九参三角形板元收敛的弱连续条件

引入分片试验的要求分别从协调方程和薄板弯曲平衡方程的弱形式,导出了相同的保证薄板单元收敛的弱连续条件。它也满足F-E-Test,所以收敛性是得到保证的。与积分连续条件相比,弱连续条件更弱。采用弱连续条件构造薄板单元,意味着薄板弯曲的C1连续性要求不是必要的,不仅放松了单元间的C1连续性要求,而且扩大了构造薄板弯曲单元的范围。根据本文的弱连续条件,构造了两个单元作为算例,它通过Irons的分片试验;对12种情形,数值计算表明,数值精度也很高,在16×16的细网格下它们的平均计算精度开始高于DKT。     

薄板弯曲分析的高阶高效无网格法

与传统有限元法相比,无网格法具有节点形函数高度光滑、易于形成高阶近似等优势,更适合于以薄板弯曲问题为代表的高阶偏微分方程的数值求解。然而,高阶无网格法的形函数是非多项式的有理函数,导致弱形式的区域积分难以得到精确计算,通常采用的高阶高斯积分方法需使用大量积分点,计算效率低且精度不高。本文针对薄板弯曲问题的高阶（三阶）无网格法分析,首次发展了与该高阶近似相一致的曲率光顺方案,并基于背景三角形积分单元建立了相应的数值积分格式,大幅度减少了所需的积分点数目。所发展方法的关键在于计算刚度阵所需的形函数的二阶导数由形函数及其一阶导数通过散度定理确定,而非对形函数直接求导获得。数值结果表明,基于标准的高斯积分方案的高阶无网格法精度不高,不能精确再现纯弯曲和线性弯曲模式,且得到的弯矩场分布存在严重的虚假数值振荡。而本文所建议的基于曲率光顺方案的高阶无网格法能够方便高效地求解薄板弯曲问题,尤其是它能精确反映纯弯曲和线性弯曲模式。与标准的高斯积分方法和目前主流的常曲率光顺方法相比,本文方法在计算效率、精度、弯矩分布等方面均展现出显著优势,因而具有较好的应用价值。     

纵横荷载共同作用下基础板弯曲问题样条边界元分析

本文从计入中面力的薄板控制微分方程出发,导出了求解纵横荷载共同作用下基础板弯曲问题和稳定问题的计算格式,耦合片平面问题和板弯曲问题,有效地解决了复杂荷载作用下板弯曲问题和临界荷载的计算。     

圆薄板轴对称弯曲问题的基本方程讨论

首先通过级数展开和求极限运算的方法,确定了等厚度圆薄板轴对称大/小挠度问题的弯曲微分方程在圆心处的表达式.其次,根据轴对称问题的特点,推导出了实心圆薄板在圆心处应满足边界条件的数学表达式,使圆薄板轴对称大/小挠度问题的弯曲微分方程应满足的边界条件达到了应有的数量.本文工作进一步完善了圆薄板轴对称弯曲问题的微分方程形式和边界条件,从而使我们可以利用成熟的微分方程数值解法,对具有较复杂载荷的实心圆薄板轴对称弯曲微分方程进行数值求解.     

热弹性薄板大挠度弯曲的BEM法

本文首先基于理性力学非线性几何场理论，建立了等效速率形式的热弹性薄板的Ｋａｒｍａｎ方程，通过将热弹性薄板大挠度弯曲问题的看成平板弯曲问题与平面大变形问题的耦合，在固定坐标系及拖带坐标系上推导出两组边界积分方程，从而建立起新的分析热性薄板大挠度弯曲问题的边界元。本文的方法较双往分析此问题的边界法在理论上更准确，合理，算例表明本文的方法理论可靠，精度良好。     

面内变刚度薄板弯曲问题的挠度?弯矩耦合神经网络方法

发展了一种求解面内变刚度功能梯度薄板弯曲问题的神经网络方法. 面内变刚度薄板弯曲问题的偏微分控制方程为一复杂的4阶偏微分方程, 传统的基于强形式的神经网络解法在求解该偏微分方程时可能会遇到难以收敛、边界条件难以处理的情况. 本文基于Kirchhoff薄板弯曲理论, 提出了一种直角坐标系下任意面内变刚度薄板弯曲问题的神经网络解法. 神经网络模型包含挠度网络与弯矩网络, 分别用于预测薄板的挠度与弯矩, 从而将求解4阶偏微分方程转换为求解一系列二阶偏微分方程组, 通过对挠度、弯矩试函数的构造可使得神经网络计算结果严格满足边界条件. 在误差的反向传播中, 根据本文提出的误差函数公式计算训练误差并结合Adam优化算法更新模型的内部参数. 求解了不同边界条件、形状的面内变刚度薄板弯曲问题, 并将所得计算结果与理论解、有限元解进行对比. 研究表明, 本文模型对于求解面内变刚度薄板弯曲问题具备适应性, 虽然模型中的弯矩网络收敛较挠度网络要慢, 但本文方法在试函数的构造上更为简单、适应性更强.      

Winkler地基上各向异性薄板弯曲的精确解-广义积分变换解

外界载荷作用下复合材料薄板的弯曲行为是工程重点关注的问题之一。针对各向同性和正交各向异性的薄板弯曲问题,研究人员已给出了经典数值解。由于计算的复杂性,针对各向异性薄板弯曲问题的解答较少。本文从薄板弯曲问题的控制方程出发,建立符合该问题的辅助特征方程,并确定相应的特征值和特征函数。利用广义积分变换的思想,建立了求解非正交铺层条件下各向异性薄板弯曲问题的数值算法,给出了各向异性薄板弯曲的精确解。与其他文献结果比较发现,该方法具有较好的收敛性和准确性。     

弹性半空间地基上正交异性矩形板弯曲通解

本文先对受任意边界约束的正交各向异性矩形薄板,在各种形式荷载作用下的弯曲问题,构造了四次逐项可导的带有补充项的双重正弦傅里叶级数新通解.该解析解既不需要叠加,对不同的物性参数又不需要分类,而且待定系数少又具有明确的物理含义,这使得正交各向异性矩形薄板的弯曲问题求解统一化、简单化、规律化.然后将新通解与弹性半空间受任意竖向荷载作用下的静力位移积分变换解相结合,得出弹性半空间地基上受任意边界约束的正交各向异性矩形板,在任意竖向荷载作用下的弯曲解析解.本文还给出了算例分析,其结果与文献吻合良好,证明本文的方法是切实可行的.     

弹性力学的平衡差分解法

本文从基本的平衡方程出发,导出了含边界条件的弹性力学差分方程;给出了平面问题,梁弯曲问题,薄板弯曲问题的具体形式和算例。这种方法适用各种边界和荷载情况,而且放松了对位移连续性的要求。     

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。     

考虑场地介质随机特性的无限域波动分析

针对场地介质具有随机特性的无限域地震波动分析问题，在概率空间中将随机反应向量按随机介质场离散所得主导随机变量的正交多项式级数形式展开，使随机微分方程变换确定性的扩阶线性方程组，并在波动的元模拟技术的基础上，构造了扩阶透射人工边界公式，两者结合形成了求解无限域随机介质中波动传播问题的有限元分析方法，该方法不仅不受基于摄动思想各类方法的久期项的干扰，而且避免了采用模拟方法时人工边界区单元参数样本不均匀所引起的数值计算不稳定问题。     

ENERGY RELEASE RATE COMPONENTS ANALYSIS OF LAMINATES WITH EMBEDDED DELAMINATION

This paper is the continuation of the authors' previous investigation inwhich the formula of total energy release rate at each point along the delaminationboundary iS derived by using variational method of moving boundary.In the presentpaper,the analytical model is reformed and the individual components of energyrelease rate are derived in the form of plate theory.The circular delaminationembedded in circular laminates is analysed and some conclusions are obtained.     

The complete infinite series solution of systems governed by the wave equation with boundary damping

A common method of solving initial boundary value problems is separation of variables, denoted as modal analysis in the field of flexible structures. For systems with undamped boundary conditions the method is well-established, but for systems with boundary damping it does not provide closed form solutions. In this paper the exact modal series solution for second order systems with damped boundaries is derived with explicit expressions for the series coefficients. Knowledge of these coefficients enables practical applications of the solution, such as finite dimension approximation. The key element of the derivation is a new orthogonality condition for the damped eigenfunctions. The modal series is also transformed into a traveling wave form. The solution, which is the extension of the classical D’Alembert formula, is represented by a single equivalent propagating wave. A component of the solution, denoted by “end waves”, is identified to provide the continuity of the systems displacement response.     

Cauchy's Theorem on Manifolds

A generalization of the Cauchy theory of forces and stresses to the geometry of differentiable manifolds is presented using the language of differential forms. Body forces and surface forces are defined in terms of the power densities they produce when acting on generalized velocity fields. The normal to the boundary is replaced by the tangent space equipped with the outer orientation induced by outward pointing vectors. Assuming that the dimension of the material manifold is m, stresses are modelled as m − 1 covector valued forms. Cauchy's formula is replaced by the restriction of the stress form to the tangent space of the boundary while the outer orientation of the tangent space is taken into account. The special cases of volume manifolds and Riemannian manifolds are discussed. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

圆外Stokes问题的边界积分公式

针对圆外区域的Stokes问题,利用Fourier展开法,通过自然边界归化得到了一个只与边界速度有关的Stokes问题的边界积分公式.根据此公式及边界速度值,求得区域内速度及压力分布的解析表达式,并通过数值积分的方法进行求解,计算量小,所得速度及压力分布图曲线光滑.最后借助流体软件进行数值计算,结果验证了边界积分公式的正确性、可行性.     

弹性力学的一种边界无单元法

首先对移动最小二乘副近法进行了研究，针对其容易形成病态方程的缺点，提出了以带权的正交函数作为基函数的方法－改进的移动最小二乘副近法，改进的移动最小二乘逼近法比原方法计算量小，精度高，且不会形成病态方程组，然后，将弹性力学的边界积分方程方法与改进的移动最小二乘逼近法结合，提出了弹性力学的一种边界无单元法，这种边界无单元法法是边界积分方程的无网格方法，与原有的边界积分方程的无网格方法相比，该方法直接采用节点变量的真实解为基本未知量，是边界积分方程无网格方法的直接解法，更容易引入界条件，且具有更高的精度，最后给出了弹性力学的边界无单元法的数值算例，并与原有的边界积分方程的无网格方法进行了较为详细的比较和讨论。     

On wave propagation in inhomogeneous elastic media

Wave propagation in an inhomogeneous elastic rod or slab is considered. The governing equations are written in a matrix form and transformations are sought which reduce the system to a form associated with the wave equation. Integration of the system is then immediate. It is shown that such reduction may be achieved subject to a function involving the density and elastic parameters of the material adopting certain multi-parameter forms. These parameters are available for fitting to the behaviour of a variety of inhomogeneous elastic materials. A specific initial boundary value problem is solved by utilising the present method.     

ANALYSIS OF SYMMETRIC LAMINATED RECTANGULAR PLATES IN PLANE STRESS

Symmetric laminated plates used usually are anisotropic plates. Based on the fundamental equation for anisotropic rectangular plates in plane stress problem, a general analytical solution is established accurately by method of stress function. Therefore the general formula of stress and displacement in plane is given. The integral constants in general formula can be determined by boundary conditions. This general solution is composed of solutions made by trigonometric function and hyperbolic function, which can satisfy the problem of arbitrary boundary conditions along four edges, and the algebraic polynomial solutions which can satisfy the problem of boundary conditions at four corners. Consequently this general solution can be used to solve the plane stress problem with arbitrary boundary conditions. For example, a symmetric laminated square plate acted with uniform normal load, tangential load and nonuniform normal load on four edges is calculated and analyzed.     

箱形梁剪力滞效应分析中的翘曲位移函数及广义内力研究

以薄壁箱梁的弯曲计算理论为基础,从分析翼缘板的面内剪切变形和弯曲剪力流的分布规律入手,从理论上证明二次抛物线是箱形梁剪力滞效应分析中的合理翘曲位移函数。选取剪力滞效应引起的附加挠度作为广义位移,用基于最小势能原理的能量变分法建立箱形梁剪力滞效应分析的控制微分方程和边界条件。对箱梁横截面上新出现的广义内力给出严密定义,并建立了剪力滞翘曲应力的简便计算公式,它与初等梁弯曲应力公式具有相同的形式。对一个简支箱梁模型的计算表明,计算值与实测值吻合良好,从而证实了本文的分析方法和建立的公式是正确的。不同于弯矩的分布,剪力滞广义力矩具有快速衰减的分布特征。对集中荷载作用下的简支箱梁算例,剪力滞效应使其跨中挠度增大达12%,工程实践中必须认真对待。     

含脱层层合板的能量释放率各型分量分析

本文是文献［１］的继续。文献［１］利用可动边界变分问题，导出了层合板内部脱层前缘各点处的总能量释放的表达式。在此基础上，本文对文献［１］的分析模型作了进一步的完善，导出了层板理论分析下的能量释放率各型分量的表达式，并对圆形脱层进行了计算分析。