复合材料力学的Hamilton体系和辛几何方法(Ⅰ)——一般原理*

首次把用于动态体系的Hamilton系统引入到静力学中,建立了与原控制方程相对应的Hami-lton方程,可以对全状态向量分离变量,求出解析解和半解析解,特别适合于求解矩形域平面问题和柱形域空间问题.本文建立了一种求解偏微分方程的新方法,并对复合材料力学中的层合板的弯曲和平面应力问题的求解做了详细说明.     

一类板弯曲方程的辛本征函数展开方法

本文研究一边简支对边滑支边界条件的矩形板方程的无穷维Hamilton算子本征函数系,证明该无穷维Hamilton算子广义本征函数系在Cauchy主值意义下是完备的,为应用辛本征函数展开法求解该平面弹性问题提供理论基础.进而推导出原方程的通解,并对该平面弹性问题指出什么样的边界条件可按此方法求解.最后应用具体的算例说明所得结论的合理性.     

非Lévy型正交各向异性开口圆柱壳屈曲问题的辛叠加解析解

该文基于笔者提出的辛叠加方法得到了经典解法难以直接获得的典型非Lévy型正交各向异性开口圆柱壳屈曲问题的解析解.首先，基于Donnell薄壳理论建立了正交各向异性开口圆柱壳屈曲问题的Hamilton体系控制方程，然后将非Lévy型边界下的原问题拆分为两个子问题，在Hamilton体系下利用分离变量和辛本征展开等数学手段对子问题进行求解，最后基于原问题边界条件，通过子问题解的叠加求得原问题的解析解.数值算例表明，辛叠加解析解与有限元数值解结果吻合良好.同时，定量研究了长度和厚度等参数对屈曲载荷的影响.相比于半逆解法等传统解析方法，辛叠加方法基于严格的数学推导，无需假定解的形式，可以获得更多类似问题的解析解.     

对边滑支矩形板方程的辛本征函数展开定理（英文）

本文研究对边滑支边界条件的矩形板方程的无穷维Hamilton算子本征函数系,证明该无穷维Hamilton算子广义本征函数系在Cauchy主值意义下的完备性.进而推导出原矩形板方程的一般解,并对该平面弹性问题指出什么样的边界条件可按此方法求解.最后应用具体的算例说明所得结论的合理性.     

一角点支撑对面两边固支正交各向异性矩形薄板弯曲问题的辛叠加解

研究均匀荷载下一角点支撑对面两边固支条件下的正交各向异性矩形薄板的弯曲问题,并获得该问题的解析解.首先得到对边简支边界条件下原方程所对应的Hamilton算子的本征值及相应的本征函数系,再根据本征函数系的辛正交性和完备性,计算出对边简支问题所对应的Hamilton正则方程的通解,继而运用叠加方法求出原问题的辛叠加解.最后通过辛叠加解计算的数值结果与已有文献的数值结果进行对比,验证了本文所得解析解的正确性.     

各向异性板半无限裂纹平面问题的保角变换解法

本文给出了各向异性板半无限裂纹平面问题的保角变换解.首先,简单介绍了各向异性板平面问题的基本理论.随后采用复变函数的方法,通过引用适当的保角映射研究了各向异性板半无限裂纹平面弹性问题,得到了各向异性板中半无限裂纹在任意面内集中载荷作用下的裂纹尖端的应力强度因子的解析解.最后,作为特例得到了当集中力作用在裂纹表面时的应力强度因子的解析解,依此验证了结果的正确性.结果表明该方法简单实用.     

正交各向异性半平面内作用集中载荷的弹性解及边界元法常单元基本公式

本文采用镜相法,推导出了正交各向异性半平面作用集中载荷的理论解,给出了常单元系数矩阵表达式,为采用边界元法求解半平面问题提供了必要的公式.特解表达形式简洁,对边界元间接法常单元和高次单元各积分均可求出其原函数,可避免计算程序中的定积分数值计算过程.     

一角点支撑另一对边固支正交各向异性矩形薄板弯曲的辛叠加解

该文研究均匀荷载下一角点支撑另一对边固支正交各向异性矩形薄板的弯曲问题.将该问题分解为两个对边滑支子问题和一个一边滑支对边简支子问题,再分别得到上述三个子问题所对应的Hamilton算子本征值及本征函数系,然后应用辛本征函数展开法分别求出这三个子问题的解,进而通过以上三个子问题解的叠加求解出原问题的辛叠加解.最后应用该...     

带圆洞的各向异性无穷平面焊接一各向同性圆盘时的基本解

本文利用平面弹性复变方法与解析函数边值问题的基本理论获得了带圆洞的各向异性无穷平面焊接一各向同性圆盘时集中力作用下的解，为边界单元法求解此类问题作好了基本解的准备。     

均布载荷作用下各向异性固支梁的解析解

针对均布载荷作用下的各向异性梁在两端固支条件下的平面应力问题,给出了一个求解应力和位移解析解的方法．该方法构造了一个含待定系数的应力函数,通过Airy应力函数解法,给出了含待定系数的应力和位移通式．对固支端边界条件采用两种处理办法．利用应力和位移边界条件,确定应力函数中的待定系数,得到了应力和位移的解析表达式．结果表明,该解析解与有限元数值结果相比,两者较为吻合．该解析解是对弹性理论中相关经典例题的补充．     

线性分布载荷作用下功能梯度各向异性悬臂梁的解析解

对功能梯度各向异性弹性悬臂梁在线性分布载荷作用下的弯曲问题进行了研究．从平面应力问题的基本方程出发,假定应力函数为梁长度方向的多项式形式,由应力函数求导给出应力,利用协调方程和边界条件可完全确定应力函数．将解析解与有限元数值方法的结果进行了对比,两者吻合良好．     

压电梁的多项式解（Ⅱ）——典型问题解析解

从正交各向异性压电介质平面问题,对于材料3个特征根互不相等情况下,以3个拟调和位移函数表达位移、电势、应力和电位移的通解出发,利用调和多项式的显式表达式,结合试凑法,给出了平面压电梁的若干典型问题的解析解,包括悬臂压电梁自由端作用横向集中力和点电荷,悬臂压电梁表面作用线性电势和均布载荷,以及两端简支压电梁作用均布载荷等的解析解．     

一种获得各向异性平面梁在任意荷载作用下弹性解的新方法

通过求解函数方程,给出了一种获得各向异性线性平面梁弹性解的新方法,该方法可以考虑任意形式的荷载以及各种端部支撑条件．将该方法与传统的逆解法或者半逆解法比较,其最大的好处在于不需要猜测应力函数的形式而直接获得问题的精确解．算例验证了该方法的正确性,同时也提供了一种求解平面梁承受任意荷载的新思路.     

Winkler地基上四边自由正交各向异性矩形中厚板弯曲的有限积分变换解（英文）

本文应用有限积分变换法研究Winkler地基上四边自由正交各向异性矩形中厚板的弯曲问题.具体由正交各向异性矩形中厚板弯曲的基本方程组和边界条件出发,结合有限积分变换法及其对应的逆变换法推导出正交各向异性矩形中厚板弯曲问题的解析解.该解析解统一适用于计算各向同性/正交各向异性矩形薄板、中厚板和厚板的弯曲问题,并且通过具体算例验证了所得解析解的正确性.     

插值矩阵法分析正交各向异性板切口应力奇异性

基于切口尖端附近区域位移场渐近展开,提出了分析正交各向异性复合材料板切口奇异性的新方法.将位移场的渐近展开式的典型项代入弹性板的基本方程,得到关于正交各向异性板切口奇异性指数的一组非线性常微分方程的特征值问题;再采用变量代换法,将非线性特征问题转化为线性特征问题,用插值矩阵法求解获得的正交各向异性板切口若干阶应力奇异性指数和相应特征函数.该法可由相应的特征角函数对板切口的平面应力和反平面奇异特征值加以区分,并将计算结果与现有结果对照,表明了该文方法的有效性.     

变厚度各向导性斜形簿板的弹性平衡问题的Navier解

本文首先对变厚度各向异性斜形薄板有关非线性理论的弹性平衡问题进行了讨论,建立了变厚度各向异性斜形薄板的大挠度问题的基本方程,然后采用Navier法,给出了求解的一般途径,并以示例说明求解的具体方法,最后讨论了解的收敛性及本方法的应用范围.     

二维各向异性压电介质机电耦合场的基本解

本文研究各向异性压电介质的机电耦台问题．应用平面波分解法和留数定理，首次得到了线力和线电荷作用下一般二维各向异性压电介质机电耦合场的基本解．本文的解适用于平面问题、反平面问题以及平面和反平面相互耦合问题．作为特例，文中给出了横观各向同性压电介质的基本解．     

双参数弹性地基上正交各向异性矩形薄板自由振动问题的Hamilton方法

本文运用矩阵多元多项式的带余除法把双参数弹性地基上正交各向异性矩形薄板的振动方程转化为Hamilton系统,利用分离变量给出对应的Hamilton算子.通过计算得到对边简支问题所对应Hamilton算子的本征值和本征函数系,并证明了该本征函数系的辛正交性和在Cauchy主值意义下的完备性.根据本征函数系的完备性,得到对应Hamilton系统的通解,进而给出双参数弹性地基上正交各向异性矩形薄板对边简支振动问题振型函数的通解.此外,通过两个例子说明此方法可以计算出自由振动问题的频率和振型函数.     

平面各向异性弹性介质的周期裂纹问题

§1 导引 关于平面各向异性介质的非周期裂纹问题,H. Lieabwitz, G. C. Sih等曾经有过研究,以及W. T. Koiter,路见可等曾研究过平面各向高性介质的周期裂纹问题。本文,旨在讨论平面各向异性介质在平面对称载荷情况下的周期裂纹问题,此时平面各向异性介质被无限个同在一直线上按周期分布的裂纹所削弱,如图1所示。我们得到了封闭形式的解答     

四边固支正交各向异性矩形薄板弯曲问题的辛叠加方法

将正交各向异性矩形薄板方程化为Hamilton系统,利用分离变量法给出相应的无穷维Hamilton算子,进而计算出该无穷维Hamilton算子的本征值及对应的本征函数系,并分别证明了本征函数系的辛正交性及完备性.之后利用辛叠加方法,求出正交各向异性矩形薄板弯曲问题的解析解.最后通过算例验证了所得解析解的正确性.