钢箱桥塔内部通行孔应力集中分析

钢箱桥塔内部通行孔多为长圆形.采用保角变换和柯西积分方法,对开长圆孔无限大平面的应力场进行求解,通过算例验证其准确性.基于有限元数值模拟,分析板件长宽比和开孔率对有限大板应力集中系数的影响规律,并通过对无限大平面应力集中系数进行有限板宽修正,提出了可用于实际工程的有限大板应力集中系数简化计算公式.     

含两个圆孔电致伸缩材料的二维应力集中问题研究

应用复变函数方法,研究了含有两个圆孔无限大电致伸缩材料的二维应力集中问题。基于精确的电学和力学边界条件以及复变函数级数表示法,给出了孔边电场和应力场的一般解;在具体数值计算中,通过令两孔相距足够远得到单孔问题的近似解,并与已有单孔精确解比较,验证了本文解的正确性;通过改变孔内介质的介电常数和孔的位置讨论了孔周应力的分布规律。结果表明:当两孔距离很大时,圆孔孔周应力分布不受另一孔的影响;一般情况下孔内的电场很微弱,对孔周应力影响很小,可略去不计;当两孔圆心连线垂直于外加电场时,孔周应力峰值达到最大。     

无限大板开孔弹性波的散射及动应力集中

采用弹性平板理论及复变函数理论，对含孔无限大平板弹性波的散射及动应力集中问题进行了分析研究，建立了求解平板开孔动应力集中问题的复变函数方法。若同时采用映射变换，就为求解平板开任意形状孔的动应力集中问题提供了一种规范而有效的方法。为说明问题，本文给出了平板开圆孔及椭圆孔动应力集中因子的数值结果。     

含孔平板弹性波散射问题的复变函数方法

本文采用平板弯曲波动理论及复变函数方法，对平板开孔弹性波的散射及动应力集中问题进行了分析研究，得到了传播急剧记波时此种平板弯曲波动问题的分析解。若同时采用保角射技术，就为主解平板任意形状开孔弹性波的散射及动应力集中问题提供了一种统一规范的方法。作为算例，本文给出了平板开圆孔和椭圆孔附近的动应力集中系数的数值结果，并对其进行了讨论。     

SH波作用下界面任意形状孔洞附近的动应力集中

采用Green函数和复变函数法求解了平面SH波在界面任意形状孔洞上的散射问题.首先,取含有任意形状凹陷的弹性半空间,在其水平表面上任意一点承受时间谐和的反平面线源荷载作用时的位移场作为Green函数.然后,按契合方式构造出界面任意形状孔洞对SH波的散射模型,利用所得Green函数按界面位移连续条件建立求解问题的定解积分方程组,求解界面孔附近的动应力集中系数. 最后,给出了界面上椭圆孔和方孔边缘动应力集中系数的数值结果,并讨论了不同介质参数和孔洞形状对孔附近动应力集中系数的影响.     

任意光滑梯度变化的功能梯度材料纯弯曲梁的弹塑性分析

假设功能梯度材料为理想弹塑性材料,其屈服强度和弹性模量均沿梁的高度方向按任意光滑函数连续变化,在小变形及平截面假定下,导出了功能梯度材料纯弯曲梁弹性极限弯矩及塑性极限弯矩的解析表达式,建立了弹塑性应力状态下截面弯矩和截面的弹、塑性应力分布之间的解析关系．研究表明,功能梯度材料梁存在多种可能的屈服模式,其最先屈服的点不一定位于截面应力最大处,而可能位于截面的其他任意位置;屈服强度及弹性模量的梯度变化对梁的弹塑性力学性能有很大影响．研究结果可为功能梯度材料纯弯曲梁的弹塑性问题研究提供一定的参考．     

任意梯度分布功能梯度涂层平面裂纹分析

提出可以分析任意梯度功能梯度材料的分层模型,并采用该模型研究功能梯度涂层平面裂纹问题.采用Fourier变换和传递矩阵法将该混合边值问题化为奇异积分方程组,通过数值求解获得应力强度因子.考察了分层模型的有效性,以及材料梯度变化形式、结构几何尺寸和材料梯度参数对裂纹应力强度因子的影响,发现结构几何尺寸、材料梯度变化形式、...     

功能梯度材料的平面断裂力学分析

针对材料参数在厚度方向可能按任意连续变化的梯度材料，给出了一个新的分层模型，利用该模型求解了面内加载下梯度界面层和涂层中的界面裂纹问题，借助Fburier积分技术和传递矩阵方法，将该问题化为一个Cauchy型奇异积分方程，通过数值求解，得到感兴趣的应力强度因子，对不同形式的杨氏模量和泊松比，计算了界面裂纹应力强度因子，结果表明泊松比的变化形式对应力强度因子影响不大，可当作常数处理，而杨氏模量的影响则很大。     

采用精确化理论求解厚板任意形开孔动应力集中

论文基于复变函数与保角映射法,采用平板弯曲振动精确化方程[1],对含任意形开孔平板中弹性波散射与动应力集中问题进行了研究.利用正交函数展开的方法将待解的问题归结为对一组无穷代数方程组的求解.作为算例,计算了自由边界条件下圆孔和椭圆孔的动弯矩集中系数的数值结果,并对板厚与孔径比对动弯矩分布的影响做了分析研究.结果表明:入射波数、平板厚度和椭圆偏心率等参数对动弯矩的分布都有很大的影响.在较低频率和平板较薄的情况下,基于文献[1]的方程与基于Mindlin板的动弯矩结果在数值分布上是基本一致的;在较高频率和平板较厚的情况下,基于文献[1]的方程与基于Mindlin板的动弯矩结果在数值分布计算结果相差较大.由于文献[1]给出的平板振动精确化方程是在没有任何工程假设条件下得到的,因此本文的分析计算结果更精确一些.     

含层理页岩气藏水力压裂裂纹扩展规律解析分析

页岩气蕴藏在页岩层中,页岩层的层理性构造使其水力压裂裂纹扩展与常规均质储层不同.为研究页岩储层水力压裂的裂纹扩展规律,基于复变函数保角变换,得出裂纹尖端应力集中解,考虑页岩非均质、强度各向异性特点,通过比较裂纹沿各方向扩展所需的裂缝尖端水压力,推导出水力压裂裂纹垂直于最小地应力方向稳定扩展过程中在斜交层理后的扩展判据.分别定义了水力压裂裂纹在层理处起裂和沿层理扩展的弱层和岩石基体临界强度比,根据两个临界强度比确定水力压裂裂纹遇层理时在层理处起裂和沿层理扩展的层理弱面强度范围,以此表示水力压裂裂纹转向层理扩展的难易程度.通过对裂纹扩展判据的分析得出:层理起裂弱层和岩石基体临界强度比随层理走向线与第一主应力夹角和层理倾角的减小以及第三主应力和岩石基体强度的增大而增大;层理走向角小于35.26°时,层理起裂弱层和岩石基体临界强度比随第一主应力的减小以及第二主应力的增大而增大;反之,层理起裂弱层和岩石基体临界强度比随第一主应力的减小以及第二主应力的增大而减小;层理扩展弱层和岩石基体临界强度比随层理走向线与第一主应力夹角、层理倾角和地应力差的减小以及岩石基体抗拉强度的增大而增大.层理起裂条件与层理扩展条件同时满足时,水力压裂裂纹转向层理方向扩展.      

表面直接氟化改性对有机玻璃弯曲疲劳性能的影响

本文使用表面直接氟化改性来改善有机玻璃的弯曲疲劳性能。测试了改性前后有机玻璃的断裂韧性与弯曲强度,重点研究了不同缺口形式的有机玻璃在改性前后的弯曲疲劳性能变化并分析了疲劳裂纹扩展过程。弯曲疲劳寿命的测定结果表明有机玻璃的疲劳性能在表面直接氟化改性后得到明显改善,表面氟化层的结构约束效应是有机玻璃疲劳寿命提高的主要原因。此外,在疲劳断裂面上观察到规律性的条纹带形貌,疲劳条纹带的形成与裂纹尖端银纹区的产生具有一定的联系。表面直接氟化改性后疲劳条纹带扩展速率的降低也充分证明了有机玻璃疲劳寿命的提高。研究结果证明,表面直接氟化改性修复是一种提高有机玻璃疲劳性能的可行方法,对有机玻璃的工业使用具有指导意义。     

Stress Concentration Factor in Functionally Graded Plates with Circular Holes Subjected to Anti-plane Shear Loading

Stress concentration factors due to the presence of geometrical discontinuities (circular holes) in functionally graded plates are derived. The material property inhomogeneity is assumed to be in the radial direction originating at the center of the plate. Variable separable closed-form solutions are obtained for the stresses and displacements in functionally graded plates (without and with holes) subjected to anti-plane shear loading. The stresses in functionally graded plates without a hole are not homogeneous as it is in the case of homogeneous plates. Either a stress concentration (more than the applied stress) or dilution (less than the applied stress) occurs depending on whether the modulus increases (hardening graded material) or decreases (softening graded material) away from the center of the graded plate without a hole. A novel definition of the stress concentration factor due to the geometrical discontinuity in functionally graded plates is derived. The effect of the circular hole in functionally graded plates is to magnify (compared to homogeneous plates) the stress concentration when the modulus decreases away from the center of the hole (softening material). Beneficial reduction of the stress concentration factor is achieved in hardening functionally graded materials.     

Stress Concentration in an Orthotropic Plate with a Circular Hole under Dynamic Loading

The paper sets forth a photoelastic method for the determination of the dynamic stress concentration factor near a hole in an orthotropic plate. The stress distribution at the periphery of a circular hole is analyzed. The stress concentration factors for orthotropic and isotropic plates under dynamic and statical loading are compared     

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．     

Thermal Stress in Functionally Graded Plates with a Gradation of the Coefficient of Thermal Expansion Only

Experimental Mechanics - Experimental thermal stress analyzes of functionally graded materials should be performed accurately to validate existing numerical and analytical analyzes. The variation...     

一种特殊梯度分布的功能梯度圆柱壳的二维分析

功能梯度材料是一种新型材料,其结构分析已成为当今力学研究的热点。本文对一种特殊梯度分布的功能梯度材料圆柱壳进行了二维精确分析。从弹性力学平面应变问题的基本方程出发,引入应力函数,导出功能梯度材料圆柱壳受静载作用下的控制微分方程。假设材料的杨氏模量沿半径方向呈幂函数分布,泊松比为常数,利用分离变量法,导出了简支边界情况下功能梯度圆柱壳的精确解。通过算例分析了不同梯度变化时,功能梯度圆柱壳内的应力和位移变化规律。计算结果表明不同梯度分布的圆柱壳结构中的应力、位移沿厚度方向的变化规律是不同的,有时甚至差别很大。因此对于材料性质梯度变化的功能梯度材料圆柱壳,必须针对其自身特点,建立相应的理论分析模型。     

旋转功能梯度智能结构的刚-柔耦合动力学分析

基于一次耦合模型理论建立了中心刚体-压电层-功能梯度材料智能梁系统的刚柔耦合动力学模型．研究了开环状态下将压电材料作为传感器的压电效应和质量刚度效应对系统动力学特性的影响．通过仿真算例与另两种不同建模理论（传统零次近似耦合模型、一次近似耦合模型）作了对比．随着中心刚体外驱动力矩的增大,零次近似耦合模型和一次近似耦合模型计算结果逐渐发散,而本文的一次耦合模型的计算结果始终保持收敛,较其他近似耦合模型具有一定优势．对三种不同的结构的计算结果表明,压电材料的压电效应对系统的动力学特性影响显著,压电材料的质量刚度效应也会影响智能梁的动力学行为,前者比后者的影响大得多．此外,功能梯度材料功能梯度指数对系统动力学特性的影响也较大．     

Direct Multiscale Analysis of Stability of an Axially Moving Functionally Graded Beam with Time-Dependent Velocity

In this study,the transverse vibration of a traveling beam made of functionally graded material was analyzed.The material gradation was assumed to vary continuo...     

功能梯度压电、压磁柱对称问题的振动分析

本文在不考虑体力、体电流和体电荷的情况下, 假定压电、压磁柱壳的材料参数沿圆柱厚度方向呈幂函数分布时, 研究了径向载荷作用下功能梯度压电、压磁空心柱壳的空间柱对称径向振动问题. 首先在柱坐标系下, 由功能梯度材料的参数、本构、梯度和平衡方程推导得出外激励作用下以Bessel函数表示圆柱壳的应力、电势、磁势等物理量的稳态解, 进而对空间柱对称的压电、压磁功能梯度材料动力控制问题进行了理论分析. 可以看出, 当梯度参数时, 即完全退化为横观各项同性压电、压磁柱对称的振动问题, 与文献[16]的基本方程为柱坐标下得出的结果一致. 最后给出数值算例, 结果表明材料不均匀性对沿径向振动各物理量的显著影响, 且用一个特定不均匀性参数值可以优化电磁力耦合的性能, 这在现代工程设计中尤为重要.