半空间双相压电介质垂直边界附近圆孔对SH波的散射

利用“Green函数法”和“镜像法”对垂直边界附近含圆孔的半空间双相压电介质对SH波的散射问题进行分析,得到其稳态解。利用镜像法得到满足水平边界应力自由与电位移自由的波函数解析表达式。根据垂直边界连续性条件,利用“契合法”建立第一类Fredholm型积分方程组,得到圆孔周边的动应力集中系数与电场强度集中系数解析表达式。数值算例分析了入射波频率、入射角度、介质参数等对动应力集中系数与电场强度集中系数的影响,并与已有文献进行比较。计算表明,高频SH波垂直入射危害较大。     

径向非均匀介质中圆形夹杂的动应力分析

基于复变函数理论,研究了径向非均匀弹性介质中均匀圆夹杂对弹性波的散射问题. 介质的非均匀性体现在介质密度沿着径向按幂函数形式变化且剪切模量是常数. 利用坐标变换法将变系数的非均匀波动方程转为标准亥姆霍兹(Helmholtz) 方程. 在复坐标系下求得非均匀基体和均匀夹杂同时存在的位移和应力表达式. 通过具体算例分析了圆夹杂周边的动应力集中系数(DSCF). 结果表明:基体与夹杂的波数比和剪切模量比,基体的参考波数和非均匀参数对动应力集中有较大的影响.      

含孔边非均匀材料圆环的无限大薄板的应力集中系数

对于含圆孔及孔边非均匀材料圆环的无限大薄板，假设非均匀材料的弹性模量沿径向按照指数函数变化，而泊松比为常数，分别导出了双轴拉伸和纯剪切作用时孔边及界面处的应力集中系数的解析解．通过数值算例详细分析了非均匀材料圆环的弹性模量的变化对无限大薄板的孔边及界面处的应力集中系数的影响．研究结果表明，合理选择孔边非均匀材料圆环的材料性能变化参数可有效地缓解薄板的孔边应力集中程度．本文的研究结果可为含圆孔的薄板的设计提供一定的参考．     

Winkler地基模型上功能梯度材料涂层的摩擦接触问题

研究Winker地基模型上功能梯度材料涂层在一刚性圆柱形冲头作用下的摩擦接触问题。功能梯度材料涂层表面作用有法线向和切线向集中作用力。假设材料非均匀参数呈指数形式变化,泊松比为常量,利用Fourier积分变换技术将求解模型的接触问题转化为奇异积分方程组,再利用切比雪夫多项式对所得奇异积分方程组进行数值求解。最后,给出了功能梯度材料非均匀参数、摩擦系数、Winker地基模型刚度系数及冲头曲率半径对接触应力分布和接触区宽度的影响情况。     

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。     

套管-水泥环-地层多层组合系统受力特性分析

以弹性力学为基础,对套管-水泥环-地层多层组合系统在理想固井状况下受非均匀地应力和均匀内压时的受载特性进行了分析;并依据接触条件和连续条件建立了相应的线性代数方程组,得到了套管-水泥环-地层多层组合系统应力分布的解析解;研究了水泥环厚度、弹性模量、泊松比、套管层数变化对最内层套管外壁径向应力分布规律的影响,并讨论了上述因素对最内层套管外壁径向应力最大值及应力分布非均匀系数的影响。结果表明:上述因素对最内层套管外壁径向应力的分布均有影响;对于具体问题,应综合考虑组合系统的几何、力学参数确定上述参数的最优值。本文研究可为复杂地层套管柱设计及多层复合材料的抗外挤问题提供参考。     

高压捕获翼前缘型线优化和分析

为分析翼前缘形状变化对高压捕获翼构型气动性能的影响,基于一种锥体组合捕获翼概念构型,采用幂次函数和余弦函数组合形式对翼前缘型线进行了参数化设计,在比较了多项式和径向基函数两种代理模型的拟合精度基础上,以飞行马赫数7,飞行攻角0° 为计算条件,结合使用均匀实验设计方法、计算流体力学、径向基函数代理模型方法和遗传算法,选择升阻比最大化为目标开展了数值优化,最后基于优化结果进行了单参数的灵敏度分析. 优化结果表明,相对于基准外形而言,优化后构型升力系数增大了约8.1%,阻力系数减小了约12.2%,升阻比提高了约23.4%. 此外,灵敏度分析结果表明升阻比与5 个设计参数均呈非线性关系,其中展向角度对升阻比影响最大,其次为幂次曲线的比例参数,其余3 个参数对升阻比的影响相对较弱.      

不同压电介质界面上的反平面运动裂纹

利用积分变换技术,得到不同压电介质界面上的平面运动裂纹问题的分析解。结果表明应力及电位移强度因子均与界面裂纹扩展速度及材料参数相关,这不同于均匀压电介质中运动裂纹的结论,当两种压电介质完全相同时,本文结果将退化为均匀压电介质中反平面运动裂纹问题的解。     

散体介质SHPB被动围压试验体应力计算的理论修正方法

SHPB被动围压试验为探究散体介质在爆炸和冲击荷载作用下的力学行为提供了一个行之有效的方法。针对相关试验设计和计算中存在的弊端和不足,借助经典板壳理论将SHPB被动围压试验中用于约束散体介质的刚性套筒简化为受均匀带状内压作用的圆柱形壳体。理论计算了套筒径向位移、环向应变与均匀带状内压及套筒几何、力学参数的关系,得到了套筒径向位移、环向应变沿其轴向的分布规律;分析了套筒长度、厚度、内外径以及均匀带状内压宽度之间等无量纲几何参数对计算结果的影响;将理论计算结果与试验和数值模拟结果进行对比,验证了理论计算结果的正确性。本文中提出的理论修正方法可为指导散体介质SHPB被动围压试验提供参考。     

不同拉压特性的双层厚壁圆筒极限承载力解答

采用统一强度理论并考虑材料拉伸与压缩弹性模量的差异性,建立均匀内压作用下双层厚壁圆筒的应力表达式,获得了其内压相应的弹性极限解答、塑性极限解答,并分析拉压强度比、拉压模量系数、统一强度理论参数、半径比及分层半径对弹性、塑性极限内压的影响规律．研究结果表明：弹性、塑性极限内压随拉压强度比的增加而减小,但随统一强度理论参数、半径比的增加而增大;弹性极限内压随分层半径的增加呈现先增大后减小变化,随拉压模量系数的增加而一直减小;塑性极限内压与拉压模量系数、分层半径无关．应用于实际工程时,可根据所得结果选择合理的壁厚及分层半径,再根据材料特性确定其他参数,以便更加准确地计算结构的受力状况．     

功能梯度压电带中裂纹对SH波的散射

研究功能梯度压电带中裂纹对SH波的散射问题,为了便于分析,材料性质假定为指数模型,并假设裂纹面上的边界条件为电渗透型的.根据压电理论得到压电体的状态方程,利用Fourier积分变换,问题转化为对偶积分方程的求解.用Copson方法求解积分方程.求得了裂纹尖端动应力强度因子、电位移强度因子的解析表达式,最后数值结果显示了标准动应力强度因子与入射波数、材料参数、带宽、波数以及入射角之间的关系.     

压电材料反平面裂纹自相似扩展分析

通过对耦合的波动方程和调和方程解耦,用自模拟方法研究了压电材料中反平面裂纹的自相似扩展问题.研究表明: 对反平面问题,介质内的耦合场与裂纹扩展速度有关,在裂纹尖端有r-1/2阶的奇异性; 动态应力强度因子与电位移载荷有关,与静态结论不同; 电位移强度因子与机械载荷无关, 与静态结果的表达形式一致.     

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。     

Scattering by circular cavity in radially inhomogeneous medium with wave velocity variation

Based on the theory of complex function and the principle of homogenization, harmonic dynamics stress of a radially infinite inhomogeneous medium with a circular cavity is investigated. Due to the symmetry, wave velocity is assumed to have power-law variation in the radial direction only, and the shear modulus is constant. The Helmholtz equation with a variable coefficient is equivalently transformed into a standard Helmholtz equation with a general conformal transformation method (GCTM). The displacements and stress fields are proposed. Numerical results show that the wave number and the inhomogeneity parameter of the medium have significant effects on the dynamic stress concentration around the circular cavity. The dynamic stress concentration factor (DSCF) becomes singular when the inhomogeneity parameter of medium is close to zero.     

弯曲波在含非圆孔洞无限压电薄板中的散射

基于线性压电动力学理论,采用波函数展开法、保角映射以及复变函数,对含非圆孔洞无限大压电薄板弹性波的散射及动应力集中问题进行了分析,给出了其动弯矩集中系数(DMCF)的解析表达式.为说明问题,以PZT-4为例,讨论了外加电场、椭圆孔长短半轴比、椭圆孔倾角以及入射波频率对含圆孔和椭圆孔无限大压电薄板弹性波散射的影响,并分别给出了无限压电薄板开圆孔和椭圆孔动弯矩集中系数的数值结果.     

INVESTIGATION OF THE DYNAMIC BEHAVIOR OF TWO COLLINEAR ANTI-PLANE SHEAR CRACKS IN A PIEZOELECTRIC LAYER BONDED TO TWO HALF SPACES BY A NEW METOHD

IntroductionItiswell_knownthatpiezoelectricmaterialsproduceanelectricfieldwhendeformedandundergodeformationwhensubjectedtoanelectricfield .Thecouplingnatureofpiezoelectricmaterialshasattractedwideapplicationsinelectro_mechanicalandelectricdevices,suchaselectro_mechanicalactuators,sensorsandstructures.Whensubjectedtomechanicalandelectricalloadsinservice,thesepiezoelectricmaterialscanfailprematurelyduetodefects,e .g .,cracks,holds,etc.arisingduringtheirmanufactureprocess.Therefore,itisofgreatimp…     

SHEAR WAVE SCATTERING FROM A PARTIALLY DEBONDED PIEZOELECTRIC CYLINDRICAL INCLUSION

I. INTRODUCTION Owing to the intrinsic coupling characteristics between electric and elastic behaviors, piezoelectricmaterials have been used widely in technology such as transducers, actuators, sensors, etc. Studieson electroelastic problems of a piezo…     

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。