等参三角形热夹杂的构造及位移场数值计算

在材料制备和机械设计中,局部温升是造成材料失效和故障形成的重要因素之一.依照微观力学中,采用热夹杂模型可以定量深入地揭示与局部温升所关联的力学机理.在过往的研究中,受均匀热本征应变的夹杂模型广受关注;而相关非均匀分布的热本征应变问题,因其理论推导复杂而研究不多.论文首先给出在平面无限域中,受线性分布热本征应变作用的多边形夹杂的位移场解析解.基于格林函数法和围道积分,推导边界线单元的位移响应封闭解,该解通过叠加可直接给出线性热本征应变作用下的任意多边形夹杂的解析表达式.受到有限元分析中等参单元思想的启发,论文进一步将这种“等参元”方法扩展至求解Eshelby夹杂问题中.在该研究中,三角形单元的本征应变插值公式与位置坐标变换式均使用了相同的形函数与节点参数,因而所构建的单元模型称为等参三角形夹杂模型.论文方法可便捷地用于处理受任何分布热本征应变的任意形状二维Eshelby夹杂问题.相较于传统的有限元分析,论文所构建的数值求解方案实施方便且优势明显：只需在夹杂域上进行三角形网格剖分、而无需在无限的基体域上划分网格,因而可以极大地提高前处理便捷性及计算效率.此外,论文所给出的多边形夹杂解析解,...     

任意形状热夹杂位移场的三角形单元离散算法

平面夹杂模型在纤维增强型复合材料中有广泛应用.复合材料内部通常含有不规则形状夹杂,而夹杂物的存在能严重影响材料的机械力学性能,往往导致应力集中及裂纹萌生等失效先兆.先前关于多边形夹杂的研究大多数关注受均匀本征应变下的应力/应变解,而对位移的分析较少.基于格林函数方法和围道积分,本文给出了平面热夹杂边界线单元的封闭解析解...     

任意形状热夹杂位移场的三角形单元离散算法

平面夹杂模型在纤维增强型复合材料中有广泛应用.复合材料内部通常含有不规则形状夹杂,而夹杂物的存在能严重影响材料的机械力学性能,往往导致应力集中及裂纹萌生等失效先兆.先前关于多边形夹杂的研究大多数关注受均匀本征应变下的应力/应变解,而对位移的分析较少. 基于格林函数方法和围道积分,本文给出了平面热夹杂边界线单元的封闭解析解,可方便应用于受任意分布本征应变的任意形状平面热夹杂位移场的数值计算.当夹杂受均匀本征应变时, 只需将该夹杂边界进行一维离散,因而本文方法可直接得出受均匀分布热本征应变的任意多边形夹杂位移场的封闭解析解.当夹杂区域存在非均匀分布本征应变时,可将该区域划分为足够小的三角形单元进行数值计算. 众所周知,应力应变场在多边形夹杂顶点处具有奇异性,容易导致数值计算上的处理困难及相应的数值稳定性问题; 然而本文工作表明,在多边形顶点处位移场是连续有界的, 因而数值稳定性较好.本文算法可以便捷高效地通过计算机编程实现. 文中给出的验证算例,均体现了本文离散方法的高精度、以及计算编程的鲁棒性.      

滑动界面的球形夹杂问题

滑动界面对多相介质力学性能的影响日益受到重视．但已有的解析结果往往假定界面是自由滑动的．即假设界面上的剪应力为零，这与大多数实际情况并不相符．本文假定界面上剪应力不为零并满足线弹簧型界面条件，在这一前提下，首次获得了球形夹杂本征应变问题的解析解．     

功能梯度压电材料圆环位移和电势边值问题的精确解

圆环形的压电材料器件在智能结构中得到了广泛的应用。本文推导了横观各向同性功能梯度压电材料圆环在内、外边界上给定位移和电势情况下的一般解。极化方向在圆环的半径方向,材料常数的梯度方向也设定在半径方向,并可表示为半径r的幂,本构关系为线性。然后推导了压电圆环外壁固定、接地,内壁沿垂向有一微小位移、电势分别为余弦分布和均匀分布的问题的精确解,并计算了该问题在这两种电势情况下产生的无量纲形式的径向和环向位移、电势、应力及电位移沿径向分布的数值结果。计算中考虑了不同的材料梯度,以及内壁的位移与电势的不同比例。     

球面各向同性弹性力学的位移解法

本文引入三个位移函数（ｗ，Ｇ，ψ），将球面各向同性弹性力学运动方程，简化为关于ψ的二阶偏微分方程，和关于Ｗ和Ｇ的联立方程。在静力学问题中，联立方程可进一步简化，ｗ和Ｇ可用另一位移函数Ｆ表示，而Ｆ满足一个四阶偏微分方程。在球壳固有振动问题中，则简化为一个独立的二阶常微分方程，和另两个二阶的联立的常微分方程，证明了在多层球壳中，它们分别对应独立的两类振动。改进了常微分方程的解法，并计算了一个二层球壳的频率。     

功能梯度压电材料圆环在位移和反对称电势边值条件下的解析解

采用了在径向极化情况下横观各向同性的线性本构关系,考虑了材料性质沿径向的梯度分布,对功能梯度压电材料圆环在给定的位移和电势边界条件下,导出了问题的一般解.推导了外壁固定、接地,内壁沿垂向有一微小位移、电势为反对称分布问题的解析解,并计算了该问题在位移和电势作用情况下的位移、电势在不同梯度分布时的数值结果.     

基于线性互补模型的梯度塑性连续体无网格方法

对梯度塑性连续体提出了一个归结为线性互补问题的数值分析方法. 塑性乘子与位移均为主要未知变量,并采用基于移动最小二乘的无网格方法分别在积分点与节点上插值. 联立弱形式下的平衡方程与积分点上逐点满足的非局部本构方程和屈服准则可以导出一个线性互补问题,并通过Lexico-Lemke算法求解. 构造了一个基于N-R方法的迭代方案,使得不需要形成一致性切线刚度矩阵而仍保持二阶收敛性. 一维和二维的数值算例证明了所提出的方法处理由应变软化引起的应变局部化问题的有效性.      

地震作用下空间框架结构层间相对位移响应梯度和海赛矩阵的计算

提出一种在地震作用下空间框架结构层间相对位移响应梯度和海赛矩阵的精确计算方法。在有限单元法和纽马克-β法的基础上推导出在地震作用下空间框架结构层间相对位移响应梯度和海赛矩阵的计算公式,给出在地震作用下空间框架结构层间相对位移响应梯度和海赛矩阵的计算步骤,用Matlab语言编制了空间框架结构层间相对位移响应梯度和海赛矩阵的计算程序,实现了空间框架结构层间相对位移响应梯度和海赛矩阵的精确计算。最后通过一个二层空间框架结构的计算实例表明本文所提出的计算方法是有效的。     

含币形裂纹的压电体在点力和点电荷作用下的裂纹张开位移

本文利用Chen和Shioya给出的在横观各向同性压电无限体内币形裂纹上下表面作用对称法向点力和点电荷情形下的解,结合压电材料之功的互等定,用初等函数的形式给出了在压电无限体中任意一点作用任意点力和点电荷情形下币形裂纹的张开位移,并对PZT－4压电陶瓷和非压电材料作了计算分析。     

弹性力学平面问题的位移型解答

本文证明了一个线性常系数偏微分方程的通解定理,利用这个通解定理导出了弹性力学平面问题的位移通解。     

硬岩中地下爆炸的自由场位移衰减规律

本文从两个方面叙述总结了硬岩中,地下爆炸引起的自由场的径向质点位移随爆心距的变化规律。其一是分析地下爆炸应力波经验规律结合方程式求解得到的地运动位移,有下规律:DM/W?=2.01(（1/100）(R/W?))?(DM为地运动位移峰值,W为爆炸当量,R为爆炸距,其二是用地运动位移传感器直接测到的地运动位移,可用DM/W?=2.1(（1/100）(R/W?))?表示地运动位移的变化规律。由这两种方法得到的位移结果的一致性较好。文中并对所得位移经验公式与国外报导的位移公式作了对比分析。     

弹性力学空间轴对称问题通解的研究

本文证明了横观各向同性弹性力学空间轴对称问题的通解是完备的.这里φ满足同时得到了轴对称问题一个新的完备通解这里φ满足     

节点大位移条件下的梁—柱单元坐标转换矩阵

本文因空间网格结构大位移理论分析的需要,详细推导出在节点大位移条件下,空间梁－柱单元的坐标转换矩阵。通过算例证明了本文理论方法的正确性。     

圆锥壳轴对称弯曲问题精确的四阶挠度微分方程和贝塞尔函数解

本文提出了轴对称圆锥壳精确的四阶挠度微分方程。和现行薄壳理论中常用的四阶剪力Q_1微分方程相比,挠度微分方程与其精度相同,阶数相同,而且满足边界条件简单,使圆锥壳的计算得到很大的简化。     

岩石单轴压缩作用下变形局部化的梯度塑性解

采用梯度塑性理论研究单轴压缩作用下岩石变形局部化,得到了单轴压缩作用下岩石变形局部化带宽度的一维、二维解析解,为实验测定内部材料长度参数提供了理论依据.     

THE AERODYNAMIC PROBLEM OF RADIALLY LONG BLADES IN TURBOMIACHINES

在现代各种透平机械¹⁾中,随着性能要求的提高,叶片在半径方向的长度有着迅速的增高.在具有这种长叶片的透平机械的设计中,我们必须准确地计算气体在半径方向的变化,然后方能得到正确的叶片形状.在本文第三节中,我们首先根据气体动力学的基本定律,推导出一些适用于透平机械内气体流动的基本方程.     

面内变刚度薄板弯曲问题的挠度?弯矩耦合神经网络方法

发展了一种求解面内变刚度功能梯度薄板弯曲问题的神经网络方法. 面内变刚度薄板弯曲问题的偏微分控制方程为一复杂的4阶偏微分方程, 传统的基于强形式的神经网络解法在求解该偏微分方程时可能会遇到难以收敛、边界条件难以处理的情况. 本文基于Kirchhoff薄板弯曲理论, 提出了一种直角坐标系下任意面内变刚度薄板弯曲问题的神经网络解法. 神经网络模型包含挠度网络与弯矩网络, 分别用于预测薄板的挠度与弯矩, 从而将求解4阶偏微分方程转换为求解一系列二阶偏微分方程组, 通过对挠度、弯矩试函数的构造可使得神经网络计算结果严格满足边界条件. 在误差的反向传播中, 根据本文提出的误差函数公式计算训练误差并结合Adam优化算法更新模型的内部参数. 求解了不同边界条件、形状的面内变刚度薄板弯曲问题, 并将所得计算结果与理论解、有限元解进行对比. 研究表明, 本文模型对于求解面内变刚度薄板弯曲问题具备适应性, 虽然模型中的弯矩网络收敛较挠度网络要慢, 但本文方法在试函数的构造上更为简单、适应性更强.      

变形梯度张量极分解中转动张量的直接表示及其应用

本文通过变分途径建立了变形梯度张量的极分解和加法分解之间的联系.采用工程界通常采用的变形梯度张量的加法分解形式,得到了三维空间中极分解的转动张量和伸长张量的直接表示,即实现了转动和变形的分离.由这些直接表示,可以得到各种有用的近似表示.     

岩石失稳破裂的变形突跳研究

针对在非刚性加载条件下岩石失稳破裂过程中变形突跳的特性, 根据时间的不可逆性, 研究了岩石试样在普通试验机下的变形规律及突跳特性, 得到了与尖点突变模式相似的突变机构。再利用突变理论中尖点突变模型研究由试验机和岩石试样组成的力学系统的失稳机制, 结果表明：两者得到的岩石变形突变量非常相似, 且具有同一变化趋势。