非线性材料杆系结构的内力求解

随着科技的发展,已研发出了许多非线性材料,这些非线性材料组成的结构已在工程实际中得到了广泛应用．本文研究了静不定非线性材料结构杆件内力的求解这一关键问题．利用非线性材料结构余能及静力平衡条件,构造了新泛函数,对新泛函数进行一阶求导,即可方便求得静不定非线性材料结构杆件的内力．同时,指出了非线性材料杆系结构的内力求解时存在漏解的原因：结构材料的应力与应变本构关系为非线性幂函数,把结构余能对杆系的内力求一阶偏导,令所得到的位移方程等于零,该方程为一元二次方程,应有两个实数解,而有关文献却遗漏了一个实数解．     

用等效力系变换矩阵求解静不定桁架极限载荷

采用等效力系变换矩阵研究了双模量静不定桁架极限载荷问题．首先证明了固体的等效力系变换矩阵与等效位移变换矩阵是互为转置的矩阵,采用等效力系变换矩阵求解双模量静不定桁架结构的内力,然后再利用静力方程确定双模量静不定桁架结构的极限载荷．当力的变换关系可以根据物理条件容易求得,而位移的变换关系不容易找出时,用等效力系变换矩阵求解静不定桁架极限载荷,就更能显示出其计算过程简洁、清晰等优点．用等效力系变换矩阵求解静不定桁架极限载荷不涉及材料的性质,对各向同性材料、双模量材料静不定桁架极限载荷的求解都适用．     

考虑Reissner效应的表面裂纹的非线性线弹簧模型

本文在非经典板的弯曲理论基础上,对应力-应变关系满足ε/ε_o=σ/σ_o α(σ/σ_o)~n的幂硬化材料的表面裂纹的弹塑性断裂分析,建立了非线性线弹簧模型,计算了表面裂纹的应力强度因子及其最大深度点的J积分值,研究了幂硬化指数n和系数α以及波桑比ν对J积分值的影响。     

金属材料单轴拉伸变形规律的研究

本文对五种钢和四种高温合金的单轴拉伸变形规律进行了研宄.结果表明:在均匀变形阶段,大多数材料的应力应变关系分段地服从幂乘律σ=εn,但硬化指数n并不等于最大均匀真应变εu;在不均匀变形阶段,应力应变关系多服从线性律.本文测定出七种材料在不均匀变形阶段缩颈曲率半径R随(ε-εu)的变化规律,证实了a/R∝(ε-εu),比例系数在0.6-1之间.     

具有任意截面形状的各向异性平面杆系结构静力分析的回传波射矩阵法

基于Timoshenko梁静力理论和各向异性材料的本构关系,对于一般截面形状的杆系结构,推导了杆端内力与杆端位移之间的关系,并给出了作用于杆件上的荷载转化为等效节点荷载的方法.以混合节点为例,根据结构节点的力平衡和位移协调条件,推导了常见形式节点的传递分配矩阵和载荷源向量,进而得到结构的回传波射矩阵列式,求解以杆端位移为基本未知量的矩阵方程,给出了杆端位移和内力的计算公式.文中给出了算例分析.与有限元法数值结果的比较表明,回传波射矩阵法用于分析各向异性材料平面杆系结构的静力问题是有效和精确的.     

蠕变材料Ⅱ型动态扩展裂纹尖端场

为了研究粘性效应作用下的动态扩展裂纹尖端渐近场,建立了蠕变材料Ⅱ型动态扩展裂纹的力学模型,在稳态蠕变阶段,弹性变形和粘性变形同时在裂纹尖端场中占主导地位,应力和应变具有相同的奇异量级,即(σ,ε)∝r-1/(n-1)。通过渐近分析求得了裂纹尖端应力、应变和位移分离变量形式的渐近解,并采用打靶法求得了裂纹尖端应力、应变的数值结果,数值计算表明,裂尖场主要受材料的蠕变指数n和马赫数M的控制。通过对裂纹尖端场的渐近分析,从应变角度出发,提出了蠕变材料Ⅱ型动态扩展裂纹的断裂判据。     

空间杆系结构实用几何非线性分析

从简单实用的角度论述了空间杆系结构的几何非线性分析方法。文中分析了非线性有限元方法的求解过程,特别强调决定几何非线性收敛结果的关键问题,即由节点位移增量计算单元的内力增量。通过引入转随转坐标系,论述了平面和空间梁单元小应变时单元内力增量的计算问题。针对杆系结构的大应变问题,从有限应变理论出发进行分析,提出了对该问题的有效处理方法,并且用实例进行了验证。计算结果表明,该实用几何非线性分析方法是可靠和有效的。     

静动组合作用下旋转壳拉伸塑性失稳

分析了静动组合作用下几种旋转壳拉伸塑性失稳问题,给出了失稳条件下具有σ_1=A(B+ε_i)″应变强化材料的壳体的应力和应变.     

带有全铰节点的三维杆系结构静力分析的回传波射矩阵法研究

推导出含有全铰节点的三维杆系结构的回传波射矩阵表达式,完善了具有任意连接和约束的空间杆系结构静力分析的回传波矩阵法.基于节点平衡方程和协调方程,推导出表达杆件近端位移和远端位移关系的传递分配矩阵及载荷源向量,并通过由对偶坐标系下近端位移和远端位移的关系获得结构的总体相位矩阵,再引入转列矩阵,进而推导出结构的回传波射矩阵,在此基础上求解以杆端位移为基本未知量的线性方程组,最终得到精确确定所有杆件的杆端位移及杆端内力的矩阵列式.给出了空间杆系结构算例分析,与有限元结果比较,验证了回传波射矩阵法的计算精度.     

可压缩粘弹性材料Ⅱ型动态扩展裂纹尖端场

为了研究粘性效应作用下的动态扩展裂纹尖端渐近场,建立了可压缩粘弹性材料II型动态扩展裂纹的力学模型,推导了可压缩材料Ⅱ型动态扩展裂纹的本构方程.在稳态蠕变阶段,弹性变形和粘性变形同时在裂纹尖端场中占主导地位,应力和应变具有相同的奇异量级r-1/(n-1).通过渐近分析求得了裂纹尖端应力、应变和位移分离变量形式的渐近解,并采用打靶法求得了裂纹尖端应力、应变和位移的数值结果,给出了应力、应变和位移随各种参数的变化曲线.数值计算表明,弹性变形部分的可压缩性对Ⅱ型裂尖应力场影响甚微,而对应变场和位移场影响较大.裂尖场主要受材料的蠕变指数n和马赫数M的控制.当泊松比ν =0.5时,可以退化为不可压缩粘弹性材料Ⅱ型动态扩展裂纹.     

超静定梁?柱的解析解研究

本文采用渐进积分法研究了超静定梁?柱的弯曲问题. 首先建立超静定梁?柱的四阶挠度微分方程, 考虑到边界条件和连续光滑条件, 采用连续分段独立一体化积分法求解得到了挠度的精确解析解. 为了满足工程设计需要, 构造了超静定梁?柱的四阶挠度微分迭代方程, 选取无轴向力作用时超静定梁的挠曲线作为梁的初函数, 将初函数代入梁的四阶挠度微分迭代方程进行积分, 利用边界条件和连续光滑条件确定积分常数, 得到下一次迭代挠度函数, 依次进行迭代积分运算. 计算出了最大挠度、最大转角和最大弯矩等用轴向力放大系数表示的多项式解析函数解. 本文选取了两种边界条件下受分布力作用的超静定梁?柱进行分析, 计算结果表明, 当超静定梁?柱所受的轴向力小于欧拉临界力的1/2时, 迭代六次误差就可以控制在1%以内; 不仅梁?柱最大位移和最大内力的大小随轴向力的增大而增大, 而且其位置也随轴向力的增大而发生迁移. 本文的研究对揭示轴向力对超静定梁?柱变形和内力的影响有重要意义, 为超静定梁?柱的实际设计提供了一定的理论基础.      

On the application of mixed method to solve solids of revolution with discrete fixed supports

In this paper, the force method of statically indeterminate structure mechanics is used to treat the solids of revolution with discrete fixed supports. The reactionary forces of discrete fixed supports are considered as statically indeterminate unknown variables. The force-method canonical equations, in which the coefficient matrix and the right-hand vector are computed by semi-analytical finite element method, are solved. Then the finite element solution of solid of revolution with discrete fixed supports is calculated with the external loads superposed from the assigned external loads and the reactionary forces of discrete supports.     

葵花型索穹顶结构等效平面桁架静力计算方法

选取n次轴对称葵花型索穹顶结构的1/n,将空间轴对称结构等效为一次超静定平面桁架结构.给出了葵花型索穹顶结构撑杆不在同一径向上的内力和位移处理方法,推导了力法求解约束力的计算公式,提出了小变形时各点位移计算的位移传递矩阵和计算公式.最后,通过一个算例介绍了该方法的计算过程并与有限元计算结果进行了比较,内力和位移误差均在工程设计要求内,验证了方法的正确性和准确性.     

Soft-impact dynamics of deformable bodies

Systems constituted by impacting beams and rods of non-negligible mass are often encountered in many applications of engineering practice. The impact between two rigid bodies is an intrinsically indeterminate problem due to the arbitrariness of the velocities after the instantaneous impact and implicates an infinite value of the contact force. The arbitrariness of after-impact velocities is solved by releasing the impenetrability condition as an internal constraint of the bodies and by allowing for elastic deformations at contact during an impact of finite duration. In this paper, the latter goal is achieved by interposing a concentrate spring between a beam and a rod at their contact point, simulating the deformability of impacting bodies at the interaction zones. A reliable and convenient method for determining impact forces is also presented. An example of engineering interest is carried out: a flexible beam that impacts on an axially deformable strut. The solution of motion under a harmonic excitation of the beam built-in base is found in terms of transverse and axial displacements of the beam and rod, respectively, by superimposition of a finite number of modal contributions. Numerical investigations are performed in order to examine the influence of the rigidity of the contact spring and of the ratio between the first natural frequencies of the beam and the rod, respectively, on the system response, namely impact velocity, maximum displacement, spring stretching and contact force. Impact velocity diagrams, nonlinear resonance curves and phase portraits are presented to determine regions of periodic motion with impacts and the appearance of chaotic solutions, and parameter ranges where the functionality of the non-structural element is at risk.     

基于材料力学弯曲理论求解非线性梁的探讨

基于材料力学弯曲理论,利用广义变分原理研究了非线性本构关系静不定梁支承反力的求解,指出了有关文献求解非线性本构关系静不定梁支承反力存在的错误．研究结果表明：本构关系为的静不定梁弯曲时,会同时存在曲率为正、曲率为负的梁段．当n为奇数时,曲率为正梁段的余能表达形式与曲率为负的余能表达式相同．当n为偶数时,曲率为正梁段的余能表达式与曲率为负梁段的余能表达式则不相同,存在正负号的差异．     

Transverse-longitudinal bending of rheonomic rods

In [1, 2], an energy method for the determination of critical buckling times is developed for rods subjected to compression in the conditions of longitudinal bending. In this case, for given compressive loads, the bending moments in the rod cross-sections depend only on the current deflection of the rod axis. In contrast to longitudinal bending, in the case of transverse-longitudinal bending the bending moment in general depends not only on the deflection but also on the axial coordinate and the reaction forces in the supports. Depending on the rod fixing conditions, the problems of transverse-longitudinal bending can be categorized as statically determinate or statically indeterminate. In the latter case, the derivation of equilibrium conditions for a rod segment is complicated by the indefiniteness of the reactions in the rod buckling process. In the current paper, the energy method developed in [1, 2] is extended to a class of statically indeterminate transverse-longitudinal bending problems. To determine the redundant variables, it is proposed to use the principle of minimum of additional dissipation.     

超静定捆绑火箭传力试验设计方法

在综合分析试验产品,边界条件,加载激励,测量可实现性等多方面因素基础上,本文设计了一套超静定捆绑火箭传力试验方法,并通过了地面验证.该设计方法能够有效验证超静定捆绑火箭内力载荷计算的准确性,具有重要的工程指导意义.     

自适应超静定桁架结构强度控制的研究

以超静定桁架结构为背景研究了自适应结构的承载能力,探讨作动器和杆单元的共同工作,用以进行结构分析和控制结构承载能力,后者意指通过作动器的主动变形调控结构的内力分布以获得更加合理的工作状态。