不考虑阻尼的情况下, 采用多重尺度方法推导了三阶非线性薛定谔方程(NLS), 利用该方程预测了任意水深下原始欧拉方程中自由波包型孤立波解的存在性及三阶截断模型的准确性. 相比于Dinvay等所提出的二阶模型, 三阶截断模型的优势在于其对应的三阶NLS具有准确的非线性项系数, 能够在最小相速度附近更好地模拟冰层的动力学响应. 进一步地对自由孤立波解进行数值计算, 数值结果表明三阶截断模型在分岔曲线和孤立波波形上均与完全欧拉方程吻合良好, 准确性高于二阶截断模型. 基于三阶截断模型, 探究了匀速局域化载荷作用下的浮冰非线性动力学响应并将时间依赖解与实验测量数据进行比较, 数值计算结果与实验记录吻合良好.      

Matlab编程实现求解基于振型叠加法的多自由度动力学系统的时域和频域响应

给出了求解多自由度动力学系统响应的M atlab程序,这些程序基于振型叠加法可用于求解由质量矩阵M和刚度矩阵K以及常见阻尼矩阵描述的线性离散系统的时域和频域解.对于无阻尼系统,用户可以选择数值解或符号解析解(以时间或频率表示),并利用复模态叠加法计算了阻尼系统的数值解.总结了模态叠加方法下动力学响应的求解,并在简短的M atlab程序中实现.以三自由度系统和悬臂梁模型为例说明了程序的应用.这些程序也可用于工程应用中,通过对商用有限元软件包产生的质量和刚度进行后处理,产生感兴趣的时域和频域响应.     

水平成层介质中粘弹性波的计算

本文提出了一种水平成层介质中弹性波粘弹性波计算的新方法，分别研究了线源和点源作用情况。该方法适用于各种粘弹性模型，数值计算简单，可模拟任意震源及所产生的各种体波，面波，数值结果表明具有很高的计算精度和计算效率。     

爆炸下球壳变形空间周期分布的理论计算方法

早期研究提出了对振动叠加应变增长现象的解剖式分析方法，进而发现爆炸加载下带扰动源球壳上的弯曲波和壳体变形呈空间周期分布的规律。参考Timoshenko梁的弯曲理论，基于平截面假定和壳体发生较小的弯曲变形的假设，推导出球壳上弯曲波波速和波长的关系，计算得到最短弯曲波和与膜振动频率相近的弯曲波的波速，还结合早期研究提出的壳体变形分布周期与弯曲波波速的关系，计算得到了壳体变形空间分布的周期。结果表明:（1）理论计算结果与数值仿真结果基本吻合，其中弯曲波波速的计算结果与数值仿真结果相差在15%以内，壳体变形空间分布周期的计算结果与数值仿真结果相差在12%以内；（2）弯曲波波长越短，波速越快，当波长无限短时，波速趋于极限值，约为声速的0.574倍。本计算方法为解剖式分析方法提供了一定的理论依据。     

受控结构风振响应分析的广义虚拟激励法

基于复模态分析和虚拟激励法．提出了用于具有密集频率和非经典阻尼受控结构风振响应分析的广义虚拟激励法。该法可以考虑任意风谱和空间相关性以及模态耦合效应，且计算效率很高。不同于SRSS法．该算法包含了全部参振模态之间和全部激励点之间的相关性．在理论上是精确解。     

以Lanczos向量直接叠加法确定圆拱顶屋盖风致响应

提出以Lanczos向量直接叠加法确定大跨屋盖结构的风致响应。传统的模态叠加法中无法保证精确计算的特征向量一定能够参与动态响应。与传统模态叠加法不同,在生成正交的Lanczos向量算法中只产生在荷载展开式中有较大参与系数的向量,并用于后续的模态叠加法之中。产生第一个Lanczos向量的空间向量来自于屋盖风压场的本征正交分解(POD)。利用同步多点压力扫描技术对一个圆拱顶屋盖进行了风洞试验。利用所提出的方法分析了屋盖风致响应,并与传统方法以及采用平均风荷载作为空间向量的Lanczos向量直接叠加法进行了比较,说明了本文方法的有效性。     

WAVE SUPERPOSITION METHOD BASED ON VIRTUAL SOURCE BOUNDARY WITH COMPLEX RADIUS VECTOR FOR SOLVING ACOUSTIC RADIATION PROBLEMS

By virtue of the comparability between the wave superposition method and the dynamic analysis of structures, a general format for overcoming the non-uniqueness of solution induced by the wave superposition method at the eigenfrequencies of the corresponding interior problems is proposed. By adding appropriate damp to the virtual source system of the wave superposition method, the unique solutions for all wave numbers can be ensured. Based on this thought, a novel method-wave superposition method with complex radius vector is constructed. Not only is the computational time of this method approximately equal to that of the standard wave superposition method, but also the accuracy is much higher compared with other correlative methods. Finally, by taking the pulsating sphere and oscillating sphere as examples, the results of calculation show that the present method can effectively overcome the non-uniqueness problem.     

伸缩虚拟边界元法解二维Helmholtz外问题

以位势理论为基础，提出了求解Helmholtz外问题的伸缩虚拟边界元法．给出了该方法在全波数域内获得唯一解的严格数学证明，其核心是通过伸缩虚拟边界使对偶内问题的特征频率(本征值)避开与波数重合，从而保证了解的唯一性，同以往前人提出的几种解法途径相比，该法简单得多；通过诸多边界曲线形状和不同边界量的声辐射算例，从计算精度、稳定性以及克服解的非唯一性等方面，对该方法进行了检验．计算结果表明：对远场或近场辐射声压，该方法都具有非常高的效率和精度．     

基于频率相关黏性阻尼模型的复模态叠加法

黏性阻尼模型存在每周期耗散能量与外激励频率相关的缺陷, 复阻尼模型时域计算结果存在发散现象. 为克服上述两种阻尼模型的不足, 在复阻尼模型基础上, 依据时频域转化原则推导了频率相关黏性阻尼模型. 频率相关黏性阻尼模型不仅具有每周期耗散能量与外激励频率无关的优点, 还保证了结构位移时程的稳定收敛. 混合结构由具有不同阻尼特性的材料组成, 其阻尼矩阵为非比例矩阵, 无法直接采用实模态叠加法. 根据频率相关黏性阻尼模型与复阻尼模型的转换关系, 提出了适用于混合结构的基于频率相关黏性阻尼模型的复模态叠加法. 算例分析结果表明, 与基于黏性阻尼模型的复模态叠加法相比, 基于频率相关黏性阻尼模型的复模态叠加法不仅计算结果唯一, 且不增加矩阵维度, 具有较高的计算效率. 小阻尼情况下, 两种方法的计算结果近似相等, 且与复阻尼模型的频域计算结果一致. 当阻尼比较大时, 两种方法的计算结果差异增大, 但频率相关黏性阻尼模型的复模态叠加法与复阻尼模型的频域计算结果仍保持一致.      

常航速船波势及船波阻力的边界元法

利用满足Laplace方程,线性化自由面条件及无穷远处条件的Havelock兴波源涵数,建立了关于常航速稳态船波势函数的边界积分方程.针对这个积分方程,建立了相应的数值计算方法,编制了一般三维问题的边界元法计算机程序,可用来计算全潜和半潜物体的稳态绕流场及船舶兴波阻力.     

四角点支撑纳米板稳态受迫振动解析解

本文基于非局部弹性理论及辛叠加方法，得到放置在黏弹性介质上四角点支撑矩形纳米板稳态受迫振动问题的解析解．将纳米板受迫振动问题导入哈密顿体系，得到哈密顿控制方程，在无需任何预设函数的情况下可直接对哈密顿控制方程进行求解，得到简支纳米板稳态受迫振动问题在辛空间展开形式的解析解．进而通过边界叠加，可求出四角点支撑纳米板稳态受迫振动的解析解．数值算例中验证了本文应用辛叠加方法得到解析解的准确性，并以石墨烯纳米板为例，分析了非局部参数和黏弹性介质参数对四角点支撑石墨烯纳米板稳态受迫振动的影响．结果表明，非局部参数和黏弹性介质参数的变化会影响石墨烯纳米板的共振频率及共振幅值．     

弹性波绕任意形状界面孔的散射

求解了弹性波绕任意形状界面孔的散射问题．通过入射波、反射波或折射波及孔的散射波场的叠加,得到了界面孔在SH波绕射下的总波场．总波场波函数的级数项待定系数可采用边界配点法来确定,该法不受边界正交性的限制,能够适用于任意形状的边界．最后,对界面椭圆孔进行了实例计算,得到了椭圆孔边的动应力集中系数．     

SH波绕界面孔的散射

用波函数展开方法研究了SH波绕界面孔的散射问题。由入射、反射和透射波组成的自由波场与孔的散射场叠加成总波场。按照一定方式将两个半平面散射波场延拓于全平面，通过Hankel-Fourier展开方法求得了任意形状孔散射场的级数解。以椭圆形孔为例计算了孔边缘的动应力集中系数。     

Numerical prediction of breakup mode of contracting gas filament in liquid

The breaking up of gas filament in liquid is important in many industrial and scientific applications. In this study, a transient axisymmetric model with the level set method is built up to examine the dynamics of a contracting gas filament, and to determine the effects of the aspect ratio, Ohnesorge (Oh) number, and viscosity ratio on its breakup mode. The filament undergoes no break, middle break, or end-pinching modes with increasing aspect ratio at either a low or a high Oh number, and one critical initial aspect ratio is observed for each Oh number. The fate of the filament is determined by the interaction of capillary waves on its surface, and can be predicted accurately by using the one-dimensional wave superposition method. The decreasing viscosity ratio of liquid over gas reduces the critical initial aspect ratio for the fate transition between the no break and breakup modes, and this effect is reduced at a low viscosity ratio. These findings may be helpful in fabricating gas bubbles and their breakup suppression.     

计算特征向量摄动量的混合基展开法

在结构修改和模型校正中，模态展开法是计算特征向量摄动量的常用方法之一，但当高阶模态被截断时，它会带来很大的截断误差。本文利用已知的有限阶模态，构造了Ｎ维欧氏空间的一个新基－混合基，并将特征向量的摄动量在新基上展开来计算特征向量的一、二阶 摄动量。该方法使得不管截模态个数的多少，其精度总与全模态展开法相同，且计算量都远少于全模记展开法；与改进的部分民开法相比，本方法不要求所截留的模态边连续的低阶模态     

Investigation of the stress field of a near-surface circular hole

By observing experimentally obtained photoelastic fringe patterns and applying classical solutions for an infinite plate containing a circular hole under remote tension and the modified Hertz contact theory, a replaced superposition method is proposed. In this paper we use this method to investigate the state of stress around a near-surface circular hole in a semi-infinite plate under a concentrated load. The well-matched conditions between the reconstructed and experimental photoelastic fringe patterns indicate the applicability of the proposed method. This paper was presented, in part, at a symposium honoring Dr. Christian P. Burger, Novel Applications of Experimental Methods in Mechanicsheld at the 2003 SEM Annual Conference and Exposition on Experimental and Applied Mechanics, June 2–4, 2003, Charlotte, North Carolina.