反平面剪切状态下压电-压磁夹层结构的圣维南端部效应

研究了反平面状态下压电-压磁夹层结构的圣维南端部效应的衰减特征.夹层结构端部的力-电-磁载荷是自平衡的;外层的边界是应力自由的,但承受四种不同的电磁边界条件,即电学短路/磁学短路、电学短路/磁学开路、电学开路/磁学开路和电学开路/磁学短路.基于磁电弹全耦合的控制方程,推导了问题的精确解和关于衰减率的特征方程.利用得到的特征方程,计算了压电-压磁-压电和压磁-压电-压磁两种夹层结构的衰减率,结果表明电磁边界条件、压电层的材料性能和体积分数对衰减特征有显著的影响.作为特例,分析了压电-弹性-压电夹层结构的衰减特征.     

自平衡端头载荷问题衰减率的分析与计算

给出了自平衡端头载荷问题应力衰减率分析的一种方法．用边界单元法求得了在端面自平衡载荷作用下，具有椭圆截面和矩形截面的弹性柱体内应力场的最小衰减率。计算结果表明：当椭圆截面的长短轴之比和矩形截面的长宽之比变化时，最小衰减率变化很小．     

THE EIGENVALUE PROBLEM AND SAINT-VENANT DECAY RATE FOR A NONHOMOGENEOUS SEMI-INFINITE STRIP

The eigenvalue problem about a nonhomogeneous semi-infinite strip is investigated using the methodology proposed by Papkovich and Fadle for homogeneous plane problems. Two types of nonhomogeneity are considered： （i） the elastic modulus varying with the thickness coor- dinate x exponentially, （ii） it varying with the length coordinate y exponentially. The eigenvalues for the two cases are obtained numerically in plane strain and plane stress states, respectively. By considering the smallest positive eigenvalue, tile Saint-Venant Decay rates are estimated, which indicates material nonhomogeneity has a signifcant influence on the Saint-Venant end effect.     

PROPAGATION BEHAVIORS OF SHEAR HORIZONTAL WAVES IN PIEZOELECTRIC-PIEZOMAGNETIC PERIODICALLY LAYERED STRUCTURES

This paper investigates shear horizontal （SH） waves propagating in a periodically layered structure that consists of piezoelectric （PE） layers perfectly bonded with piezomagnetic （PM） layers alternately. The explicit dispersion relations are derived for the two cases when the propagation directions of SH waves are normal to the interface and parallel to the interface, respectively. The asymptotic expressions for dispersion relations are also given when the wave number is extremely small. Numerical results for stop band effect and phase velocity are presented for a periodic system of alternating BaTiO3 and Terfenol-D layers. The influence of volume fraction on stop band effect and dispersion behaviors is discussed and revealed.     

EFFECT OF INTERLAYER THICKNESS ON THE MODE I FRACTURE ENERGY RELEASE RATE OF SANDWICH STRUCTURE$^{\bf 1)}$

三明治结构作为载荷传递和连接元件,广泛应用于航空航天、材料表征、柔性电子等领域. 了解其断裂行为和特点能为三明治结构连接件极限载荷的设计提供理论指导. 基于改良弹性地基理论模型,本文提出了一种计算能量释放率的新理论模型,模型中考虑中间层厚度对三明治结构 I 型断裂能量释放率的影响. 结果表明,中间层厚度对三明治结构 I 型断裂的影响存在两个部分：中间层剪切力的影响及中间层引起结构刚度增大的影响. 当无量纲中间层厚度取最大值 2 时,传统模型与有限元计算结果存在 70% 以上的误差;采用本文的模型可以极大地提高精度,将误差降到 5% 以内. 相比改良弹性地基理论只适用于中间层厚度较小的情况,本理论模型的适用范围更广. 此外,利用本模型,本文选取了两个几何参数 (中间层厚度和裂纹初始长度) 和一个材料参数 (模量比) 进行研究. 讨论了剪切效应对结构几何和材料参数的敏感性. 在定载荷的基础上,讨论了几何和材料参数对能量释放率的影响;并在假定结构断裂韧性不变的基础上,得到了几何和材料参数对三明治结构临界载荷的影响规律.     

考虑尺寸效应的模块化结构两层级优化设计

出于构造、美观、生产工艺、质量控制、降低成本等考虑,在很多工业应用中,整个结构或装备可被规整的分成几个相同的子区域,各个子区域的结构形式完全相同,这样的子区域称为基本设计模块. 整个结构或装备可通过有限个基本设计模块重复拼装而成. 针对此类模块化结构,考虑结构与模块间的耦合作用,提出了结构、模块两层级并发优化设计的模型与求解方法,研究了基本设计模块的绝对尺寸对优化结果的影响. 通过在结构和模块两个层次上分别引入独立的人工密度变量,借助拓扑优化技术和惩罚策略,给出了最优的设计模块构型以及模块在结构尺度上的最优分布,通过单工况和多工况数值算例验证了该方法的有效性.