受分布载荷复合材料层合梁应力分析的一般理论

为了克服层合梁经典理论的缺点，提高层间应力的计算精度，提出了受分布载荷层合梁应力分析的一般理论。首先根据叠加原理将原始受力状态分解成对称与反对称受力状态。然后用正交完备的三角级数和勒让德级数构造这两种受力状态中每一铺层与层间胶层的位移场，并应用广义势能原理确定位移场中的待定系数，从而确定层合梁的位移场和应力场。同时，单层梁与单层梁之间的胶层被视为各向同性材料并且与其它材料层具有相似的力学特性，即具有有限厚度、有限弹性常数。计算结果显示,这种解法的收敛性非常好，根据物理方程与根据平衡方程得到的横向剪应力和正应力分布非常一致。     

有限空心圆柱的轴对称变形问题

本文对一个有限空心圆柱的轴对称变形问题作了分析研究.文中将这类圆柱在一般轴对称载荷作用下的位移和应力的解表达成富氏级数和富氏一贝塞耳级数两个无穷级数之和的形式.由于级数的正交性质,对应于特定的边界条件,其中一个级数的任一项系数总可表成另一级数各项系数的线性组合形式.于是通过这些联立方程的求解即可求得问题的解;且随取用级数项的增多而趋于精确值.文中特别处理了有限空心圆柱的端面问题.给出了一个具有实际意义的例题;并对其部分变形和应力进行了数值计算,与机械设计中常用的近似估算加以比较.结果表明,二者具有明显的差异.这点设计工作者应加以注意.     

A MODEL BASED ON THE HIGHER-ORDER LEGENDRE POLYNOMIALS TO SOLVE THE BEAM SHEAR STRESS

梁作为最简单的构件在工程中广泛应用. 由于经典梁理论在求解梁的切应力时需要引入平衡方程和剪切修正系数, 使得求解问题变得复杂. 该文采用高阶勒让德级数形式的位移函数, 并考虑上下边界处切应力为零的特点, 建立了梁的切应力的求解方法. 并将所得的理论结果与有限元方法的数值结果进行比较, 结果符合很好. 结果表明, 该文的理论模型能够准确地确定梁内部的正应力和切应力. 该文的研究可为梁的力学分析提供新的理论方法.     

杆系结构多荷载识别的三角级数分析法

本文提供了一种识别杆系结构受到多荷载的作用的三角级数识别方法.将集中荷载展成三角级数且借助结构力学中的位移法建立了单根基本梁(梁单元)的位移方程,利用位移测量值反演所受到的集中荷载大小和位置.算例表明本文所用级数收敛性较好,可获得稳定的收敛值.     

基于三维模型的蜂窝材料有效弹性性能研究

采用三维模型预测了传统六角形蜂窝材料和带圆环结点六角形蜂窝材料的有效弹性性能.利用有限元法并结合周期边界条件计算了材料代表性体积单元的平均应力,进而由平均场理论获得了两种蜂窝材料全部的有效弹性常数.将传统蜂窝材料的计算结果与已有梁模型的计算结果和试验数据进行了对比,结果表明三维模型比梁模型具有更高的精度,分析了梁模型误...     

紧凑拉伸试件应力强度因子的解析-变分解法以及有关系统计算结果

本文推导了在材料断裂性能测试中常见的受钉传载荷含边缘裂纹试件应力与位移的函数项级数表达式。该级数逐项满足弹性力学所有基本方程、裂纹表面边界条件与绕钉孔的合力平衡条件以及位移单值条件。通过以最小势能原理为基础的变分方程满足其余的静力边界条件,从而求解级数中的待定系数并确定应力强度因子。计算结果表明,级数收敛迅速、正确,计算节省机时,简化数据准备工作。本文还通过计算指出了目前通用的有关矩形紧凑拉伸试件应力强度因子计算公式与曲线的不准确性并且给出了正确、系统的计算曲线,同时还提供了圆形紧凑拉伸试件系统的计算结果。     

含有部分脱胶的浅埋圆衬砌对SH波的散射

采用复变函数法研究了含有部分脱胶的浅埋圆形衬砌对SH波的散射问题.首先,将所研究的区域分成两个域,在圆形衬砌中构造一个满足脱胶部分应力自由的散射波函数,将其展开为含有一个待定系数的Fourier级数;而在介质半空间中应满足脱胶部分应力自由,公共边界处位移和应力连续的边界条件.然后,在"公共边界"上实施"契合",与此同时,可构造出脱胶结构,进而得到求解该同题的无穷代数方程组.最后,针对目前工程上应用较广的两种典型浅埋衬砌进行算例分析,给出了地表位移的数值结果,并讨论了入射波参数、脱胶位置以及埋深对地表位移的影响结果.     

变系数曲线支承矩形厚板自由振动的傅里叶分析

本文给出了变系数曲线支承的Ａｍｂａｒｓｕｍｉａｎ矩形厚板自由振动问题的级数解，将位移和剪力在板域内展成重傅里叶级数，将其导数在边界上展成单傅里叶级数，通过傅里叶变换将控制微分方程和边界条件转化成关于位移级数的系数的一组无穷线性代数方程，最终将板的自由振动问题转化为矩阵特征值问题。     

钢管初应力对钢管砼拱桥承载力影响非线性分析

基于非线性问题的平衡方程和空间梁单元非线性几何方程,推导了一般线弹性关系下计入初应力影响的空间梁单元显式切线刚度矩阵。针对钢管混凝土哑铃型截面的构造特点,提出了组合空间梁单元法,较好解决了哑铃型截面钢管初应力的计算与存储问题,并给出了承载力分析时单元划分的具体方法,编制了专用计算程序,计算结果与试验吻合良好。开展了不同钢管初应力系数、不同截面含钢率和不同跨径对钢管混凝土拱桥承载力的影响分析。结果表明,钢管初应力将使钢管混凝土拱桥的承载力降低,降低幅度与拱肋截面型式有关,承载力最大降低值可超过30%。最后给出了三种考虑钢管初应力影响的常用拱肋截面型式拱桥承载力影响系数实用计算公式。     

均布荷载作用下功能梯度简支梁弯曲的解析解

利用应力函数半逆解法,研究了均布载荷作用下、材料属性在厚度上任意变化的功能梯度简支梁弯曲的解析解,给出了各向应力应变与位移的解析显式表达式.首先根据平面应力状态的基本方程,得出了功能梯度梁的应力函数应满足的偏微分方程,并根据应力边界条件得出了各应力分布的表达式;进而根据功能梯度材料的本构方程和位移边界条件,得出了应变和位移的分布.最后,通过将本文的解退化到均质各向同性梁并与经典弹性解比较,证明了本文理论的正确性,并求解了材料组分呈幂律分布的功能梯度梁的应力和位移分布,分析了上下表层材料的弹性模量比λ与组分材料体积分数指数n对应力和位移分布的影响.     

微结构非局部效应的多重性模型及在微梁弯曲中的应用

基于Eringen非局部弹性理论,直接利用逐次逼近法推导了非局部应力场的精确表达,该精确的非局部应力可具体表示为一个无穷级数的形式. 然后以微梁的横向弯曲和纯弯曲变形为例,建立平衡方程并求解及分析了挠度受非局部效应的影响. 结果表明：根据所取非局部小尺度参数大小的不同,非局部微梁的弯曲挠度可低于也可以高于经典力学下的挠度,非局部效应的增大可提高亦可降低结构的抗弯刚度. 本文结果证明了Wang以及Lim等人分别提出的两种相反的非局部模型的各自正确性. 同时首次发现,弯曲挠度随着非局部效应的增大而上下波动且存在若干跳跃点,挠度是非局部小尺度参数的非单调函数,研究同时给出了一种确定材料非局部常数的建议途径.     

有限圆柱厚壳的一个分析

本文研究了一个弹性有限圆柱厚壳的轴对称弯曲问题.文中对这类壳体给出了一个表达成两个无穷级数之和的三维弹性理论解.这些级数的选择使它们能满足所有给定的边界条件.利用级数的正交性质,其中任一级数中的每项系数都可表达为另一级数的各项系数的线性函数.通过在级数中各取有限个项数进行计算,即可求得问题的近似数值解. 文中处理了一个两端刚性固定的有限圆柱壳体承受内、外均布压力作用的问题作为示范.还给出了计算实例,并将计算结果绘成曲线.这些曲线表明在两端刚性固支的情况下,经典板壳理论即使对薄壳的计算也是难以适用的.此外,这些结果还可作为各种厚壳理论进行比较的一个依据.     

电致伸缩材料内电极附近应力奇异性研究

应用复变函数的方法,研究电致伸缩材料内置电极附近的应力奇异性.基于精确的电边界条件,采用Hilbert理论以及复变函数中的Cauchy积分与留数定理,首先分别给出了柔性电极和刚性电极的复势函数解,然后就这两种极限情况,讨论了电极刚度对应力场奇异性的影响.研究结果表明:无论对柔性电极还是刚性电极,Max-well应力的应力场均呈现r-1阶的奇异性,但对于前者总应力奇异性系数为零,而对于后者总应力奇异性系数与基体的材料常数有关.     

折减系数■的近似计算及压杆横截面尺寸直接确定

1.折减系数■的近似计算折减系数法是计算稳定性问题一种常用的方法,利用折减系数由材料的强度许用应力[σ]给出稳定许用应力[σ_w]=(?)[σ].由折减系数定义     

V形切口应力强度因子的一种边界元分析方法

将V形切口结构分成围绕切口尖端的小扇形和剩余结构两部分. 尖端处扇形域应力场表示成关于尖端距离$\rho$的渐近级数展开式,从线弹性理论方程推导出了一组分析平面V形切口奇异性的常微分方程特征值问题,通过求解特征方程,得到前若干个奇性指数和相应的特征向量. 再将切口尖端的位移和应力表示为有限个奇性阶和特征向量的组合. 然后用边界元法分析挖去小扇形后的剩余结构. 将位移和应力的线性组合与边界积分方程联立,求解获得切口根部区域的应力场、应力幅值系数和整体结构的位移和应力. 从而准确计算出平面V形切口的奇异应力场和应力强度因子.      

一类多孔固体的等效偶应力动力学梁模型

一维多孔固体结构可采用等效连续介质梁模型来研究其动力学行为. 当类梁结构的高度尺寸和多孔固体单胞结构尺寸相近时,等效模型的力学行为会产生尺寸效应现象. 等效经典模型由于不包含尺度参数而无法描述尺寸相关特点,而广义连续介质力学模型则可以准确地考虑尺寸效应的影响. 基于偶应力理论,对一类单胞含有圆形孔洞的周期性多孔固体类梁结构,给出了分析其横向自由振动的等效连续介质铁木辛柯梁模型. 通过对单胞分析,在应变能等价和几何平均的意义下,定义了等效偶应力介质的材料常数. 利用已有的材料常数,推导了等效铁木辛柯梁的动力学微分方程. 将实际多孔固体结构进行完全的动力学有限元离散计算,所获得的解作为精确解以检验等效梁模型所获得的频率和振型的精度. 振型的比较借助于模态置信准则矩阵方法. 大量算例表明,等效偶应力铁木辛柯梁模型在频率和振型两方面均具有较高的计算精度. 重点研究了单胞孔径的相对大小、类梁结构高度与单胞尺寸比以及类梁结构长高比对等效梁模型精度的影响. 在此基础上,偏保守地建议了多孔固体类梁结构自振分析方法.      

功能梯度梁与均匀梁静动态解间的相似转换

基于Euler-Bernoulli 梁理论, 研究了功能梯度材料梁的弯曲、屈曲和自由振动. 通过分析和比较功能梯度材料梁 和均匀梁的控制方程, 得到了功能梯度材料梁与均匀梁的解之间的相似转换关系. 在给定功 能梯度材料梁的材料性质在横向按幂函数分布的情况下, 导出了解之间的相似转换系数的解 析表达式. 该系数集中反映了功能梯度梁的材料非均匀性. 因此, 可将功能梯度材料梁的静 动态问题的求解转换为同样载荷和边界条件下均匀梁的静动态问题求解以及相似转换系数的 计算.     

折减系数■的近似计算及压杆横截面尺寸直接确定

<正> 1.折减系数■的近似计算折减系数法是计算稳定性问题一种常用的方法,利用折减系数由材料的强度许用应力[σ]给出稳定许用应力[σ_w]=(?)[σ].由折减系数定义     

含椭圆孔有限板应力集中的复变函数直接解法

采用复变函数级数展开方法研究了含椭圆孔的有限大矩形板在承受拉伸和剪切载荷时的应力场和应力集中系数,通过直接对边界力的差值进行最小化求取级数中的待定系数,避免了通常采用的将椭圆孔变换成圆孔的保角变换过程,从而极大地简化了求解过程.与有限元计算的对比分析表明,对于承受单向拉伸载荷的含中心椭圆孔(两轴比在0.7至2之间)的有限尺寸矩形板,计算精度高,且较之传统的保角变换法更简单,易于应用.另外,给出了计算含中心椭圆孔(两轴比为0.8)的细长板在拉伸载荷作用下以及含中心圆孔的细长板在面内剪切载荷作用下孔边应力集中系数的经验公式,便于工程应用.     

一个新的声应力系数及其确定

为建立声焦散线与平面应力条件下裂尖应力强度因子的关系,定义了一个新的声应力系数——声程差随应力线性变化的比例系数,该系数的大小既取决于材料常数又取决于耦合介质及声束的传播历程.借助6061-T6铝、EPTI钢两种材料的实验结果,说明了确定新的声应力系数的方法与步骤.所得结论是:只要确定了平面应力条件下超声纵波速度相对变化与主应力和之比,便可确定新的声应力系数.