梁中非线性弯曲波传播特性的研究

研究了梁中的非线性弯曲波的传播特性，同时考虑了梁的大挠度引起的几何非线性效应和 梁的转动惯性导致的弥散效应，利用Hamilton变分法建立了梁中非线性弯曲波的波动方程. 对该方程进行了定性分析，在不同的条件下，该方程在相平面上存在同宿轨道或异宿轨道， 分别对应于方程的孤波解或冲击波解. 利用Jacobi椭圆函数展开法，对该非线性方程进行 求解，得到了非线性波动方程的准确周期解及相对应的孤波解和冲击波解，讨论了这些解存 在的必要条件，这与定性分析的结果完全相同. 利用约化摄动法从非线性弯曲波动方程中导 出了非线性Schr\"{o}dinger方程，从理论上证明了考虑梁的大挠度和转动惯性时梁中存在 包络孤立波.     

Plotnikov——Toland板模型中水弹性孤立波的迎撞

通过奇异摄动方法研究了在薄冰层覆盖的不可压缩理想流体表面上传播的两个水弹性孤立波之间的迎面碰撞.借助特殊的 Cosserat 超弹性壳 理论以及Kirchhoff--Love 板理论,冰层由 Plotnikov--Toland板模型描述.流体运动采用浅水假设和Boussinesq 近似. 应用Poincaré--Lighthill--Kuo 方法进行坐标变形,进而渐近求解控制方程及边界条件, 给出了三阶解的显式表达. 可以观察到碰撞后的孤立波不会改变它们的形状和振幅. 波浪轮廓在碰撞之前是对称的, 而在碰撞之后变成不对称的并且在波传播方向上向后倾斜. 弹性板和流体表面张力减小了波幅. 图示比 较了本文与已有结果可知线性板模型可作为本文的一个特例.      

Plotnikov–Toland板模型中水弹性孤立波的迎撞

通过奇异摄动方法研究了在薄冰层覆盖的不可压缩理想流体表面上传播的两个水弹性孤立波之间的迎面碰撞.借助特殊的Cosserat超弹性壳理论以及Kirchhoff–Love板理论,冰层由Plotnikov–Toland板模型描述.流体运动采用浅水假设和Boussinesq近似.应用Poincar′e–Lighthill–Kuo方法进行坐标变形,进而渐近求解控制方程及边界条件,给出了三阶解的显式表达.可以观察到碰撞后的孤立波不会改变它们的形状和振幅.波浪轮廓在碰撞之前是对称的,而在碰撞之后变成不对称的并且在波传播方向上向后倾斜.弹性板和流体表面张力减小了波幅.图示比较了本文与已有结果可知线性板模型可作为本文的一个特例.     

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研究了埋置于弹性地基内充液压力管道中非线性波的传播. 假设管壁是线弹 性的,地基反力采用Winkler线性地基模型,管中流体为不可压缩理想流体. 假定系统初始 处于内压为$P_0$的静力平衡状态,动态的位移场及内压和流速的变化是叠加在静 力平衡状态上的扰动. 基于质量守恒和动量定理,建立了管壁和流体耦合作用的非 线性运动方程组; 进而用约化摄动法, 在长波近似情况下得到了KdV方程,表征 着系统有孤立波解.     

有限变形弹性杆中的非线性波及周期解

利用Ham ilton变分原理,导出了计及有限变形和横向Possion效应的弹性杆中非线性纵向波动方程.利用Jacob i椭圆正弦函数展开和第三类Jacob i椭圆函数展开法,对该方程和截断的非线性方程进行求解,得到了非线性波动方程的两类准确周期解及相应的孤波解和冲击波解,讨论了这些解存在的必要条件.     

含电学边界的压电层合梁的非线性弯曲波

非线性科学己成为近代科学发展的一个重要标志, 特别是非线性动力学和非线性波的研究对于解决自然科学各领域中遇到的复杂现象和问题有着极其重要的意义. 本文研究了含电学边界条件的压电层合梁的非线性弯曲波传播特性.首先, 考虑几何非线性效应和压电耦合效应, 利用哈密顿原理建立了一维无限长矩形压电层合梁弯曲波的非线性方程.其次, 采用Jacobi椭圆函数展开法对非线性弯曲波方程进行求解, 得到了非线性弯曲波动方程在近似情况下对应的冲击波解和孤波解.最后, 利用约化摄动法得到了非线性薛定谔方程, 进一步得到了亮孤子和暗孤子解.基于两种方法具体研究了外加电压、压电层厚度等参数对冲击波和孤立波以及亮孤子和暗孤子特性的影响. 研究结果表明, 在波速较小时, 外加电压对冲击波的影响较大, 波速较大时, 外加电压对孤立波影响减弱.通过调整作用在压电层合梁上的电压发现了存在亮孤子和暗孤子, 分析结果表明随着外加电压值的增大, 亮孤子和暗孤子的振幅都增大.      

非圆截面杆中的非线性扭转波及其行波解

研究了非圆截面杆中非线性扭转波的传播特性.由于非圆截面杆的扭转运动会伴随有横截面的翘曲,这种翘曲运动将引起扭转波的弥散.如果同时考虑有限扭转变形和翘曲弥散的共同作用,将会得到非线性扭转波的方程.在相平面上,对非线性扭转波动方程进行定性分析,结果表明,在一定条件下方程存在同宿轨道或异宿轨道,分别相应于方程的孤波解或冲击波解.本文利用Jacobi椭圆函数展开法,对该非线性方程进行求解,得到了非线性波动方程的三类准确周期解及相应的孤波解和冲击波解,讨论了这些解存在的必要条件.这些条件与定性分析的结果相一致.     

饱和蒸发和热毛细力作用下低雷诺数液膜在波纹竖壁上的流动

考虑表面蒸发压力和热毛细力作用情况下,对饱和蒸发状态下低雷诺数自由降落液膜在小波幅正弦型波纹壁面上的流动进行理论分析。对控制微分方程及边界条件进行量纲一化并引入流函数,对微分方程及边界条件进行摄动展开,得到了这种情况下液膜流动的简化分析模型,求出了近似解析解。讨论了壁面波纹、表面张力、蒸发压力、热毛细力对液膜流动的影响。研究表明:液膜的波动幅度随蒸发强度和热毛细力的增大而增大;液膜波动与壁面波纹的相位差随蒸发强度增大而增大,随热毛细力增大而减小。     

基于势流理论的内孤立波与立管作用数值研究

内孤立波是一种发生在水面以下的在世界各个海域广泛存在的大幅波浪, 其剧烈的波面起伏所携带的巨大能量对以海洋立管为代表的海洋结构物产生严重威胁, 分析其传播演化过程的流场特征及立管在内孤立波作用下的动力响应规律对于海洋立管的设计具有重要意义. 本文基于分层流体的非线性势流理论, 采用高效率的多域边界单元法, 建立了内孤立波流场分析计算的数值模型, 可以实时获得内孤立波的流场特征. 根据获得的流场信息, 采用莫里森方程计算内孤立波对海洋立管作用的载荷分布. 将内孤立波流场非线性势流计算模型与动力学有限元模型结合来求解内孤立波作用下海洋立管的动力响应特征, 讨论了内孤立波参数、顶张力大小以及内部流体密度对立管动力响应的影响. 发现随着内孤立波波幅的增大, 海洋立管的流向位移和应力明显增大. 由于上层流体速度明显大于下层, 且在所研究问题中拖曳力远大于惯性力, 因此管道顺流向的最大位移发生在上层区域. 顶张力通过改变几何刚度阵的值进而对立管的响应产生明显影响. 对于弱约束立管, 内部流体的密度对管道的流向位移影响较小.      

被介质包围的非线性弹性杆波动方程的精确解

应用推广的tanh函数方法对被介质包围的非线性弹性杆波动方程进行了求解．得到了该方程的精确孤波解,对部分结果通过数值模拟得到了解的图像．本文获得的结果完善了相关文献已有的研究成果．从求解过程可以看出,推广的tanh函数方法是一种简便有效的方法,可用于求解其它非线性方程或方程组．     

非圆截面杆中非线性扭转波方程的解析求解

研究了非圆截面杆中非线性扭转波动方程的精确求解问题. 利用直接积分与微分变换相结合的方法,得到了该方程的隐式通解. 通过对积分常数和方程系数的不同情形的讨论, 给出了该方程的三角函数、双曲函数、椭圆函数、指数函数以及它们的组合形式的解,分别对应于的非线性扭转波的孤立波、周期波以及冲击波等多种传播形式.     

楔形杆中弹塑性波的一种渐近展开式

据我们所知,楔形杆中弹塑性波尚未有很好的分析方法。对弹性波有文献[1,2]等,其中文献[1]研究了圆锥壳轴向撞击的波动问题,发现楔形杆是其很好的近似,故后者的研究对圆锥壳具有重要意义。文中采用拉氏变换方法求得两种特殊情况下(波阵面和冲击端附近,的渐近解,而一般情形下的解未能得到。也有人用WKB方法讨论了类似问题,但仅限于波长很短的情形,局限性很大。另外,文献[5]用正则摄动法研究了楔形杆的自振问题。 本文针对楔形杆(和圆锥壳)的特点建议了一种渐近展开式,并求解了弹性波和弹塑性波问题,并与其他一些方法及其结果进行了比较。     

风力发电塔的自振特性分析

将风力发电塔视为带有附加质量的变截面悬臂梁,进行横向振动的自振特性分析.采用直接模态摄动法建立风力发电塔自振特性的近似求解方法,与采用梁单元模型和壳单元模型的有限元法的计算结果相比较.数值计算结果表明直接模态摄动法具有较好的精度,形成了半解析解形式.     

一种求解复波数域波动弥散方程的通用数值方法

波动弥散方程的求解是分析弹性波或声波问题时的一种比较常见的过程,求解所得的曲线即为弥散曲线。其方程形式一般是关于波数与频率的一个二元超越方程,当波数为复数时,方程实际为三元超越方程。这类方程没有解析解,由于方程的变量和参数涉及复数域,一般的数值求解方法也难以处理。本文提出了一种基于模值收敛性的数值方法,求解一般波动弥散方程复波数域内的解。首先论述了本方法的理论依据,然后介绍了其求解步骤,最后将本方法应用于求解复波数域波动弥散方程的具体算例。通过对比可以发现:本方法广泛有效地解决了复波数域内波动弥散曲线的求解问题,适用于不同形式波动弥散方程的求解。     

钱伟长先生一生的主要学术活动和贡献

 简洁地回顾了钱伟长先生一生的主要学术活动, 并简要地介绍了先生的主要学术贡献, 包括板壳统一内禀理论, 弹性圆薄板大挠度问题的求解-摄动法和奇异摄动法, 环壳方程的一般解, 广义变分原理及其应用, 以及先生对于理性力学和流体力学的贡献等.     

随机桁架结构几何非线性问题的混合摄动-伽辽金法求解

提出应用混合摄动$\!$-$\!$-$\!$伽辽金法求解随机桁架结构的几何非线性问题.将含位移项的随机割线弹性模量以及随机响应表示为幂多项式展开,利用高阶摄动方法确定随机结构几何非线性响应的幂多项式展开的各项系数.将随机响应的各阶摄动项假定为伽辽金试函数,运用伽辽金投影对试函数系数进行求解,从而得到随机桁架结构几何非线性响应的显式表达式.同已有的随机伽辽金法相比,本文所给的试函数由摄动解的线性组合而成,在求解非线性问题时,试函数的获取具有自适应性.数值算例结果表明,对于具有不同概率分布的多随机变量问题,本文方法无需对随机变量的概率分布形式进行转换,避免了转换误差,因而比同阶的广义正交多项式方法(generalizedpolynomial chaos, GPC)计算精度高.同时,在结果精度相当时,和GPC方法相比,本文方法得到的试函数系数的非线性方程维度不大,方程的求解工作量小且更易求解.当随机量涨落较大时,混合摄动$\!$-$\!$-$\!$伽辽金法计算所得的结构响应的各阶统计矩比高阶摄动法所得结果更逼近于蒙特卡洛模拟结果,显示了该方法对几何非线性随机问题求解的有效性.      

弹性力学的杂交自然单元法

为了解决自然单元法无法直接求解节点应力以及应力解精度不高的问题, 将应力杂交的思想引入自然单元法中, 与弹性问题的Hellinger-Reissner变分原理结合, 提出了弹性问题的杂交自然单元法. 算例表明: 杂交自然单元法的计算结果与解析解吻合, 证明该方法是可行的; 在求解应力方面, 杂交自然单元法比自然单元法有着更高的计算精度, 而且可以直接求解出节点的应力.     

层状地基中埋管地基阻抗函数的分析方法

本文首先利用波函数展开法推导了弹性半空间中埋管的地基轴向阻抗函数计算公式.然后采用层状地基中无限长线激振荷载薄层法基本位移解,结合容积法求解了层状地基中埋管的地基轴向、垂直及水平阻抗函数.分别用两种方法计算了弹性全空间、弹性半空间地基内埋管的地基轴向阻抗函数,两者的计算结果符合良好,验证了用薄层法求解的可行性.本文还利用薄层法分析了弹性半空间内埋管的埋深对地基水平、垂直及轴向阻抗函数的影响;计算了弹性半空间内埋管的轴向刚度系数并与我国及日本的相关规范对比分析;计算分析了上海典型层状地基内地铁隧道的地基阻抗函数.     

多组份色谱反应波的运动及其相互作用1)

采用空间矩分析结合Gram-Charlier级数展开法求解线性多组份可逆反应色谱问题的数学模型,得到了近似解析解.根据所得结果考察了各组份脉冲波的运动规律及影响因素.     

Laplace变换法研究SHPB实验中试件的黏弹性波传播问题

对分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB) 实验中试件的黏弹性波传播的控制方程组进行Laplace 变换,并结合恰当的初始-边界条件求解,得到变换域的应力、速度、应变等变量的像函数的精确表达式. 采用该方法处理SHPB 实验中涉及黏弹性试件内部应力非均匀性问题,并给出数值反变换解. 作为特例,对于弹性试件分别采用级数展开法和留数定理进行反Laplace 变换,从而给出弹性夹层介质中应力波传播问题的解析解.