功能梯度压电圆板轴对称自由振动问题精确解

将功能梯度压电圆板的位移变量和电势变量写为分离变量的形式,由压电动力学平衡方程导出以位移、电势及其一阶导数为状态变量的状态方程,考虑周边固支接地的边界条件,导出了求解功能梯度压电圆板自振频率精确解的方程.将方程退化至一般的非梯度纯弹性圆板的形式,求解其自振频率,得到的结果与相应的理论解完全吻合,从而验证了本文方法的正确性.更进一步地对梯度函数沿板厚以指数形式变化的功能梯度压电圆板的自振频率进行了计算,并得到了梯度化对板自振频率的影响规律.     

功能梯度热释电材料矩形板的三维精确分析

对四边简支、接地、等温的功能梯度热释电材料矩形板进行精确三维分析．根据正交各向异性热释电材料基本方程,导出了功能梯度热释电材料的状态方程．假定材料的机械、电学和热学性质沿板厚方向按统一的指数函数形式梯度分布,获得了四边简支、接地和等温的矩形板,在上下表面作用任意的机械荷载、电荷载和热荷载情况下的三维精确解．通过算例,分析了在机械荷载、电荷载和热荷载分别作用下,材料性质的不同梯度变化对平板结构响应的影响．所获得的精确结果可作为评价其他近似方法的标准解答或者作为建立简化的功能梯度热释电材料平板理论的基础。     

有限长压电层合简支板自由振动的三维精确解

基于三维弹性理论和压电理论,导出了有限长矩形压电层合简支板的动力学方程及相应的边界条件,给出了一种求解压电层合板自由振动三维精确解的方法;分析了正、逆向压电效应对层合板振动频率的影响．本文所述的方法和结果对于求解其他三维动态问题,验证、比较其他简化模型、有限元计算结果以及工程应用都有指导意义．     

压电功能梯度板自由振动的三维解

基于三维弹性理论和压电理论,导出了有限长矩形压电功能梯度板的动力学方程及相应的边界条件,并用幂级数展开法进行了求解.得到了压电功能梯度板自由振动的三维精确解公式,求解了自由振动的固有频率,并分析了压电系数的梯度变化对不同电学边界条件下压电板的自由振动频率的影响.结果可用于校核不同的近似理论及理解压电结构的动态行为.     

功能梯度矩形板的三维弹性分析

将功能梯度三维矩形板的位移变量按双三角级数展开,以弹性力学的平衡方程为基础．导出位移形式的平衡方程。引入状态空间方法,以三个位移分量及位移分量的一阶导数为状态变量,建立状态方程。考虑四边简支的边界条件,由状态方程得到了功能梯度三维矩形板的静力弯曲问题和自由振动问题的精确解。由给出的均匀矩形板自由振动问题的计算结果表明．与已有的理论解以及有限元方法的计算结果相吻合。假设功能梯度三维矩形板的材料常数沿板的厚度方向按照指数函数的规律变化．进一步给出了功能梯度三维矩形板的自由振动问题和静力弯曲问题的算例分析,并讨论了材料性质的梯度变化对板的动力响应和静力响应的影响。     

功能梯度压电材料圆板的简化理论与解析解

提出了功能梯度圆板在轴对称载荷作用下的简化理论与解析解. 引入了板理论的若干假设(Kirchhoff假设的一部分,Reissner-Mindlin假设和文中提出的假设),并假设材料常数在板厚方向按指数规律变化. 推导了板的周边固定或简支同时又接地情况下中性层法线转角的解和用Fourier-Bessel级数表示的电势解. 这个解在形式上比精确解简单得多,进行数值计算时也相当方便与快捷. 该文给出了板的周边固定、接地情况下的计算结果并进行了讨论,对于理论和方法的正确性作了验证.      

加热压电纤维复合材料圆板的横向自由振动

基于经典薄板理论和极正交各向异性材料的本构理论,建立了加热压电纤维复合材料圆板的线性振动控制微分方程。采用打靶法分别获得了加热压电纤维复合材料圆板在周边固支和简支情况下,无量纲固有频率随温度和电场强度变化的关系曲线,并分析了压电纤维体积分数、刚度参数、电场强度和温度变化对压电纤维复合材料圆板无量纲固有频率的影响。结果表明,一定体积分数或者电场强度下,压电纤维复合材料圆板的无量纲固有频率都随温度的升高而单调下降;同一温度下,刚度参数越小,无量纲固有频率越低;电场强度越大,无量纲固有频率越高。     

压电板壳自由振动的三维精确分析

本文简要评述了压电材料板壳结构的研究现状,着重介绍了近年来我们在压电板壳三维分析方面所做的工作：（1）四边简支横观各向同性压电矩形板的状态空间分析方法：（2）横观各向同性压电圆板和环板的状态空间分析方法;（3）横观各向同性压电圆柱壳和球面各向同性压电球壳耦合振动的精确分析。这些工作都直接从压电弹性力学三维基本方程出发,不引进任何变形假设,因此可作为二维简化理论和数值计算方法的校核标准。文末对今后压电材料板壳的研究方向也作了展望。     

功能梯度材料矩形板的三维静动态响应分析

基于线弹性理论的基本方程,选用3个位移分量和3个应力分量作为状态变量,利用状态空间法建立了功能梯度矩形板的三维状态方程. 考虑四边简支的边界条件,采用打靶法数值求解了材料常数沿板厚按幂率变化的弯曲问题和自由振动问题,为求解功能梯度材料三维弹性响应提供了一种方法. 并且给出了功能梯度材料三维矩形板的静动态响应受组分材料分布以及板厚长比变化的影响规律.      

功能梯度旋转圆板的热弹性固有振动

在考虑热因素及旋转运动条件下,针对金属-陶瓷功能梯度圆板的固有振动问题进行研究.给出随温度变化且材料组分沿厚度方向按幂律分布的材料物性参数,依据热弹性理论得到圆板的能量关系式.基于哈密顿原理建立旋转金属-陶瓷功能梯度圆板热弹性动力学方程.采用伽辽金法得到边界约束下圆板的自由振动方程,确定了静挠度及固有振动频率.基于数值...     

Exact solutions for free vibration of transversely isotropic piezoelectric circular plates

By employing the general solution for coupled three-dimensional equations of a transversely isotropic piezoelectric body, this paper investigates the free vibration of a circular plate made of piezoelectric material. Three-dimensional exact solutions are then obtained under two specified boundary conditions, which can be used for both axisymmetric and non-axisymmetric cases. Numerical results are finally presented. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 19872060)     

功能梯度热释电材料平板柱形弯曲问题的精确解

采用状态空间法，假定材料常数沿厚度方向均按同一指数函数规律变化，获得了功能梯度热释电材料平板柱形弯曲问题的精确解。通过算例，分析了在机械荷载、电荷载和热荷载分别作用下，材料性质的不同梯度变化对平板结构响应的影响。     

功能梯度与均匀圆板静动态解之间的相似转换关系

基于经典板理论,研究了功能梯度材料圆板的轴对称弯曲、屈曲和自由振动解与相应的均匀材料圆板解之间的转换关系.通过消去拉-弯耦合项得到了以挠度函数表示的功能梯度圆板的弯曲、屈曲和自由振动控制方程.分析功能梯度圆板与均匀圆板的控制方程之间的相似性,得到了功能梯度材料圆板与均匀圆板的解之间解的相似转换关系,在假定FGM圆板的材料性质沿厚分别以幂函数和指数函数的度变规律后,给出了相应的转换系数的解析表达式.该系数集中反映了功能梯度圆板的材料非均匀性.在已知均匀材料圆板轴对称解的条件下,可将功能梯度材料圆板轴对称问题的求解转化为相似转换系数的计算问题.这一方法可为非均匀板的求解提供了十分便捷有效的途径,而且便于工程应用.     

EXACT SOLUTIONS FOR FREE VIBRATIONS OF TRANSVERSELY ISOTROPIC CIRCULAR PLATES

By virtue of the general solution of dynamic elasticity equations for transverse isotropy as well as the variable separation method, three-dimensional exact solutions of circular plates are obtained under two types of boundary conditions. The solutions can consider both axisymmetric and non-axisymmetric cases. Solutions based on the classical plate theory and Mindlin plate theory are also presented under the corresponding boundary conditions. Numerical results are finally presented and comparisons between the three theories are made. The project is supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 19872060).     

Three-dimensional exact solutions for the free vibration of laminated transversely isotropic circular,annular and sectorial plates with unusual boundary conditions

New state space formulations for the free vibration of circular, annular and sectorial plates are established by introducing two displacement functions and two stress functions. The state variables can be separated into two independent catalogues and two kinds of vibrations can be readily found. Expanding the displacements and stresses in terms of Bessel functions in the radial direction and trigonometric functions in the circumferential direction, we obtained the exact frequency equation for the free vibration for some uncommon boundary conditions. Numerical results are presented and compared with those of FEM to demonstrate the reliability of the proposed method. A parametric investigation is also performed.     

Free axisymmetric vibration of transversely isotropic laminated circular plates

Based on the three dimensional elastic theory, the state equation of the axisymmetric free vibration of transversely isotropic circular plates is established. Taking the advantage of finite Hankel transform, two exact solutions are derived for two boundary conditions, i. e. the rigid-slipping boundary and elastic simply supported boundary. Finally, numerical results are presented and compared with those of FEM. The project is supported by the National Natural Science Foundation of China and the Zhejiang Provincial Natural Science Foundation.     

层合圆柱三维温度场分析的半解析-精细积分法

针对圆柱体的三维温度场分析,提出了一种高效的半解析-精细积分法。将温度场展开为环向坐标的Fourier级数,并对径向坐标进行差分离散,从而把三维热传导方程简化为一系列二阶常微分方程;将这些二阶常微分方程转化为哈密顿体系下的一阶状态方程,并利用两点边值问题的精细积分法求解。由于该方法仅对径向坐标进行差分离散,故相对于传统的数值方法离散规模大幅度减少,不仅提高了计算效率、降低了存贮量,而且缓解了代数方程的病态问题。此外,针对Fourier半解析解,根据热平衡原理推导出了两种材料衔接面的半解析差分方程,从而为求解复合材料层合柱问题打下了基础。算例结果表明,即使对于细长比高达400的圆柱杆件,此方法仍然可以给出精度较高的解答。