二维Nonlocal线弹性理论的变分原理与对偶方程

基于Eringen提出的Nonlocal线弹性理论的微分形式本构关系,导出了相应的能量密度表达式,进而得到二维Nonlocal线弹性理论的变分原理.利用变分原理导出了对偶平衡方程和相应的边界条件.进而给出了非局部动力问题的Lagrange函数,并引入对偶变量和Hamilton函数,得到了对偶体系下的变分方程.在Hamilton体系下,通过变分得到了二维Nonlocal线弹性理论的对偶平衡方程和相应的边界条件.     

孔隙热弹性体有限变形动力学的若干变分原理

首先通过对熵均衡方程积分,将其变换为无一阶时间导数项的等价方程,再将Hamilton变分原理运用和推广于各向异性孔隙热弹性体有限变形动力学中,建立了相应的非线性控制微分方程、力的边界条件和初始条件.同时,引入孔隙百分比变化和温度变化引起的力矩,将Hamilton变分原理推广到孔隙热弹性结构中,提出了以Kirchhoff-Love假设为基础的孔隙热弹性Karman-型薄板的完全的非线性数学模型,该模型考虑了中面力、中面惯性和转动惯性影响.     

相空间中非保守系统的Herglotz广义变分原理及其Noether定理

与经典变分原理相比,基于由微分方程定义的作用量的Herglotz广义变分原理给出了非保守动力学系统的一个变分描述,它不仅能够描述所有采用经典变分原理能够描述的动力学过程,而且能够应用于经典变分原理不能适用的非保守或耗散系统.将Herglotz广义变分原理拓展到相空间,研究相空间中非保守力学系统的Herglotz广义变分原理与Noether定理及其逆定理.首先,提出相空间中Herglotz广义变分原理,给出相空间中非保守系统的变分描述,导出相应的Hamilton正则方程;其次,基于非等时变分与等时变分之间的关系,导出相空间中Hamilton-Herglotz作用量变分的两个基本公式;再次,给出Noether对称变换的定义和判据,提出并证明相空间中非保守系统基于Herglotz变分问题的Noether定理及其逆定理,揭示了相空间中力学系统的Noether对称性与守恒量之间的内在联系.在经典条件下,Herglotz广义变分原理退化为经典变分原理,与之相应的相空间中的Noether定理退化为经典Hamilton系统的Noether定理.文末以著名的Emden方程和平方阻尼振子为例说明上述方法和结果的有效性.     

耦合热弹性动力学中各类Hamilton型拟变分原理

根据古典阴阳互补和现代对偶互补的基本思想,通过作者早已提出的一条简单而统一的途径,系统地建立了耦合热弹性动力学的各类Hamilton型拟变分原理。这种以单一泛函的变分式表示的Hamilton型拟变分原理,能精确反映耦合热弹力动力学初值－边值问题的全部特征。文中首先给出一个在力学上可以认为是广义拟虚功原理的表式。然后从该式出发,通过所给出的一系列广义Legendre变换,系统地推导出耦合热弹性动力学的8类变量、6类变量、4类变量和2类变量Hamilton型拟变分原理。同时,通过这条途径还能阐明这些原理的内在联系。     

Hamilton体系下矩形薄板受抛物线压力载荷的屈曲分析

针对四边简支矩形薄板在两对边相向的非线性分布压力下的面内应力分布以及屈曲问题,应用弹性力学的Hamilton体系和Galerkin法进行了研究.基于弹性力学的平面矩形域Hamilton体系,根据辛本征向量展开解法,得到了对应于零本征值和非零本征值的含待定常数的实数型面内应力分布通解.依据必须满足的应力边界条件,导出了矩形薄板在抛物线分布载荷下的面内应力分布.考虑到应力分布表达式的复杂性,用完全的解析方法得到屈曲载荷是不可能的.因此,运用基于虚功原理的Galerkin法,根据四边简支矩形薄板弯曲的位移边界条件,给出了不同长宽比矩形薄板受抛物线分布载荷的屈曲临界载荷.通过与已有文献中DQ法给出的数值计算结果比较,表明了本文求解方法的有效性和正确性.基于所给出的结果,可望为解决矩形薄板在非线性分布载荷下的面内应力分布以及屈曲问题提供一种新的研究方法.     

二维非局部线弹性平面问题的辛分析

将二维非局部线弹性理论引入到Hamilton体系下,基于变分原理推导得出了二维线弹性理论的对偶方程和相应的边界条件.在分析验证对偶方程的准确性的基础上,该套方法被应用于二维弹性平面波问题的求解.将精细积分与扩展的W-W算法相结合在Hamilton体系下建立了求解平面Rayleigh波的数值算法.从推导到计算的保辛性确保了辛体系非局部理论与算法的准确性.通过对不同算例的数值计算,分析和对比了非局部理论方法与传统局部理论方法的差别,并进一步指出了该套算法的适用性和优势所在.     

固支矩形Mindlin板弯曲问题的辛求解体系

本文利用二类变量广义变分原理推出了Mindlin板弯曲问题的Hamilton体系，利用辛几何方法对全状态向量进行分离变量，得到相应的横向本征问题，在求出其本征值后，按本征函数展开法导出了原问题的辛本征通解。给出了一个承受集中载荷的四边固支矩形薄板的算例，按本文求解体系得到的解与经典解吻合较好。本文直接从Mindlin板弯曲问题出发，在其Hamilton体系内使用辛几何方法给出了的一套新的求解体系，突破了传统解法的局限性，具有一般性及较高的理论推广价值。     

平面扇形域问题的新正交关系和变分原理

通过构造新的对偶向量, 用空间的环向坐标数学上比拟Hamilton体系的时间变量, 在平面弹性扇形域问题中导出了一个斜对角Hamilton算子. 该算子具有主对角元为零, 斜对角元是非零对称算子的结构特性. 得到两个独立的、对称的子正交关系. 恰当选择对偶向量后, 直角坐标系下各向同性平面弹性问题的新正交关系被推广到 极坐标情形. 根据控制微分方程的弱(积分)形式及相应的边界条件, 建立了对应边值问题的变分原理, 并提出了相应的泛函表达式.     

一类基于Hamilton体系的半解析法

利用偏微分方程在Hamilton体系中的表示和二类变量变分原理,结合有限元法,提出一类基于Hamilton体系的半解析法。本文以二阶非齐次椭圆型方程为例,给出了这类半解析法中的一种的有限元列式和算例,与解析解、Ritz法、有限条法和有限元法的结果比较表明,此法具有较高的精度,还可求解其它其些偏微分方程,有一定的普遍意义。     

弹性力学的混合方程和Hamilton正则方程

本文指出,在弹性力学基本方程中,按变量分类的位移方程,应力方程以外的第三种混合方程,以及按运算子分类的微分方程、变分原理以外的第三种Hamilton方程,它们正好是对应的。本文讨论了静力的和动力的情况以及它们可能的应用。     

三质点共线碰撞问题的理论分析

以三质点弹性碰撞系统为例，考虑质点之间相互作用时局部的接 触变形信息，并基于矩阵函数理论得到了三质点弹性碰撞系统Hamilton空间中的严格理论 解. 基于理论分析结果，详细讨论了不同质点之间的质量比以及接触刚度比对质点碰撞后的 动力学行为的影响，包括可能产生的不同分离模式，接触点的分离次序，以及由此可能导致 的内碰撞现象等.     

加强板的弯矩函数列式

本文首先谇薄板弯曲问题矩函数的物理意义,据此,将弯矩函数列式推广到具有加强条的薄板弯曲问题,给出了与平面弹性问题完全对应的余能原理。     

弹性力学状态变量体系下带有初应力的振动问题

通过在Hellinger-Reissner广义势能中引入应变的非线性项,推导出了弹性力学Hamilton体系下的具有初应力的振动方程,并运用精细积分给出了两端简支的梁、组合梁和四边简支板及组合板在初应力下振动频率。本文结果是严格弹性力学意义(没有引入任何几何变形假设)下的精确解,为衡量各种计入剪切变形的薄板、中厚板理论的准确性提供了一个标准。     

厚板弹塑性混合状态Hamiltonian元的半解析法

采用初应力法并通过对增量形式Ｈｅｌｌｉｎｇｅｒ－Ｒｅｉｓｓｎｅｒ变分原理的修正，给出了厚板弹塑性分析的Ｈａｍｉｌｔｏｎ正则方程及其相应的半解析法。此法在厚板平面内采用通常的有限元离散，而沿板厚方向采用状态空间法给出半解析解答。     

矩形空腔内Stokes流的状态空间有限元法

基于Hellinger-Reissner二类变分原理,从平面Stokes流问题的平衡方程、连续性要求和边界条件出发,得到相应的Hamilton函数,建立Hamilton正则方程后,采用分离变量法对场变量进行离散求解:在x方向采用有限元插值,在y方向采用状态空间法给出控制坐标方向的解析解。计算过程中的指数矩阵均采用精细积分法求解,使得本文算法具有高效率、高精度、对步长不敏感的优点。通过对侧边自由液面边界条件的单板驱动矩形空腔Stokes流问题的求解,得到与文献相同的结果,从而验证了本文方法的有效性。本文旨在将弹性力学状态空间有限元法的思想引入到低雷诺数流体力学中,为Hamilton体系下研究复杂边界Stokes流问题提供新的途径。     

广义Hamilton(控制)系统的离散梯度积分法

对于广义Hamilton系统及广义Hamilton控制系统，基于能量的Hamilton函数，用离散梯度方法给出了系统保持Hamilton函数特征的数值解法，证明了积分方法可有效地保持Hamilton函数随时间的变化率。通过算例说明了本文方法的有效性。     

Hamilton体系下弹性力学的两个守恒律

采用与前稍有不同的方法,将Ｈａｍｉｌｔｏｎ体系引入弹性力学中,并讨论了相应的Ｈａｍｉｌｔｏ函数的守恒性和动量守恒定律,从而丰富了弹性力学的Ｈａｍｉｌｔｏｎ求解体系。     

Acoustoelastic effect simulation by time–space finite element formulation based on quadratic interpolation of the acceleration

Acoustoelastic effect describes the change of ultrasound velocity due to the initial stress. Its simulation involves a numerical analysis of nonlinear elastodynamics and requires high accuracy in the time domain. A time–space finite element formulation, derived from the quadratic interpolation of the acceleration within a time segment, is proposed for an accurate simulation of the acoustoelastic effect in the present study. Ten different integration schemes are generated based on this formulation and nine of them are found to be conditionally stable. Among the nine stable schemes, one is found to obtain a spectral radius of one when the normalized step ratio is less than 5.477, indicating no numerical dissipation or numerical divergence. Compared with integration schemes from previous studies, this integration scheme demonstrates better performance in calculation accuracy and energy conservation. A two-stage approach, namely the static stage and the dynamic stage, has been employed in the simulation of the acoustoelastic effect. The former stage is adopted to obtain the initial stress and the latter stage, where the proposed integration scheme is implemented, is adopted to simulate the ultrasound propagation in an initial stress state. The simulation results of the dynamic stage show that the ultrasound velocity increases in a compression stress state and decreases in a tension stress state for aluminum alloy, which is in good agreement with previous experimental studies. Together with the simulation result of the static stage, it is conjectured that the acoustoelastic effect results from the stress-dependent elastic modulus.     

HAMILTON OPERATORS AND HOMOTHETIC MOTIONS IN R~3

IntroductionPfaff[1]hasbeendefinedaquaternionproductonleaf (theplanecontainingtheOx_axis) .Byaidoftheproduct,anewproductisdefinedonplaneswhichpassesthroughtheorigindonotcontaintheOx_axisandsomeofthepropertiesofthisproducthavebeeninvestigated .Agrawal[2 ]gavesomealgebricpropertiesofHamiltonoperators.Also ,quaternionswereexpressedintermsof 4× 4matricesbymeansoftheseoperators.Yayli[3]gavehomotheticmotionswithaidoftheHamiltonoperatorsatE4 .Hacisalihoglu[4 ]showedthatallHomotheticmotionsinn_di…     

HAMILTON OPERATORS AND HOMOTHETIC MOTIONS IN R^3

Quaternion is a division ring. It is shown that planes passing through the origin can be made a field with the quaternion product in R3. The Hamiltonian operators help us define the homothetic motions on these planes. New characterizations for these motions are investigated.