复合材料应力分析的均匀化方法

建立了基于均匀化理论的确定复合材料结构应力场的方法．其实质是用均质的宏观结构和非均质的具有周期性分布的细观结构描述原结构；将力学量表示成关于宏观坐标和细观坐标的函数，并用细观和宏观两种尺度之比为小参数展开，用摄动技术将原问题化为一细观均匀化问题和一宏观均匀化问题．这两个问题的解确定了包含等效位移和一阶近似位移的位移场，由此获得应力场．利用该方法给出了圆柱形孔隙材料和单向纤维复合材料在单向拉伸时的应力场以及空隙材料简支梁的局部应力场，说明了该方法的有效性     

确定复合材料宏观屈服准则的细观力学方法

运用细观力学中的均匀化方法，分析了含周期性微结构复合材料的宏观屈服准则，并对Hill-Tsai准则进行了修正。从基于复合材料细观结构的代表性胞元入手，运用塑性极限理论中的机动分析以及有限元方法，计算了细观结构的极限载荷域。通过宏细观尺度对应关系，得到复合材料的宏观屈服准则。     

材料弹塑性性能数值模拟的多尺度方法

将均匀化方法和渐近分析(Asymptotic Analysis)与参变量变分原理相结合提出了一种模拟复合材料非线性性能的多尺度数值方法.该方法用渐近分析建立宏-细观变量之间的联系,利用参变量变分原理计算非线性响应,求解过程采用迭代算法.为提高计算精度,针对Von-Mises准则和Tsai-Hill准则,提出了一个基于参变量变分原理的改进算法,算例表明该方法可以显著消除传统方法采用线性展开式构造线性互补条件所带来的误差.     

基于均匀化理论的混凝土宏细观力学特性研究

在细观层次上将混凝土视为由砂浆基质、骨料及其界面组成的三相复合材料,在此基础上,采用有限元方法,对混凝土弹性本构关系进行数值模拟,利用位移渐近展开技术和均匀化理论建立了多尺度力学框架下的有限元平衡方程,重点考察了单胞尺寸对宏观力学性能的影响,得到了相对最大骨料粒径的最小单胞尺寸,即5～10倍最大骨料粒径.作为例证,对混凝土三点弯梁进行了宏细观尺度数值仿真研究,结果表明:基于本文方法可以较好地反映混凝土的宏观力学行为.此外,由于骨料、砂浆的相互作用,应力分布呈现出宏观渐变平滑与细观局部突变的特征.     

渐近均匀化理论预报缝纫复合材料弹性性能

基于缝纫复合材料的结构特征,假定其具有周期性细观结构.利用渐近均匀化方法并结合摄动技术建立一系列控制方程,考虑由于缝纫扰动造成的材料的非均匀分布,由此确定缝纫复合材料的宏观等效性能.已有的试验结果相比较,本文预报结果与试验吻合较好.研究发现,缝纫造成了层合板刚度的下降,在面内方向缝纫密度越大,刚度降低越明显.缝纫产生的纤维变形区的宽度增加对刚度有利,纤维变形区的长度对拉伸刚度影响不大.并对缝纫参数对缝合板性能的影响进行了预报,为实际工程问题提供了预测材料性能的方法.     

非协调元在复合材料安定下限分析中的应用

采用应力函数法,结合均匀化理论和应变法,在细观层次上研究了复合材料的极限和安定分析,获取复合材料代表性体积元在载荷加载历史未知下的容许承载域。利用8节点非协调等参元离散结构,获取弹性应力场和自平衡残余应力场,建立复合材料在细观层次上安定下限的优化格式。在满足计算精度的同时,大大降低了优化规模。以周期性纤维增强金属基复合材料为例,验证了该单元在安定下限分析中的有效性和可靠性。     

反映材料微观结构效应的宏观动力特性分析

探讨了实现复合材料细观结构与构件宏观动力特性直接关联的细观元法。细观元法先进行宏观单元剖分，然后分析细观结构，将微结构力学量转化为宏观结点量计算。该方法不增加自由度，但使得微结构层次上任意铺设方式和任意微小变化均能在宏观动力特性上得到反映。     

纺织复合材料和结构多尺度耦合的数值分析

研究了纺织复合材料和结构多尺度耦合的数值分析模型。建立了微、细观单胞,给出了纺织复合材料平均弹性常数的逐级分析方法,着重研究了由宏观结构、到细观纤维束、再到微观纤维三个尺度耦合的应力分析方案。对于常用的板壳状纺织复合材料结构,在面内载荷下,假设每层细观单胞的平均面内应变是一致的,在弯曲、横向剪切及扭曲等非面内载荷下,在内力等效条件下将沿厚度方向连续分布的宏观应力简化为阶梯状分布,忽略了每层细观单胞范围内宏观应力沿厚度方向的梯度变化,由此利用细观单胞模型实现宏观应力与细观应力之间的传递,再利用微观单胞可得到纤维尺度的微观应力。最后以一种三维机织复合材料为例,用上述多尺度耦合的模型逐级分析了材料的平均弹性常数,并沿相反方向,由宏观结构分析逐级计算出纤维束尺度和纤维尺度的细、微观应力的局部波动。     

复合材料周期性线弹性微结构的拓扑优化设计

提出复合材料周期性线弹性微结构拓扑优化设计的模型，模型1设计具有极值弹性特性的复合材料，模型2设计工况最刚微结构单胞。通过该模型和均匀化技术可以获得优化的微结构单胞，进而改善或者得到最优宏观特性的复合材料。为了便于制造和应用，用胞体材料而不是多相材料来得到复合材料的极值弹性特性和最大刚度。优化结果表明，该模型与数值方法相结合可以有效地实现微结构的拓扑优化设计。     

单轴压缩条件下混凝土细观损伤演化机理的CT试验研究

混凝土是一种非均质的材料,在细观层次上将混凝土看作由骨料、砂浆和两者之间的界面组成的三相复合材料.本文在对混凝土进行单轴压缩试验的基础上,根据CT扫描图像反映的细观破损过程,分析了基于CT数平均值变化规律的特点;将混凝土材料的损伤过程进行了分段,提出了损伤变量的提取方法.随后结合试验得到的宏观应力应变曲线,经过拟合得到...     

论粘性激波层理论的理论基础及其进一步发展

本文将Davis的量级分析方法改用匹配渐近展开方法,作为一级近似推导出了高超音速化学反应粘性激波层方程。证明了粘性激波层方程是NS方程在匹配渐近意义上的一级近似方程。进一步讨论了这一方程的基本假设条件。本文首次推导出的二级近似方程,是对Davis粘性激波层方程的修正。这种修正可以提高数值解的精度,有助于对问题获得更全面的了解,对进一步发展与完善高超音速钝头体绕流问题的数值求解方法起一定的作用。     

COMPUTER COMPUTATION OF THE METHOD OF MULTIPLE SCALES-DIRICHLET PROBLEM FOR A CLASS OF SYSTEM OF NONLINEAR DIFFERENTIAL EQUATIONS

The method of boundary layer with multiple scales and computer algebra were applied to study the asymptotic behavior of solution of boundary value problems for a class of system of nonlinear differential equations . The asymptotic expansions of solution were constructed. The remainders were estimated. And an example was analysed. It provides a new foreground for the application of the method of boundary layer with multiple scales .     

THE ASYMPTOTIC SOLVING EQUATIONS OF THICK RING SHELL AND ITS SOLUTION UNDER MOMENT M＿O

ＴＨＥＡＳＹＭＰＴＯＴＩＣＳＯＬＶＩＮＧＥＱＵＡＴＩＯＮＳＯＦＴＨＩＣＫＲＩＮＧＳＨＥＬＬＡＮＤＩＴＳＳＯＬＵＴＩＯＮＵＮＤＥＲＭＯＭＥＮＴＭ＿ＯＺｈａｏＸｉｎｇ－ｈｕａ（赵兴华）（ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｒｅｒｓｉｔｙ；ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕ...     

A SPECIAL METHOD OF FOURIER SERIES WHICH IS EQUAL TO THE METHOD OF SEPARATION OF VARIABLES ON BOUNDARY VALUE PROBLEM

By the separation of singularity, a special Fourier series solution of the boundary valueproblem for plane is obtained, which can satisfy all boundary conditions and converges rapidly. It isproved that the solution is equal to the result of separation of variables. As a result, the non-linearcharacteristic equations resulting from the method of separation of variables are transformed into poly-nomial equations that can provide a foundation for approximate computation and asymptotic analysis.     

薄壁结构屈曲和初始后屈曲的局部分析及其精度

为了解决大型复杂薄壁结构稳定性有限元分析中方程阶数过高的问题,本文建议用结构局部代替整体进行计算,证明局部分析方法可以得到整体结构线性分支点的上限和下限,以及整体结构渐近后屈曲行为的近似解,给出了算例。     

边值问题中与分离变量法等价的级数解法

用带奇性分离的Ｆｏｕｒｉｅｒ级数解平面边值问题，改进了不能满足全部边界条件的一般级数解法，得到收敛较好的解析算法。文中证明了级数解法与分离变量法的等价性，由此将分离变量解所得的非线性特征方程转化为多项式方程，为近似算法与渐近分析提供了依据。     

浅水孤立波在三维浮体上的绕射

浅水域中非线性水波运动的控制方程通常是经过深度平均的Boussinesq方程。然而,这一方程在浮体近旁或水下障碍物附近不再适用,在这些区域,流动在水深方向的变化不容忽略,本文应用匹配渐近展开法和边缘层(edge layer)思想,建立了浅水弱非线性波与三维浮体相互作用的数学模型,作为算例,求解了浅水孤立波在垂直圆柱形浮体上的绕射.本方法可以推广到波在一般浮体上绕射的情况。     

V形切口应力强度因子的一种边界元分析方法

将V形切口结构分成围绕切口尖端的小扇形和剩余结构两部分. 尖端处 扇形域应力场表示成关于尖端距离$\rho $的渐近级数展开式，从线弹性理论方程推导出了一组分析平面V形切口奇异性的常微分方程 特征值问题，通过求解特征方程，得到前若干个奇性指数和相应的特征向量. 再将切口尖端 的位移和应力表示为有限个奇性阶和特征向量的组合. 然后用边界元法分析挖去小扇形后的 剩余结构. 将位移和应力的线性组合与边界积分方程联立，求解获得切口根部区域的应力场、 应力幅值系数和整体结构的位移和应力. 从而准确计算出平面V形切口的奇异应力场和应力 强度因子.     

橡皮薄膜缺口顶端场的大变形分析

分析了橡皮类薄膜缺口顶端的弹性场，借助于文［１］引入的本构关系得到了缺口顶端场的渐近方程．通过将缺日顶端场划分为收缩角区和扩张角区，得到了顶端场的解．该解表明，奇异特性与本构参数和缺口角度有关，这一结论得到了数值解的证实．     

环壳屈曲的渐近解

本文提出分析圆环壳屈曲的一种渐近解析方法,由Sanders非线性平衡方程和壳中面变形协调方程推导出静水外压下环壳的稳定方程,求出了方程的渐近解,理论计算的临界压力值与Fishlowitz的实验结果符合良好,并研究了屈曲前非线性变形对临界载荷的影响。