用材料力学公式计算任意截面短梁正应力时的修正项研究

对材料力学中梁的弯曲应力公式增加一修正项,以反映短梁弯剪翘曲变形对应力分布的影响。提出一种根据短梁横截面边界形状及艾瑞应力函数求解应力修正项的方法,应用弹性力学空间问题的一般理论,通过应力平衡方程、应变相容方程及应力边界条件,建立了关于任意截面短梁的应力修正项及剪应力的基本方程。在所建立的基本方程基础上,导出了矩形截面和圆形截面短梁修正应力的具体计算公式,该修正应力与均布荷载大小及弹性模量与剪切模量之比均成正比,但与截面惯性矩成反比。数值算例表明,本文方法计算的应力与通用有限元软件ANSYS计算的结果吻合良好,从而验证了本文方法及其基本公式的正确性。     

考虑表面效应的形状记忆合金纳米梁弯曲特性研究

形状记忆合金(Shape Memory Alloys, SMAs)因其具有形状记忆效应和超弹性,在航空航天、生物医疗、微机电系统领域中得到了广泛的应用．当微结构尺度达到微纳米,表面效应对微结构力学性能的影响是十分显著的．本文基于梁弯曲变形理论以及Gurtin-Murdoch表面弹性理论,考虑拉压不对称、温度对于SMA纳米梁的影响,建立了考虑表面效应的SMA纳米梁相变力学模型．分析了弯曲载荷、温度、表面残余应力以及表面弹性模量对SMA纳米梁力学性能的影响规律．研究表明在SMA纳米梁相变阶段,忽略和考虑表面效应所得的截面应力及应变相对误差较为明显;在相同弯矩下,随温度的增加SMA纳米梁的截面应力随之增加,并且表面效应对其影响有减小趋势;表面残余应力对SMA纳米梁的影响显著．该文研究结果为SMA纳米梁在微机电领域的设计以及应用提供了一定基础与依据．     

含弱界面的微纳尺度双层梁的热弹性分析

众多微尺度实验已经证实了一些材料在微纳尺度下的力学行为具有尺寸效应.这种现象采用经典的弹性理论无法得到合理的解释,因而需要新的理论,修正偶应力理论就是其中一种.采用修正偶应力理论研究微纳尺度下两端自由铁木辛柯双层梁受热载荷后的弯曲响应,考虑两层之间存在弱界面.获得了梁的挠度、曲率以及界面剪力等表达式,并与经典弹性力学的结果进行了比较.通过分析计算可知,采用修正偶应力理论可预测微纳尺度下双层梁的尺寸效应,而当梁的特征尺寸远大于其材料的内禀尺度时,则与经典理论的结果一致.     

考虑尺度效应的微梁静态弯曲数值分析

基于修正偶应力理论及表面弹性理论,本文提出了一种新的双曲线剪切变形梁模型,用于均匀微尺度梁的静态弯曲分析。该理论可以直接利用本构关系获得横向剪切应力,满足梁顶部和底部的无应力边界条件,避免了引入剪切修正因子。根据广义Young-Laplace方程建立了梁的内部与表面层的应力连续性条件,单一的变量场可以描述梁的位移模式。通过在位移场中考虑表面层厚度以及表面层的应力连续条件,可以使新模型能够更准确地预测微尺寸和表面能相关的尺度效应。通过Hamilton原理推导出了梁的控制方程和边界条件。应变能除了考虑经典弹性理论,还要考虑微结构效应和表面能。Navier-type的解析解适用于简支边界条件,而基于拉格朗日插值的微分求积法(DQEM)可以研究在不同边界条件下的力学响应。把该数值解与Navier方法得出的解析解作了对比,得出:微尺度梁在考虑表面能或微尺寸效应、不同载荷和梁高变化下的响应一致;当不考虑微结构相关性和表面能效应时,该模型退化为经典的欧拉梁模型。     

厚度效应对梁冲击响应的影响

用一种半解析法——间接模态叠加法,研究了质点与弹性力学梁的冲击问题,这种方法避免了具有未知奇异载荷项的平衡微分方程求解问题。由于可以用解析方法得到简支弹性力学梁的模态函数,并且能够以显式形式给出其频率方程,因此以质点与简支弹性力学梁的冲击问题为例,来考察厚度效应对瞬态响应的影响,并将所得结果与用Timoshenko梁理论所得结果进行了比较,说明了厚度效应在梁冲击问题中的重要影响。讨论了纵波和剪切波对撞击力等动力响应的影响。     

矩形箱梁力学性能分析的修正计算方法

本文对矩形箱梁翼板设置了不同的剪滞翘曲位移差函数,继而综合考虑剪力滞效应、剪切变形以及剪滞翘曲应力和弯矩自平衡条件等因素,且以能量变分原理为基础建立了矩形箱梁的弹性控制微分方程和自然边界条件,基于此修正了现行薄壁结构分析方法。与传统剪滞理论相比,本文方法深刻反映了矩形箱梁的力学特性。研究表明,(1)由于剪滞翘曲应力和弯矩自平衡条件的引入,矩形箱梁力学性能分解为独立的初等梁理论和剪滞理论体系,且箱梁力学性能为两者的叠加效应;(2)矩形箱梁断面尺寸确定,剪滞效应对其正应力的影响值不变,即剪滞效应的竖向力学行为与箱梁跨径无关;(3)尽管矩形箱梁的梁高对箱形梁剪滞翘曲应力和初等梁理论的应力值皆有一定影响,但其剪力滞系数不变,因此剪力滞效应与梁高无关;(4)剪力滞效应不仅影响箱梁翼板力学性能,而且对其腹板力学行为的影响不可忽视。因而,与传统剪滞理论相比,本文修正法不仅计算精度明显提高,而且更能真实反映矩形箱梁的力学性能。     

确定应力函数的一种简单方法

 在归纳弹性力学平面问题各种选择应力函数方法的基础上，对于 狭长矩形截面梁，提出了一种新的确定应力函数的方法. 该方法简单、 实用,克服了选择应力函数的盲目性.在弹性力学教学中有一定参考价值.     

基于剪切变形的矩形梁剪力滞求解方法

Timoshenko梁通过假设截面的剪切刚度和附加平均剪切转角变形的方式来近似修正初等梁中未考虑剪切变形能的问题,这与梁剪应力沿梁高变化的实际不符。本文基于材料力学剪应力计算式和相应的剪切变形理论,从剪切变形与梁的位移关系入手,导出矩形梁考虑剪切变形时的纵向位移沿梁高方向的函数关系式,证明该位移可分解为纯弯曲引起的位移和剪力引起的剪力滞翘曲位移之和。应用剪力滞广义坐标与广义力的概念,基于能量变分原理得到等截面梁剪力滞控制微分方程组及其通解形式。对均布荷载作用下矩形简支梁的算例分析表明,本文算法与弹性力学精确解对比,两者的应力和挠度剪力滞系数求解结果非常接近,本文算法有足够的精度,且比弹性力学简单。     

弹性力学平面问题的新解法—应力分量法

本文提出了一种求解弹性力学平面问题的新方法－应力分量法，并对经典的平面问题进行了求解，解答正确，方法便捷，与传统的应力函数法相比，难度小，费时少，速度快。     

弹性力学平面问题的新解法─—应力分量法

本文提出了一种求解弹性力学平面问题的新方法─—应力分量法，并对经典的平面问题进行了求解，解答正确、方法便捷，与传统的应力函数法相比，难度小、费时少、速度快。     

曲法线(面)假设下的板(梁)理论

本文分别从曲法面假设和曲法线假设出发,导出了与Timoshenko梁理论和Reissner板理论类似的平衡方程。考虑了切向载荷的作用,并且给出了相应的简化方案。本文理论所得到的梁、板内应力,在一定的条件下即为弹性理论平面问题或者空间问题的精确解答。在一般情况下,本文给出的修正的应力表达式,可以使精度大大提高。     

非奇异应力对中央含V形切口试样断裂性能的影响

采用Williams渐近展开式表达V形切口尖端附近区域的位移场和应力场,将其代入弹性力学基本方程中,应力奇异性指数及其对应的位移和应力角函数由求解常微分方程组获得。由于在远离切口尖端的区域无应力奇异性,将切口尖端应力奇异性区域移出后,应用边界元法分析无应力奇异性的剩余结构;将Williams渐近展开式与弹性力学边界积分方程结合,解出切口尖端附近应力奇异性区域的各应力场渐近展开项系数,从而获得切口尖端附近区域的完整应力场;基于此,研究了非奇异应力项对中央含V形切口试样的表观断裂韧度和临界荷载预测值的影响。结果表明:考虑非奇异应力项时,脆性断裂的表观断裂韧度和临界荷载的预测值要比忽略非奇异应力项时的预测值更接近实验值。     

弹性力学状态变量体系下带有初应力的振动问题

通过在Hellinger-Reissner广义势能中引入应变的非线性项,推导出了弹性力学Hamilton体系下的具有初应力的振动方程,并运用精细积分给出了两端简支的梁、组合梁和四边简支板及组合板在初应力下振动频率。本文结果是严格弹性力学意义(没有引入任何几何变形假设)下的精确解,为衡量各种计入剪切变形的薄板、中厚板理论的准确性提供了一个标准。     

对称荷载作用下半圆盘的应力分析

本文应用双极坐标系中的弹性力学相容方程,获得了受对称荷载作用且τξη=0情况下半圆盘的应力解答。运用所得公式,分析了预应力钢丝缠绕式压机中半圆盘形梁等实例。     

复合材料层合板的三维研究

本文提出了固支复合材料各向异性层合圆板受均布横向载荷作用下的满足三维弹性力学基本微分方程和边界条件的解析解答。文中采用一种发展的摄动方法进行求解，板中的每个应力和位移都展开为无量纲厚度参数ε的摄动级数，并采用二维板理论解答作为其相应三维摄动解答的一个基本解的形式，通过摄动方法逐级求解而获得完整的三维解答。文中以解析形式和数值形式给出了高精确度的三维应力和位移结果，结果表明，本文求解三维问题的解析方法是合理有效的。     

利用计算机辅助求解弹性力学问题的一种新方法

采用Matlab编程与多项式应力函数相结合的方式直接求解弹性力学平面问题. 该方法 一方面使选择应力函数具有非常强的规律性,另一方面简化了确定待定常数的过程. 该方法 改进了用传统的逆解法、半逆解法选择应力函数,需要经过多次尝试、不断修改,才能得到 满意结果的缺点. 同时指出了在一些情况下弹性力学平面问题是不具有多项式的解答.     

基于修正偶应力理论的Euler-Bernoulli微梁的尺寸效应研究

为研究Euler-Bernoulli微梁的尺寸效应,基于修正偶应力理论推导了梁的变形能计算公式,得到了反映尺寸效应的量纲归一化刚度公式;利用最小势能原理求解了Euler-Bernoulli微梁,得到了反映尺寸效应的量纲归一化挠曲线方程和量纲归一化最大应力方程。通过数值模拟计算,研究了Euler-Bernoulli微梁的刚度和强度等力学特性的尺寸效应,分析了泊松比对Euler-Bernoulli微梁的刚度和强度等力学特性的影响。分析结果表明:在微尺寸范围内Euler-Bernoulli微梁的刚度随尺寸的增大而减小,其强度则随尺寸的增大而增大,当量纲为一的高度大于20时,Euler-Bernoulli微梁的尺寸效应不明显,可忽略不计;泊松比越大,微梁强度越大,刚度越小,当量纲为一的高度大于20时,泊松比对微梁强度和刚度的影响可忽略不计。     

弹性力学

徐芝纶教授编写的《弹性力学》上、下册(以下简称徐书)已由人民教育出版社先后出版了.这是一部为工科力学专业编写的教材.全书共二十二章.上册十二章着重叙述弹性力学的基本理论和计算方法,内容涉及到平面问题、空间问题、温度应力问题、弹性波传播问题以及等直杆扭转问题.书中详细地介绍了平面问题的直角坐标解答、极坐标解答、复变函数解答和差分松弛解答;同时,还写了变分法一章.下册十章全是有关板壳     

考虑表面效应时正三角形孔边裂纹反平面剪切问题的断裂力学分析

基于表面弹性理论和保角映射,研究了远场反平面剪切载荷作用下考虑表面效应时正三角形孔边裂纹问题的断裂性能。给出了孔边应力场解答,获得了裂纹尖端应力强度因子解析解答。数值算例讨论了应力强度因子随三角形孔尺寸、裂纹长度和表面性能的变化规律。结果表明：当三角形孔尺寸在在纳米量级时,无量纲应力强度因子受孔隙尺寸影响显著;随着三角形孔尺寸的增大,本文结果趋近于经典断裂理论解答;无量纲应力强度因子随裂纹长度的增加,数值先增大而后减小;裂纹相对长度较小时,表面效应影响较弱;应力强度因子的尺寸效应受表面性能影响显著。     

线夹杂的力学模型及其界面应力分析

采用材料力学的直杆和梁的变形假定，对平面线夹杂问题提出了一种能同时考虑夹杂两侧法向应力和剪应力间断的新的力学模型，然后通过集中力作用的Ｋｅｌｖｉｎ解答，求得了单夹杂问题的基本解。文中还导出了夹杂两侧的界面应力公式。最后对夹杂端点的应力强度因子及界面应力作了计算，结果令人满意