轴向扩散下简支饱和多孔弹性梁的大挠度分析

基于多孔介质理论和弹性梁的大挠度理论,并考虑轴向变形,在孔隙流体仅沿轴向扩散的假设下,建立了微观不可压饱和多孔弹性梁大挠度弯曲变形的一维非线性数学模型.在此基础上,忽略饱和多孔弹性梁的轴向应变,并利用Galerkin截断法,研究了两端可渗透的简支饱和多孔弹性梁在突加横向均布载荷作用下的拟静态弯曲,给出了饱和多孔梁弯曲时挠度、弯矩和轴力以及孔隙流体压力等效力偶等沿轴线的分布曲线.揭示了大挠度非线性和小挠度线性模型的结果差异,指出大挠度非线性模型的结果小于相应小挠度线性模型的结果,并且这种差异随着载荷的增大而增大.计算表明:当无量纲载荷参数q>5时,应该采用大挠度非线性数学模型进行研究.     

简支饱和多孔弹性梁的非线性动力响应

基于饱和多孔弹性梁大挠度变形的数学模型,利用Galerkin截断法,本文研究了两端可渗透的简支饱和多孔弹性梁分别在突加横向均布常载荷和简谐载荷作用下的动力响应,得到了梁弯曲时挠度、弯矩以及孔隙流体压力等效力偶等随时间的响应,考察了不同载荷下多孔弹性梁弯曲的响应特征.结果表明:随着载荷的增加,在常载荷作用下多孔弹性梁非线性大挠度响应与线性小挠度的差别愈加明显,而在简谐载荷作用下,多孔弹性梁的动力响应呈现较丰富的性态,相图由最初的单一椭圆曲线不断变形,形状随载荷幅值的增加而逐渐复杂,同时,时程曲线也由简单正弦曲线变为具有多峰值特征的一个周期曲线.     

饱和多孔弹性Timoshenko梁的大挠度分析

基于微观不可压饱和多孔介质理论和弹性梁的大挠度变形假设,考虑梁剪切变形效应,在梁轴线不可伸长和孔隙流体仅沿轴向扩散的限定下,建立了饱和多孔弹性Timoshenko梁大挠度弯曲变形的非线性数学模型.在此基础上,利用Galerkin截断法,研究了两端可渗透简支饱和多孔Timoshenko梁在突加均布横向载荷作用下的拟静态弯曲,给出了饱和多孔 Timoshenko梁弯曲变形时固相挠度、弯矩和孔隙流体压力等效力偶等随时间的响应.比较了饱和多孔Timoshenko梁非线性大挠度和线性小挠度理论以及饱和多孔 Euler-Bernoulli梁非线性大挠度理论的结果,揭示了他们间的差异,指出当无量纲载荷参数q>l0时,应采用饱和多孔Timoshenko梁或Euler-Bernoulli梁的大挠度数学模型进行分析,特别的,当梁长细比λ<30时,应采用饱和多孔Timoshenko梁大挠度数学模型进行分析.     

轴向扩散不可压饱和多孔弹性梁的拟静态弯曲

建立了横观各向同性不可压饱和多孔弹性梁拟静态弯曲的数学模型,并给出了一般的求解方法.作为例子,研究了端部不同渗透条件对梁中点承受突加常集中载荷作用的饱和多孔悬臂梁拟静态弯曲的影响,给出了挠度和孔隙流体压力等效力偶沿梁轴线的分布以及随时间的响应曲线.结果表面:端部渗透条件对饱和多孔弹性梁的弯曲行为有显著的影响,梁的弯曲挠度既可随时间单调递增、亦可单调递减,其性态依赖于梁端部的渗透条件.同时发现不同于经典单相弹性梁,由于孔隙流体压力的作用,不承受载荷作用的梁段亦发生弯曲,并且Mandel-Cryer效应亦存在于不可压饱和多孔弹性梁的拟静态响应中,这些结果有助于揭示传热管道、植物根茎等力学行为的机理.     

不可压饱和多孔弹性简支梁的动力响应

在杆件弯曲小变形的假定下,考虑杆件的侧向变形因素,根据多孔介质理论,本文首先建立了不可压饱和多孔弹性梁弯曲变形时动力响应的控制方程。其次,基于所建立的控制微分方程,利用变量分离法,研究了两端可渗透的饱和多孔弹性简支梁在梁中间集中载荷作用下的动力响应,得到了不同物性参数下简支梁动态弯曲时挠度和孔隙流体压力等效力偶等随时间的响应曲线。研究发现由于孔隙流体和固相骨架的相互作用,不可压饱和多孔弹性梁挠度的动力响应具有粘性特征,同时,随着时间的增加,饱和多孔弹性梁的挠度、弯矩等最终趋于经典弹性梁的静挠度、弯矩,此时,孔隙流体压力为零,梁的固相骨架承担所有的外载荷。     

饱和不可压正交各向异性多孔弹性板的动力弯曲分析

基于多孔介质理论,在Kirchhoff直法线假定以及小变形和线性本构关系前提下,建立了饱和不可压正交各向异性多孔弹性板的线性动力分析模型.针对流体的面内扩散问题,在忽略面内惯性项的影响下,进一步简化了分析模型,给出了相应的基本控制方程以及初始和边界条件的一般描述.根据所建立的模型,采用Fourier级数展开法研究了四边简支透水正交各向异性矩形多孔弹性板在冲击载荷作用下的拟静态和动力弯曲响应,数值分析了不同参数下孔隙流体压力等效弯矩、固相有效应力等效弯矩以及挠度的变化规律和动力特征.研究表明在外载荷作用初始阶段,孔隙流体对板弯曲变形的影响不可忽视.     

饱和多孔弹性Timoshenko悬臂梁的拟静力弯曲

在经典单相Timoshenko梁变形和孔隙流体仅沿多孔梁轴向运动的假定下,基于不可压饱和多孔介质的三维理论,论文首先建立了横观各向同性饱和多孔弹性Timoshenko悬臂梁拟静力弯曲的一维数学模型,并给出了相应的边界条件.其次,利用Laplace变换及其数值逆变换,分析了端部不同渗透条件下,饱和多孔弹性Timoshenko悬臂梁在端部梯载荷作用下的拟静力响应,给出了饱和多孔Timoshenko悬臂梁弯曲时挠度、弯矩以及孔隙流体压力等效力偶等随时间的响应曲线,并与饱和多孔Euler-Bernoulli悬臂梁的响应进行了比较,考察了梁长细比对弯曲响应的影响.数值结果表明:固相骨架与孔隙流体的相互作用具有粘性效应,梁弯曲的拟静态挠度具有蠕变行为,端部渗透条件对梁的弯曲变形有显著的影响,并且,饱和多孔弹性Timoshenko悬臂梁的拟静态响应亦存在Mandel-Cryer现象.     

不可压饱和多孔弹性梁、杆动力响应的数学模型

基于多孔介质理论,首先建立了饱和多孔弹性杆件弯曲与轴向变形时动力响应的数学模型.其次,基于多孔弹性梁弯曲变形的数学模型,利用Laplace变换,分析了两端可渗透的饱和多孔弹性悬臂梁在自由端受阶梯载荷作用下的动静力响应,给出了梁弯曲时挠度、弯矩以及孔隙流体压力等效力偶等物理量随时间的响应曲线.发现不可压多孔弹性梁的拟静态响应亦存在Mandel-Cryer现象,多孔弹性梁的挠度具有与粘弹性梁挠度类似的蠕变特征,然而,其应力响应不同于粘弹性梁,随着时间的增加,梁拟静态响应的弯矩逐渐增加,并达到一个稳态值.这些结果有助于揭示植物根茎等力学行为的机理.     

不可压饱和多孔Timoshenko梁动力响应的数学模型

基于饱和多孔介质理论,假定孔隙流体仅沿梁的轴向运动,论文建立了横观各向同性饱和多孔弹性Timoshenko梁动力响应的一维数学模型,通过不同的简化,该模型可分别退化为饱和多孔梁的Euler-Bernoulli模型、Rayleigh模型和Shear模型等.研究了两端可渗透Timoshenko简支梁自由振动的固有频率、衰减率和阶梯载荷作用下的动力响应特征,给出了梁弯曲时挠度、弯矩以及孔隙流体压力等效力偶等随时间的响应曲线,并与饱和多孔弹性Euler-Bernoulli简支梁的响应进行了比较,考察了固相与流相相互作用系数、梁长细比等的影响.可见,固相骨架与孔隙流体的相互作用具有粘性效应,随着作用系数的增加,梁挠度振动幅值衰减加快,并最终趋于静态响应,Euler-Bernoulli梁的挠度幅值和振动周期小于Timoshenko梁的挠度幅值和周期,而Euler-Bernoulli梁的弯矩极限值等于Timoshenko梁的弯矩极限值.     

饱和不可压多孔弹性板在面内扩散下的动力弯曲理论

根据多孔介质理论,在Kirchhoff假定和小变形前提下,针对流体的面内扩散情形,建立了饱和不可压多孔弹性板动力弯曲的数学模型.然后,利用Fourier展开法研究分析了阶梯载荷作用下四边简支透水矩形多孔弹性板的拟静定和动力弯曲响应,考察了不同参数下多孔弹性板的挠度、孔隙流体压力等效弯矩和固相有效应力等效弯矩的变化规律和特征.同时,通过基于Biot三维固结理论所建立的动力弯曲模型,比较了可压与不可压情况下其结果的差异.     

A nonlinear mathematical model for large deflection of incompressible saturated poroelastic beams

Nonlinear governing equations are established for large deflection of incom- pressible fluid saturated poroelastic beams under constraint that diffusion of the pore fluid is only in the axial direction of the deformed beams.Then,the nonlinear bend- ing of a saturated poroelastic cantilever beam with fixed end impermeable and free end permeable,subjected to a suddenly applied constant concentrated transverse load at its free end,is examined with the Gaierkin truncation method.The curves of deflections and bending moments of the beam skeleton and the equivalent couples of the pore fluid pressure are shown in figures.The results of the large deflection and the small deflection theories of the cantilever poroelastic beam are compared,and the differences between them are revealed.It is shown that the results of the large deflection theory are less than those of the corresponding small deflection theory,and the times needed to approach its stationary states for the large deflection theory are much less than those of the small deflection theory.     

On Mode Interactions for a Weakly Nonlinear Beam Equation

In this paper an initial-boundary value problem for a weakly nonlinear beam equation with a Rayleigh perturbation will be studied. It will be shown that the calculations to find internal resonances in this case are much more complicated than and differ substantially from the calculations for the weakly nonlinear wave equation with a Rayleigh perturbation as for instance presented in [3] or [7]. The initial-boundary value problem can be regarded as a simple model describing wind-induced oscillations of flexible structures like suspension bridges or iced overhead transmission lines. Using a two-timescales perturbation method approximations for solutions of this initial-boundary value problem will be constructed.     

The Non-Axisymmetrical Dynamic Response of Transversely Isotropic Saturated Poroelastic Media

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｓａｔｕｒａｔｅｄｐｏｒｏｕｓｍｅｄｉｕｍｉｓｔｈｅｂａｓｉｃｉｓｓｕｅ,ｗｈｉｃｈｉｓａｐｐｌｉｃａｂｌｅｉｎｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ,ｓｅｉｓｍｏｌｏｇｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ,ｏｉｌｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ,ｄｉｓｐｏｓａｌｏｆｎｕｃｌｅａｒｗａｓｔｅｓ,ｈｙｄｒａｕｌｉｃｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄｃｉｖｉｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ .Ｓｉｎｃｅｔｈｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｒｅｌａｔｉｏｎｓａｎｄｗａｖｅ…     

经典理论与一阶理论之间简支梁特征值的解析关系

利用Euler-Bernoulli梁理论(EBT)和Timoshenko梁理论(一阶理论,TBT)之间,梁的特征值问题在数学上的相似性,研究了不同梁理论之间特征值的关系。将特征值问题的求解转化为一个代数方程的求解,并导出了不同梁理论之间梁的特征值之间的精确解析关系。因此,只要已知梁的经典结果(临界载荷和固有频率),便很容易从这些关系中获得一阶梁理论下的相应结果。这些解析结果清楚地显示了横向剪切变形对经典结果影响的本质特点。另外,从这些关系中获得的含有剪切变形影响的结果,可以用于检验一阶理论下梁特征值数值结果的有效性、收敛性以及精确性等问题。     

轴对称转动粘弹性简支梁的稳定性分析

建立了轴对称转动粘弹性不可移简支梁的几何非线性动力学模型.应用Laplace变换和摄动法分析了超静定粘弹性杆的平衡解,得到了转动粘弹性梁的预应力平凡平衡态.应用Galerkin和摄动法得到了粘弹性梁平凡解的失稳临界值,分析了梁轴向伸长对失稳临界值的影响;通过极限分析获得了系统的后屈曲稳态近似解,讨论了平凡解二次分岔后的近似稳定吸引域,并数值仿真了系统平凡解失稳后初始挠动向稳态解的演变.本文的大范围稳定性分析发现了粘弹性系统叉式分岔失稳后的平凡态又经二次鞍结点分岔而稳定以及单向跳跃(突变)等不同于弹性系统的现象.     

有摩擦时悬臂细长大杆大挠度弯曲的解

在专用汽车开发中,遇到有磨擦时细长杆受集中载荷时大挠度弯曲变形件的设计问题,本文利用数值积分法对此进行讨论,提出有摩擦时细长杆悬臂梁所受最大弯矩计算方法,同时就磨擦力对变形的影响进行了分析,为此类杆件的强度计算提供依据。