Mindlin板动力学问题的Hamilton体系及其辛解法

本文通过对混合能变分原理的修正，建立了Ｍｉｎｄｌｉｎ板动力学问题的Ｈａｍｉｌｔｏｎ正则方程，并采用共轭辛正交归一关系给出固有频率分析的精确解。     

板弯曲求解新体系及其应用

建立平面弹性与板弯曲的相似性理论,给出了板弯曲经典理论的另一套基本方程与求解方法,然后进入哈密顿体系用直接法研究板弯曲问题．新方法论应用分离变量、本征函数展开方法给出了条形板问题的分析解,突破了传统半逆解法的限制．结果表明新方法论有广阔的应用前景．     

Reissner矩形的板的弯曲问题

本文根据Ｒｅｉｓｓｎｅｒ平板理论，提出矩形中厚板弯曲问题的解答，应用本文中的（５），（９）式，可求解通常界条件下，承受横向均力Ｑ以及承受横向均布力和板边法向弯矩等组合荷载共同作用下的矩形中厚板的弯曲问题，而且使这类问题的解答规律化。     

Mindlin中厚板的辛求解方法

在Mindlin板混合能函数的基础上,通过引人混合变量及对混合能变分原理的修正,在全状态下建立了Mindlin板的Hamilton正则方程,进而采用直接法给出了两对边简支板的解析解,并通过具体例题说明了方法的有效性.     

环扇形薄板弯曲问题的环向辛对偶求解方法

根据平面弹性与薄板弯曲问题的相似性原理,极坐标系板弯曲的弯矩函数被引入作为原变量,并通过恰当的辛内积定义建立了环扇形薄板弯曲问题的一个辛几何空间. 然后应用类Hellinger-Reissner变分原理,导出了辛几何空间的对偶方程,从而将环扇形薄板弯曲问题导入到辛对偶求解体系. 于是,分离变量和本征展开的有效数学物理方法得以实施,给出环扇形薄板弯曲问题的一个分析求解方法. 具体讨论了两弧边简支和两弧边一边固支一边自由薄板的本征问题,分别导出它们对应的本征值超越方程和本征向量,并给出原问题本征展开形式的通解. 最后,给出了两个算例的分析解并与已有文献或数值方法的解进行了对比,结果表明该方法有很好的收敛性和精度.      

相邻两边固支其余两边自由矩形正交各向异性薄板弯曲的辛叠加解

应用辛叠加方法,求出相邻两边固支其余两边自由矩形正交各向异性薄板在均匀荷载下弯曲问题的解析解。先将原方程转换成Hamilton正则方程;用辛方法计算出一边滑支对边简支条件下对应Hamilton算子的辛本征值和辛本征函数系,证明该辛本征函数系的辛正交性,进而在Cauchy主值意义下证明了它的完备性;根据辛本征函数系的完备性,得到了对应Hamilton正则方程的通解,再应用叠加方法计算出原弯曲问题的解析解;最后通过两个具体矩形薄板的数值算例,验证了所得辛叠加解的正确性。     

角支及多点支承矩形板的弯曲

本文取两对边简支另两对边自由的板为初始解,用迭加法在两边简支板上迭代消去板边上的剪力。为了简化消去板边剪力的复杂迭代过程,作者提出了高精度的简化方法,将无限迭代简化为一次计算,将角支板的求解化为计算两个对边简支矩形板的简单问题。对于多点支承矩形板,则可取角点支承板为基本结构用力法求解。文中还提出了一些实用经验公式,列出了典型算例,验证了方法的适用性和高精度。     

Mindlin 矩形微板的热弹性阻尼解析解

首次给出了四边简支的 Mindlin 矩形微板热弹性阻尼的解析解. 基于考虑一阶剪切变形的 Mindlin 板理论和单向耦合热传导理论建立了微板热弹性耦合自由振动控制微分方程. 忽略温度梯度在面内的变化,在上下表面绝热边界条件下求得了用变形几何量表示的温度场的解析解. 进一步将包含热弯曲内力的结构振动方程转化为只包含挠度振幅的四阶偏微分方程. 利用特征值问题之间在数学上的相似性,在四边简支条件下给出了用无阻尼 Kirchhoff 微板的固有频率表示的 Mindlin 矩形微板的复频率解析解,从而利用复频率法求得了反映热弹性阻尼水平的逆品质因子. 最后,通过数值结果定量地分析了剪切变形、材料以及几何参数对热弹性阻尼的影响 规律. 结果表明,Mindlin 板理论预测的热弹性阻尼小于 Kirchhoff 板理论预测的热弹性阻尼. 两种理论预测的热弹性阻尼之间的差值在临界厚度附近十分显著. 另外,随着微板的边/厚比增大,Mindlin 微板的热弹性阻尼最大值单调增大,而 Kirchhoff 微板的热弹性阻尼最大值却保持不变.      

弹性矩形板问题的Hamilton正则方程

为了采用辛算法求出弹性矩形板问题的解析解，中直接从弹性矩形板的控制方程出发推导了弹性矩形板，其中包括弹性矩形薄板和厚板问题以及弹性地基上矩形薄板和厚板问题的Hamilton正则方程，为利用辛几何方法求出任意边界条件下这类问题的理论解奠定了基础．     

无拉力弹性地基上矩形板屈曲/后屈曲问题的辛求解方法

无拉力弹性地基上矩形薄板的屈曲/后屈曲问题是板壳力学中一类重要课题,在工程中有着大量应用.因涉及接触非线性,目前主要采用数值方法对该类问题进行求解,发展具有重要基准价值的解析方法是当前面临的一项挑战.针对上述问题,本文将板划分为若干包含强制边界条件的板,形成子问题,在辛空间下利用分离变量与辛本征展开对子问题进行解析求解,通过子问题边界处的连续条件确定板与地基的接触状态;通过迭代求解上述过程,获得子问题划分的收敛结果,并得到最终屈曲载荷及模态.结果表明,无拉力弹性地基与Winkler地基上板的屈曲行为存在显著差异,且无拉力弹性地基的刚度对板的屈曲载荷与屈曲模态均有重要影响.在此基础上,结合Koiter摄动法与辛方法,对无拉力弹性地基上矩形板的后屈曲问题进行求解,获得板的后屈曲平衡路径.所得到的屈曲与后屈曲分析结果均与有限元计算结果吻合良好,确认了本文结果的正确性.由于本文方法数学推导严格,求解效率高,因此不仅为研究无拉力弹性地基上矩形薄板的屈曲/后屈曲行为提供了一种有价值的理论工具,更有望拓展至更多复杂板壳力学问题的求解.     

矩形扁壳弯曲问题的一般解

本文建立了四边挠度为零的矩形扁壳弹性弯曲问题的一般解析解.以四边位移为零的固支矩形扁壳为例求解了对称变形问题。     

Bending of annular sectorial Mindlin Plates using Kirchhoff results

This study is concerned with the elastic bending problem of a class of annular sectorial plates whose radial edges are simply supported. Exact bending relationships between the Mindlin plate results and the corresponding Kirchhoff plate solutions have been derived based on the concept of load equivalence. These bending relationships facilitate the deduction of thick (Mindlin) plate results from the corresponding classical thin (Kirchhoff) plate solutions, thus bypassing the need to solve the more complicated governing equations of thick plates. The correctness of the relationships is established by solving the bending problem of annular sectorial plates under a uniformly distributed load and comparing the results with existing thick plate solutions.     

基于平面偶应力-Reissner/Mindlin板比拟的偶应力有限元

偶应力理论的有限元列式面临本质性的C1连续性困难. 平面偶应力理论和Reissner/Mindlin板弯曲理论之间的比拟关系表明这两个理论系统的有 限元的同一性，而R/M板有限元并不存在C1连续性困难. 因此，研究将R/M板单元转化为具有一般位移自由度的平面偶应力单元的一般方法. 根据这一方法，将典型的8节点Serendipity型R/M板单元Q8S转化为一个4节点12 自由度的四边形平面偶应力单元，数值结果表明该单元具有良好的精度和收敛性     

求解Reissner板弯曲问题的一种新方法

运用摄动理论首次将Ｒｅｉｓｓｎｅｒ板理论分解为一系列Ｋｉｒｃｈｈｏｆ板理论的叠加。这样，Ｒｅｉｓｓｎｅｒ板问题的解答就可通过在具体边界条件下求解一系列Ｋｉｒｃｈｈｏｆ板问题来获得。算例表明，本文方法简单，只需摄动两次就能接近Ｒｅｉｓｓｎｅｒ板理论的精确解，适合在实际工程中推广     

Bending of an Elastic Rectangular Clamped Plate: Exact Versus ‘Engineering’ Solutions

This paper addresses the fascinating long history of the classical problem of bending of a thin rectangular elastic plate with clamped edges by uniform pressure. Among various mathematical and engineering approaches, a method of superposition proposed by Lamé (1852, 1859) and Mathieu (1881, 1890) and developed by the mathematician Koialovich (1902) and engineers Boobnoff (1902, 1914), Hencky (1913) and Inglis (1925) appears to be very useful for the analysis of distribution of stresses and deflection inside a plate. The object of this paper is both to clarify some purely mathematical questions connected with the solution of the infinite systems of linear algebraic equations and to provide a considerable simplification of the numerical algorithm. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

一边简支二角点支承的矩形板弯曲

在分析求解条件完备性的基础上将矩形板的弯曲划分为广义静定问题和广义超静定问题，分别采用直接求解和叠加法解决了一边简支一角点支承和一边简支二角点支承的矩形板在板面分布荷载、板边分布荷载、角点集中力作用下以及角点支承产生支座沉陷时的弯曲。计算表明这种解法收敛快，计算精度高，适用范围广     

弹性半空间地基上预应力中厚矩形板的弯曲

基于Reissner-Mindlin一阶剪切变形理论,讨论在预加面内机械荷载或预加温度场作用下,弹性半空间地基上四边自由中厚矩形板的弯曲问题。把地基看作三维弹性半空间体,考虑地基变形的衰减。用一组数学上完备的二元多项式作为位形函数,采用pb-2 Rayleigh-Ritz法求得四边自由中厚矩形板的挠度和弯矩,并讨论了初应力对板的挠度和弯矩的影响。     

Finite Element Analysis of Elasto-plastic Plate Bending Problems using Transition Rectangular Plate Elements

In this work, the finite element analysis of the elasto-plastic plate bending problems is carried out using transition rectangular plate elements. The shape functions of the transition plate elements are derived based on a practical rule. The transition plate elements are all quadrilateral and can be used to obtain efficient finite element models using minimum number of elements. The mesh convergence rates of the models including the transition elements are compared with the regular element models. To verify the developed elements, simple tests are demonstrated and various elasto-plastic problems are solved. Their results are compared with ANSYS results.The English text was polished by Keren Wang.     

On the Range of Applicability of the Reissner–Mindlin and Kirchhoff–Love Plate Bending Models

We show that the Reissner–Mindlin plate bending model has a wider range of applicability than the Kirchhoff–Love model for the approximation of clamped linearly elastic plates. Under the assumption that the body force density is constant in the transverse direction, the Reissner–Mindlin model solution converges to the three-dimensional linear elasticity solution in the relative energy norm for the full range of surface loads. However, for loads with a significant transverse shear effect, the Kirchhoff–Love model fails. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

一种新型的薄板弯曲单元

本文将薄板弯曲问题的4阶微分方程,化为两个2阶微分方程,并提出了一个与之相应的三变量广义变分原理,然后从这个原理出发,进行有限元求解。该方法不但成功地将C~1连续性条件降为C~0问题,而且降低了板单元的自由度数目,同时单元的精度也是令人满意的。