径向非均匀压电介质中圆孔对SH波的散射

利用复变函数理论对SH波作用下含圆孔径向非均匀压电介质的反平面动力特性进行了研究。压电介质的密度沿径向按幂函数形式变化,但压电参数、弹性参数、介电参数均为常数。利用变量替换法将非均匀压电介质的变系数波动方程组转化为标准的Helmholtz方程组,得到了满足边界条件的波函数解析表达式。通过数值算例分析了入射角度、入射波频率、幂次等对应力集中系数和电场强度集中系数的影响,并与已有文献进行比较。结果表明,某些参数组合下,动应力集中系数与电场强度集中系数均随幂次增大而增大。     

SH波入射时垂直半空间中双相介质界面附近圆孔的动力分析

利用复变函数和Green函数法研究了垂直半空间中双相介质界面附近圆孔对SH波的散射与动应力集中问题。该问题的解答采用镜像法,首先构造出含有圆孔的直角平面区域出平面问题的Green函数,然后利用契合技术,并根据界面处位移连续性条件将解答归结为具有弱奇异性的第一类Fredholm积分方程组的求解,结合散射波的衰减特性,直接离散该方程组,把积分方程组转化为线性代数方程组可得到该问题的数值结果。最后,通过算例分析了圆孔的动应力集中情况。结果表明,与全空间中界面附近圆孔对SH波的散射相比,由于垂直半空间自由边界的存在,孔边动应力集中系数明显增大;另外,入射波由硬介质(波速大)进入到软介质(波速小)时,与均匀介质相比,孔边动应力集中更显著,最不利的参数组合,孔边动应力集中系数几乎提高了一倍,入射波由软介质进入到硬介质时,情况相反。     

SH波对直角平面区域内圆形孔洞的散射与地震动

研究了以任意方向入射的平面SH波对直角平面区域内圆形孔洞的散射与地震动问题.首先,利用复变函数法、多极坐标移动技术及叠加原理,构造了一个可以预先满足直角平面区域自由表面上应力自由边界条件的圆孔对SH波散射的波函数;其次,利用镜像法,将直角平面区域内的波场镜像于半无限空间,并得到了满足边界条件的总波场;最后,作为对抗暴抗震问题的研究,通过算例考虑了圆孔的动应力集中和地表的动位移.结果表明,圆孔的动应力集中和地表的位移幅值取决于入射波频率、角度和圆孔的位置.     

各向异性介质中SH波引起的圆孔附近的动应力集中

本文利用复变函数方法求解无限的各向异性介质中入射的SH波对圆形孔洞的散射问题,指出动应力集中系数与入射波波数K_σ和圆孔半径r有关,最后给出了圆孔附近动应力集中系数的数值结果。     

直角平面角点衬砌对稳态平面SH波的散射

利用波函数展开法求解了二维直角平面角点处圆弧形衬砌对稳态入射平面SH波的散射问题,得到问题的解析解．方法是首先构造出衬砌介质内外的总波场,它们能够预先满足直角平面两直角边界应力自由条件;再利用衬砌边界处的应力和位移连续条件写出确定散射波解中未知系数的方程组并求解．通过算例具体讨论了衬砌内边界处的环向应力集中系数和位移幅度比随无量纲波数、入射角的变化情况,结果表明它们存在不同程度的放大现象．     

弹性带形域中多个半圆柱形凹陷对SH波的散射

对稳态SH（shear horizontal）导波在表面含有多个半圆柱形凹陷的弹性带形介质内的散射问题进行了研究，并给出了解析解。首先，运用导波展开法构造平面SH导波；然后，利用累次镜像法构造出满足带形域上、下两条直边界应力自由条件的散射波；最后，根据凹陷边沿的切应力为零的条件得到定解方程。通过算例分析了累次镜像法的精度、凹陷边沿的动应力集中和上、下边界位移幅值的变化情况。数值结果表明:只有一个凹陷时，中高频率的入射波和小厚度的带形域会引起凹陷边沿更高的动应力集中，上边界位移幅值的最大值会出现在凹陷的迎波面附近；当有两个凹陷时，大多数情况下，第二个凹陷对第一个凹陷边沿的动应力集中起放大作用，并且在理想弹性带形介质内，两凹陷之间的影响在相距无穷远时也会存在。     

SH波作用下地表软覆盖层中圆形夹杂的动应力分析

利用复变函数法和波函数展开法, 对地表软覆盖层中浅埋圆形夹杂在稳态SH波作用下的动应力集中问题进行研究并给出了解析解。根据SH波散射时的衰减特性, 采用了大圆弧假定的方法, 将半空间覆盖层直线边界问题转化为曲面边界问题。通过算例分析了SH波垂直入射时, 不同入射波波数和圆夹杂与半空间的波数比对圆形夹杂周边动应力集中因子的分布和动应力集中因子最大值变化的影响。算例表明, 圆形夹杂越“软”, 其波数越大, 夹杂周边的动应力集中因子越大; 入射波波数约0.35时, 夹杂周边的最大动应力集中因子达到最大值。     

SH波与界面多圆孔的散射及动应力集中

研究了平面SH波对相邻多个界面圆孔的散射及其动应力集中,为了求解,首先利用复变函数和多极坐标方法构造了在含有多个半圆形缺口的弹性半空间,水平面上任一点随时间谐和出平面线源载荷作用时失主移,邓Green函数,且采用“契合”模型,推导了SH波对相邻多个界面圆孔散射的定解积分方程组,进而求得圆孔附近的动应力系数,作为算例,讨论了具有两个界面圆孔对SH波的散射及其相互影响,给出了孔附近的动应力分布曲线。     

拉伸半无限圆孔板的应力集中系数表达式

首次推出拉伸半无限圆孔板孔边最大应力集中系数的显式表达式,此式不但形式简单而且具有良好的精度,目前献中尚无类似表达式。同时指出,Jeffery给出的仅有的几个具体理论值在圆孔比较靠近直线边界时误差较大。此外,采用本新定义的应力集中系数,当圆孔非常靠近直线边界时有一个极限值。     

双相介质半空间内椭圆夹杂对透射SH波的散射

为探究双相介质弹性半空间内椭圆弹性夹杂对透射SH波的散射问题,主要采用Green函数法、复变函数法、保角映射法和极坐标移动技术。首先,引入复变量并在复平面上运用保角映射的方法将椭圆边界映射为单位圆边界;然后,将双相介质沿垂直边界剖开分成两个四分之一空间,在剖分面上作用附加力系使SH波在垂直边界上满足位移和应力连续的条件,并构造四分之一空间内点源荷载作用下的Green函数位移场;进而,利用"契合"的思想在垂直边界上建立定解积分方程组,并利用SH波衰减的性质进行有限项截断来求解未知附加力系。最后,通过具体算例得出在不同参数情况下椭圆夹杂周边动应力集中因子分布情况。结果得知,SH波的入射角度和频率以及介质的性质对夹杂周边动应力集中分布有一定影响。     

Dynamic stress of a circular cavity buried in a semi-infinite functionally graded piezoelectric material subjected to shear waves

The paper presents a theoretical method to investigate the multiple scattering of shear waves and dynamic stress around a circular cavity in a semi-infinite functionally graded piezoelectric material. The analytical solutions of wave fields are expressed by employing wave function expansion method and the expanded mode coefficients are determined by satisfying the boundary conditions of the cavity. Image method is used to satisfy the free boundary condition of the semi-infinite structure. According to the analytical expression of this problem, the numerical solutions of the dynamic stress concentration factor around the cavity are presented. The effects of the piezoelectric property, the buried depth of the cavity, the incident wave number and the nonhomogeneous parameter of materials on the dynamic stress around the cavity are analyzed. Analyses show that the piezoelectric property has great effect on the dynamic stress in the region of intermediate frequency and the effect increases with increasing wave number. When the nonhomogeneous parameter of materials is less than zero, it has less influence on the maximum dynamic stress around the cavity; however, it has greater influence on the distribution of the dynamic stress around the cavity. When the nonhomogeneous parameter of materials is greater than zero, it has greater influence on both the maximum dynamic stress and the distribution of dynamic stress around the cavity, especially in the case that the buried depth is comparatively small.     

P波作用下饱和土中深埋圆形复合式衬砌隧道动应力响应研究

采用波函数展开法,推导出了平面P波入射下饱和土中深埋圆形双层衬砌动应力集中问题的解析解,并将该解退化为弹性介质中双层衬砌对平面P波散射的稳态解,验证了计算结果的正确性。研究结果表明,饱和土中双层衬砌的内边界动应力集中系数值大于外边界;外侧衬砌及内侧衬砌弹性模量对衬砌的动应力集中系数影响较大,在保证外侧衬砌稳定性较好的条件下,内侧衬砌尽可能选择刚度较小的材料;增加外侧衬砌及内侧衬砌的厚度可明显地减小衬砌内的动应力集中系数。     

Dynamic anti-plane analysis for two symmetrically interfacial cracks near circular cavity in piezoelectric bi-materials

The present paper is exposed theoretically to the influence on the dynamic stress intensity factor （DSIF） in the piezoelectric bi-materials model with two symmet- rically permeable interracial cracks near the edges of a circular cavity, subjected to the dynamic incident anti-plane shearing wave （SH-wave）. An available theoretical method to dynamic analysis in the related research field is provided. The formulations are based on Green＇s function method. The DSIFs at the inner and outer tips of the left crack are obtained by solving the boundary value problems with the conjunction and crack- simulation technique. The numerical results are obtained by the FORTRAN language program and plotted to show the influence of the variations of the physical parameters, the structural geometry, and the wave frequencies of incident wave on the dimensionless DSIFs. Comparisons with previous work and between the inner and outer tips are con- cluded.     

弹性波绕任意形状界面孔的散射

求解了弹性波绕任意形状界面孔的散射问题．通过入射波、反射波或折射波及孔的散射波场的叠加,得到了界面孔在SH波绕射下的总波场．总波场波函数的级数项待定系数可采用边界配点法来确定,该法不受边界正交性的限制,能够适用于任意形状的边界．最后,对界面椭圆孔进行了实例计算,得到了椭圆孔边的动应力集中系数．     

SH波入射时半空间界面裂纹与圆形衬砌的相互作用

利用复变函数和Green函数法研究了双相介质半空间界面裂纹及界面附近圆形衬砌对SH 波的 散射与动应力集中问题。首先,采用映像思想构造满足自由边界条件的散射波表达式,进而求解所需的 Green函数;其次,采用裂纹切割技术构造裂纹,并根据连续性条件建立了求解该问题的无穷代数方程组; 最后,给出了不同入射波数时界面裂纹与衬砌的相互作用。结果表明,裂纹的存在显著放大了衬砌界面的动 应力集中。     

半空间内含有部分脱胶的椭圆夹杂及圆孔对SH波的散射

采用复变函数法,结合"保角映射"技术及Green函数法,研究SH波作用下半空间内含有部分脱胶的椭圆夹杂以及圆形孔洞的散射问题。首先,利用"保角映射"技术将椭圆夹杂映射为圆夹杂,求出散射波位移场,同时,利用Green函数法与"虚设点源"的方法,求出半空间内椭圆夹杂以及圆孔的位移及应力场;然后,根据椭圆夹杂周围位移、应力连续、圆孔周围应力自由的边界条件,建立无穷线性代数方程组,求解出波函数中的未知系数;最后,在脱胶部分施加大小相等、方向相反的应力,构造出"脱胶模型",得到半空间内含有部分脱胶的椭圆夹杂以及圆形孔洞的总位移场。数值算例表明,入射角度、入射波频率、缺陷之间的距离、夹杂埋深及脱胶角度等对动应力集中因子有较大影响。