不可压饱和粘弹性多孔介质的变分原理及其无网格模拟

基于饱和多孔介质理论,在固相和液相微观不可压,固相骨架小变形且满足线性粘弹性积分型本构关系的假定下,建立了流体饱和粘弹性多孔介质动力响应的若干Gurtin型变分原理,包括Hu-Washizu变分原理.利用所建立的变分原理,导出了流体饱和粘弹性多孔介质动力响应无网格数值模拟的离散控制方程,此方程是一个关于时间的对称微分方程组,便于分析计算.作为数值例子,研究了流体饱和粘弹性多孔柱体的一维动力响应,数值结果揭示了流体饱和粘弹性多孔柱体中波的传播特性以及固相粘性的影响.     

不可压饱和粘弹性多孔介质固结问题的Gurtin型变分原理

基于多孔介质理论,在固相骨架和孔隙流体微观不可压,固相骨架小变形且满足线性粘弹性积分型本构关系的假定下,利用卷积积分的性质,本文首先建立了以固相骨架位移、孔隙流体相对速度和孔隙流体压力为宗量的流体饱和粘弹性多孔介质固结问题的一个Gurtin型变分原理.其次,利用Lagrange乘子法解除相关的变分约束条件,建立了流体饱和粘弹性多孔介质固结问题的若干广义Gurtin型变分原理,包括第三类的Hu-Washizu型变分原理.最后,简单讨论了等价初边值问题的相应变分原理.这些Gurtin型变分原理的建立不仅丰富了饱和粘弹性多孔介质的相关理论,而且为相关数值模拟方法,如有限元法、无网格法等的建立奠定了理论基础.     

流体饱和多孔介质的动力学Gurtin型变分原理和有限元模拟

基于多孔介质理论。在两相不可压和小变形的假设下，建立了流体饱和弹性多孔介质的动力学Gurtin型变分原理，并导出了以此变分原理为基础的有限元离散公式，由于Gurtin型变分原理是卷积型的空间积分泛函，空间的有限元离散导致一个关于时间的对称微分—积分方程组，在一般条件下。该积分—微分方程组可转化为对称的微分方程组，这组方程有别于标准Galerkin有限元的非对称离散方程组，作为数值例子，分析了流体饱和弹性多孔介质中一维纵向波的传播和反射，其结果进一步揭示了饱和多孔介质中波的传播特性。     

论耦合热弹性力学中各种Gurtin型变分原理

本文提出了一条比巳有文献更简单更直接的新途径,系统地建立了耦合热弹性力学中各种Gurtin型变分原理。文中首先给出一个重要的以卷积表示的积分关系式,然后从该式出发,系统地导出成互补关系的八类变量、七类变量、六类变量、五类变量、四类变量、三类变量及二类变量的变分原理。而Nickell和Sackman,Carlson所给出的变分原理,只是本文所建立的新的更一股广义变分原理的部分特殊形式。并且,通过这条新途径,不仅能清楚地阐明各种Gurtin型变分原理之间的内在联系,而且能说明仅以应力场和热流场为独立变量的变分原理的建立过程。     

不可压流体饱和多孔弹性梁的变分原理及有限元方法

基于不可压饱和多孔弹性梁动力弯曲的数学模型,建立了以多孔弹性梁挠度和孔隙流体压力等效力偶为宗量的Gurtin型变分原理,并给出了特殊边界条件下解耦时的仅以挠度为宗量的变分原理.同时,作为动力响应的退化情形,讨论了拟静态情形下的相应变分原理.根据所建立的变分原理,导出了一个有限元离散公式.由于Gurtin型变分原理是关于时间的卷积型的泛函,空间的有限元离散导致一个关于时间的对称微分一积分方程组,此方程组可进一步转化为常微分方程组.利用隐式Euler法,给出了时间区域的计算格式.作为一个数值例子,分析了饱和多孔弹性悬臂梁在自由端简谐载荷作用下的动力响应,分析了流相与固相相互作用对饱和多孔弹性悬臂梁动力响应的影响.     

饱和多孔介质中的混合有限元法和有限应变下应变局部化分析

对基于Biot理论的饱和多孔介质中动力-渗流耦合分析提出了一个耦合场混合元．固相位移、应变和有效应力以及流相压力、压力梯度和Darcy速度在单元内均处理为独立变量分别插值．基于胡海昌-Washizu三变量广义变分原理给出的饱和多孔介质动力-渗流耦合问题控制方程的单元弱形式，导出了单元公式．进一步导出了考虑压力相关非关联塑性的非线性单元公式和发展了相应的一致性算法．对几何非线性分析，采用了共旋公式途径．数值结果例题显示所发展耦合场混合元模拟大应变下由应变软化引起以应变局部化为特征的渐进破坏现象的性能．     

关于线粘弹性动力学中各种变分原理

本文提出一条简单而统一的新途径,系统地建立了线粘弹性动力学中各种简化Gurtin型变分原理,文中首先给出一个很有用的以卷积表示的积分关系式,然后从该式出发,系统地导出成互补关系的五类变量、四类变量、三类变量、二类变量及一类变量简化Gurtin型变分原理,并清楚地阐明它们之间的内在联系,而且,还发现当前在国际上有广泛影响的力学变分原理方面的名著[1]及文[2]中,所给出的四个变分原理的泛函式均有误.本文除给出这四个正确的泛函式外,还建立了一些新的更一般广义变分原理。     

带孔隙损伤的弹性固体的广义变分原理

应用弹性微结构理论,建立了具广义力场带孔隙损伤线弹性固体的基本模型．应用变积方法,同时分别建立了带孔隙损伤弹性固体四类和两类变量的广义变分原理,这些变分原理对应着带孔隙损伤弹性固体微分方程和初值边值条件．应用弹性微结构理论,建立了带孔隙损伤的弹性Timoshenko 梁的基本方程,得到带孔隙损伤的弹性Timoshenko 梁两类变量的广义变分原理．这些广义变分原理为近似求解带孔隙损伤的弹性问题提供了有效途径．     

电磁弹性动力学初边值问题12类变量广义变分原理

基于Yao建立的电磁弹性固体广义变分原理,运用关于非传统Hamilton型广义变分原理的方法,建立了电磁弹性动力学初边值问题的12类变量广义变分原理,可反映该问题的全部特征,其独立变分变量为该问题的全部变量,即位移、速度、动量、应变、应力、电位移、磁感应强度、电场强度、磁场强度、电标量势、磁标量势和磁矢量势.本文建立的...     

有限变形弹性动力学的非传统Gurtin型变分原理

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，系统地建立了有限变形弹性动力学的各类非传统Gurtin型变分原理，给出一个以卷积表示的重要关系式，可以认为，该式是有限变形动力学的广义虚功原理的表式。从该式出发，不仅能得到有限变形动力学的虚功原理，而且通过给出的一系列广义Legendre变换，还能系统地成对导出5类变量，3类变量，2类变量和1类变量非传统Gurtin型变分原理的互补泛函。通过这条途径还能清楚地阐明这些原理之间的内在联系。     

Semi-inverse method and generalized variational principles with multi-variables in elasticity

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎ 1 954,Ｈｕ[1,2 ]ｄｅｄｕｃｅｄＨｕ＿Ｗａｓｈｉｚｕｐｒｉｎｃｉｐｌｅｂｙｓｏ＿ｃａｌｌｅｄｔｒｉａｌ＿ａｎｄ＿ｅｒｒｏｒｍｅｔｈｏｄ ,ａｎｄｉｎ1 964 ,Ｃｈｉｅｎ[3]ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈｅＬａｇｒａｎｇｅｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｍｅｔｈｏｄ ,ｂｙｗｈｉｃｈｈｅｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｄｅｄｕｃｅｄＨｕ＿Ｗａｓｈｉｚｕｐｒｉｎｃｉｐｌｅ.Ａｆｔｅｒｔｈａｔｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄｖａｒｉａｔｉｏｎａｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｃａｎｂｅａｒｒｉｖｅｄａｔ…     

Variational principles of fluid full-filled elastic solids

IntroductionManypracticalproblemsinengineeringinvolveanalysisoffluidfijll-filledelasticsolids.Energyexplorationand"utilizationaretwoexamples.ThefieldequationsofBlot'sstaticalanddynamicaltheoryoffluidfijll-filledelasticsolidswereestablishedinRefs.[1,Zj.BecausetheitisdifficulttogetexactanswersInumericalmethodsareadopted,especiallythet'initCelementmethod.Theelementmethodbasedonvariationalprinciplesisappliedextensively.GhaboussiandWilsonderivedvariationalprinciplesonthebasisofBlot'sequationsan…     

STUDY OF THE EQUIVALENT THEOREM OF GENERALIZED VARIATIONAL PRINCIPLES IN ELASTICITY

The relations of all generalized variational principles in elasticity are studied by employing the invariance theorem of field theory. The infinitesimal scale transformation in field theory was employed to investigate the equivalent theorem. Among the results found particularly interesting are those related to that all generalized variational principles in elasticity are equal to each other. Also studied result is that only two variables are independent in the functional and the stress-strain relation is the variational constraint condition for all generalized variational principles in elasticity. This work has proven again the conclusion of Prof. Chien Wei-zang.     

Structural function theory of generalized variational principles for linear elastic materials with voids

In this paper,we have obtained generalized variational principles for linear elasticmaterials with voids from structural function theory.Correspondent relations betweenstructural functions and generalized variational principles are given.     

线弹性力学广义变分原理的构造函数理论

本文从构造函数理论来讨论广义变分原理,得到了构造函数与广义变分原理之间的对应关系,以及单值构造函数的一般解.     

电磁弹性固体三维问题的广义变分原理

提出了以电磁弹性固体所有变量应力、应变、位移、电位移、电场强度、电势、磁感应强度、磁场强度和磁势为自变量的电磁弹性固体三维问题最一般形式的广义变分原理。它们涵盖了电磁弹性固体问题所有的基本方程和边界条件。在此基础上还可以进一步给出部分变量为自变量的其它形式广义变分原理。     

On the canonical equations of Kirchhoff-Love theory of shells

The paper outlines a procedure to derive the canonical system of equations of the classical theory of thin shells using Reissner’s variational principle and partial variational principles. The Hamiltonian form of the Reissner functional is obtained using Lagrange multipliers to include the kinematical conditions that follow from the Kirchhoff-Love hypotheses. It is shown that the canonical system of equations can be represented in three different forms: one conventional form (five equilibrium equations) and two forms that are equivalent to it. This can be proved by reducing them to the same system of three equations. For problems with separable active and passive variables, partial variational principles are formulated __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 43, No. 10, pp. 99–107, October 2007.     

粘性流体动力学有限元变分原理

本文把建立有限元变分原理的一种新方法“N>2直接方法”从固体力学推广到流体力学,并用该方法把粘性流体动力学的广义功率消耗原理和广义变分原理发展成为有限元变分原理。还在论证中发现,相邻有限元交界面上的应力协调条件会自然地满足而无需引进任何拉民乘子。本文还建立了混合杂交非协调元的变分原理和广义变分原理,它解除了全部协调性约束条件和其它的边界性约束条件,但是并不增加待定的拉氏乘子,因此使有限元计算得到简化。本文结果可以作为粘性流体动力学有限元计算的基础定理。     

Variational principles of nonlinear piezothermoelastic media

Through the phenomenological approach, the nonlinear constitutive equations coupling the electro/magnetic thermoelastic media are derived. Several nonlinear variational principles for piezothermoelastic continua are presented and employed to formulate the incremental variational principles which are of important significance in practical applications such as the nonlinear finite element analysis, the buckling, postbuckling and dynamic stability analyses of piezoelectric smart structures. The work is supported by the National Natural Science Foundation, the Doctoral Education Foundation and the Aerospace Foundation.