周期载荷下超弹性圆柱壳的动力响应

研究了不可压超弹性圆柱壳在内表面周期载荷及突加常值载荷作用下的运动与破坏等动力响应问题．通过对所得描述圆柱壳内表面运动的非线性常微分方程解的数值计算和动力学定性分析,发现存在一个临界载荷;当突加常值载荷或周期载荷的平均载荷值小于这一临界值时,圆柱壳的运动随时间的演化是周期性的或拟周期性的非线性振动,而当其大于这一临界值时,圆柱壳将被破坏．另外,准静态问题的解可作为突加常值载荷作用下系统动力响应解的不动点,且不动点的性质与动力响应解及圆柱壳运动的性质有关．讨论了圆柱壳的厚度和载荷等参数对临界载荷值和圆柱壳运动特性的影响．     

组合超弹性球体中空穴的动态生成

根据有限变形动力学理论,研究了一个不可压超弹性材料组合球体在突加表面均布拉伸载荷作用下空穴的动态生成问题．当外加载荷超过其临界值时,除一个平凡解外,还有一个包含着球体内部生成的空穴的分叉解;证明空穴随时间的演化是周期性的非线性振动;同时给出了空穴生成时的临界载荷值、空穴振动的相图、振幅及近似的周期．     

表面应力引起的弹性薄膜形状分叉

此工作致力于无约束各向同性弹性薄膜在表面应力发生变化时几何非线性变形分析。基于能量的考虑,导出了曲率与表面应力变化量的关系。与已有线弹性分析结果的显著区别是,当薄膜很薄而上下表面应力差足够大时,薄膜曲率的解不再唯一,而会发生分叉。     

非均匀温度场中组合热超弹性球体的动态孔穴生成

在有限变形动力学的框架下,研究了在非均匀温度场中组合热超弹性球体,在表面均布拉伸死载荷作用下的动态孔穴的生成和增长问题．首先建立了相应的非线性数学模型,利用换元积分方法求得了孔穴半径与外加载荷之间的一个精确的微分关系,并进行了数值计算,得到了不同温度下球体中孔穴生成时的临界载荷和分叉曲线．考察了参数对孔穴生成与增长的影响,并与相应的静态结果进行了比较．结果表明孔穴是以一个有限的半径突然出现的,且随时间的演变孔穴半径呈现周期性的非线性振动;当温度升高,临界值降低,同时在相同的条件下动态临界载荷低于静态临界载荷．     

圆柱壳在径向冲击载荷作用下的弹性脉冲屈曲

当圆柱壳承受径向脉冲载荷时，如果其径厚比大于一特定值，圆柱壳将产生弹性动力屈曲．本文根据有关实验结果，假定变形模态，采用Ｌａｇｒａｎｇｅ方法分析了有限长薄圆柱壳（ａ／ｈ＝４８０）在余弦冲击载荷作用下的弹性脉冲动力屈曲．导出了动力屈曲方程组，借助数值方法求解方程，并与有关计算结果进行了比较．     

不可压缩层合橡胶圆管径向膨胀的稳定性分析

研究由两类不可压缩的橡胶材料组成的层合圆柱形管道,在内表面受到突加的径向压力作用时的膨胀机理．建立了问题的数学模型;利用材料的不可压缩条件、边界条件以及圆管的径向位移和径向应力的连续性条件将相应的控制方程约化为一个二阶非线性常微分方程,并得到了该方程的首次积分．给出了管道拟静态膨胀和动态膨胀的定性分析,特别地,结合数值算例讨论了材料参数、结构参数以及径向压力对管道径向膨胀和非线性周期振动的影响．     

一类非线性发展方程组的定解问题

将不可压缩的广义neo-Hookean材料组成的超弹性圆柱壳径向对称运动的数学模型归结为一类非线性发展方程组的初边值问题.利用材料的不可压缩条件和边界条件求得了描述圆柱壳内表面径向运动的二阶非线性常微分方程.给出了微分方程的周期解(即圆柱壳的内表面产生非线性周期振动)的存在条件,讨论了材料参数和结构参数对方程的周期解的影响,并给出了相应的数值模拟.     

一种抽象的稳定化方法及在非线性不可压缩弹性问题上的应用

针对非线性不可压缩弹性力学问题,本文提出了一种抽象的稳定化方法并将其应用于非线性不可压缩弹性问题上.在该框架中,我们证明了只要连续的混合问题是稳定的,则可以修正任何满足离散inf-sup条件的混合有限元方法使其是稳定的且最优收敛的.我们将这种抽象的稳定化理论框架应用于非线性不可压缩弹性力学问题,给出了稳定性和收敛性理论结论,并通过数值实验验证了该结论.     

复合载荷作用下夹层圆板的非线性振动和屈曲

基于von Karman薄板理论,建立了均布载荷和周边面内载荷联合作用下夹层圆板非线性振动问题的控制方程和滑动固定边界条件,给出了相应静力问题的精确解及其数值结果．基于时间模态假设和变分法,得到了空间模态的控制方程,并使用修正迭代法求解该方程,得到夹层圆板幅频-载荷特征关系．讨论了两种载荷对夹层圆板振动特性的影响规律．当周边面力使夹层圆板的最低固有频率为零时,就可获得临界载荷的值．     

混合边条件约束下的有限变形弹性动力学解的存在性*

本文证明了在系统超势及其梯度(对Green应变)满足适当条件的混合边值约束下的有限弹性动力学系统的解是存在.     

具有缺陷的不可压缩neo-Hookean球壳的动力学行为的定性分析

研究了一类具有缺陷的不可压缩超弹性材料球壳的径向对称运动问题,该类材料可以看作是带有径向摄动的均匀各向同性不可压缩的neo-Hookean材料．得到了描述球壳内表面运动的二阶非线性常微分方程,并给出了方程的首次积分．通过对微分方程的解的动力学行为的分析,讨论了材料的缺陷参数和球壳变形前的内外半径的比值对解的定性性质的影响,并给出了相应的数值算例．特别地,对于一些给定的参数,证明了存在一个正的临界值,当内压与外压之差小于临界值时,球壳内表面随时间的演化是非线性周期振动;当内压与外压之差大于临界值时,球壳的内表面半径随时间的演化将无限增大,即球壳最终将被破坏．     

球壳的环向剪切屈曲

通过球壳微元初始屈曲的微分几何分析,推导出一组新的精确的屈曲分支方程,并且应用Galerkin变分法研究铰支球壳承受环向剪切力时的整体稳定性,构造了接近分支点变形状态的屈曲模式,首次求得了从扁球壳到半球壳大范围内的扭转屈曲临界特征值,临界荷载强度和临界应力.     

Adaptive FEM with Stabilized Elements for Parameter Identification of Incompressible Hyperelastic Materials

This work is concerned with the identification of material parameters for isotropic, incompressible hyperelastic material models. Besides the principal stretch-based strain-energy function by Ogden an invariant-based strain-energy function by Rivlin/Saunders is considered for which parameter sensitivities are derived. The identification is formulated as a least-squares minimization problem based on the finite element method to account for inhomogeneous states of stresses and strains in the experimental data which is obtained by optical measurements. For the finite element method low-order tetrahedral elements in a mixed displacement-pressure formulation with stabilization are considered. Special attention is payed to an adaptive mesh-refinement based on a goal-oriented a posteriori error indicator to gain reliable material parameters. To approximate error terms an element-wise recovery technique based on enhanced gradients is introduced. (© 2012 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Some Qualitative Properties for the Total Variation Flow

We prove the existence of a finite extinction time for the solutions of the Dirichlet problem for the total variation flow. For the Neumann problem, we prove that the solutions reach the average of its initial datum in finite time. The asymptotic profile of the solutions of the Dirichlet problem is also studied. It is shown that the profiles are nonzero solutions of an eigenvalue-type problem that seems to be unexplored in the previous literature. The propagation of the support is analyzed in the radial case showing a behaviour entirely different to the case of the problem associated with the p-Laplacian operator. Finally, the study of the radially symmetric case allows us to point out other qualitative properties that are peculiar of this special class of quasilinear equations.     

碳纤维-不锈钢层板热载条件下冲击动态响应及层间损伤仿真研究

为了研究碳纤维不锈钢层板的冲击动态响应以及热载荷条件下的冲击性能,采用ABAQUS/Explicit,编写基于复合材料渐进损伤用户子程序VUMAT;引入Johnson-Cook模型,仿真计算了碳纤维增强环氧树脂基复合材料-SS304不锈钢层板热载条件下冲击动态响应过程;分析了其冲击动态响应及渐进损伤,着重讨论了热载荷条件对碳纤维金属层板的冲击能量吸收、接触力等抗冲击性能及失效模式的影响.结果显示,高速冲击载荷作用下,纤维层的脆性断裂、金属层的塑性变形以及纤维层与金属层之间的脱层是碳纤维不锈钢层板的主要失效形式.热载荷的存在直接影响了冲头的接触力,随环境温度升高,接触力总体上降低,子弹的速度衰减越慢,剩余速度增大.结果表明,热载荷降低了纤维金属板的冲击动能吸收特性,弱化了碳纤维金属板的抗冲击性能.无论是纤维金属层板的整体破坏,还是纤维失效、基体失效和脱层失效,热载荷都产生了重要影响.     

爆炸冲击载荷下航空铝合金平板动态响应数值分析方法

为得到适用于爆炸冲击载荷下航空铝合金平板动态响应的数值分析方法,采用LS-DYNA显式动力学分析软件对爆炸冲击载荷下的铝合金平板进行数值仿真计算.主要研究了不同的任意Lagrange-Euler(拉格朗日-欧拉)网格（ALE）输运步算法、流固耦合方式、流固耦合点数量、网格尺寸、有限元单元类型对计算结果的影响.通过计算结果与实验结果的分析对比,表明采用van Leer+HIS输运步算法、罚函数耦合方式、在流体网格与结构网格之间采用3个耦合点、结构网格尺寸与空气域网格尺寸比例设为2∶1、结构单元采用163号壳单元时可以较为准确地计算航空铝合金平板在爆炸冲击载荷下的动态响应,并且能提高计算效率,节约计算时间.     

复合载荷下圆底扁球壳非线性稳定性

本文采用半解析方法研究在中心分布载荷及中心集中力联合作用下,圆底扁球壳的非线性稳定性问题.避免了求近似解析解时繁重的人工计算,而p-W_m特征关系仍可由显式表达.     

Forced Vibration of Three-Layered Spherical and Ellipsoidal Shells under Axisymmetric Loads

A variant of vibration theory for three-layered shells of revolution under axisymmetric loads is elaborated by applying independent kinematic and static hypotheses to each layer, with account of transverse normal and shear strains in the core. Based on the Reissner variational principle for dynamic processes, equations of nonlinear vibrations and natural boundary conditions are obtained. The numerical method proposed for solving initial boundary-value problems is based on the use of integrodifferential approach for constructing finite-difference schemes with respect to spatial and time coordinates. Numerical solutions are obtained for dynamic deformations of open three-layered spherical and ellipsoidal shells, over a wide range of geometric and physical parameters of the core, for different types of boundary conditions. A comparative analysis is given for the results of investigating the dynamic behavior of three-layered shells of revolution by the equations proposed and the shell equations of Timoshenko and Kirhhoff-Love type, with the use of unified hypotheses across the heterogeneous structure of shells.     

一类不可压广义neo-Hookean球体的空穴分岔问题的定性研究

研究了一类不可压的广义neo-Hookean材料组成的球体的空穴分岔问题,该类材料可以看作是带有径向摄动的均匀各向同性不可压的neo-Hookean材料,得到了球体内部空穴生成的条件．与均匀各向同性的neo-Hookean球体的情况相比,证明了当摄动参数属于某些区域时,从平凡解局部向左分岔的空穴分岔解上存在一个二次转向分岔点,空穴生成时的临界载荷会比无摄动的材料的临界载荷小．用奇点理论证明了,空穴分岔方程在临界点附近等价于具有单边约束条件的正规形．用最小势能原理分别讨论了空穴分岔解的稳定性和实际稳定的平衡状态．