船舶声弹性力学理论及其应用

船舶结构与水介质耦合动力学在改善船舶运动性能与结构安全性,控制船舶振动噪声与提高水下声隐身性能,进行船舶综合性能的优化设计等一系列工程问题中有广泛的应用需求与发展前景.本文综述了船舶水弹性力学、声弹性力学的理论方法、试验技术与应用技术的国内外研究进展;介绍了在带航速三维水弹性力学理论(Wu 1984)基础上,作者所在课题组近年来发展的船舶三维声弹性理论、计算技术及工程应用的概况.简述了船舶三维声弹性理论的部分应用情况及发展方向.     

线性变厚度圆锥壳扭转振动的弹性力学理论解

本文给出线性变厚度圆锥壳轴对称扭转振动的弹性力学理论解,探讨壳体的无剪扭振和剪切扭振,揭示了圆锥壳在厚度方向剪切、母线方向扭转的耦合振动特性。这些性质用经典壳理论是无法反映的。文末算例用许多数据表和曲线图描述变厚度圆锥壳的周有频率和振型。     

层状弹性体系力学及其应用

层状弹性体系力学是弹性力学的一个分支。首先介绍层状弹性体系力学的发展历史。其次介绍$N$层弹性体系的力学分析与计算,内容包括基本假定、应力和位移分量的表达式、定解条件、根据定解条件建立求解积分常数的线性代数方程组、由线性代数方程组求解积分常数、贝塞尔函数的计算、积分计算公式、数值积分、后续的力学计算以及计算算例。最后介绍层状弹性体系力学在科学研究和工程设计中的应用。     

基于三维细观力学模型的开孔泡沫弹性性能预测

泡沫材料的宏观力学性能主要取决于基体材料的力学特性及其微细观结构特征,基于细观力学模型的分析方法是泡沫材料力学性能研究的重要途径。文中基于Matlab语言和Abaqus软件构建了描述中等孔隙率开孔弹性泡沫材料微结构特征的三维随机分布球形泡孔模型,并采用有限元方法对弹性泡沫压缩变形进行了模拟,并计算给出了不同孔隙率弹性泡沫材料弹性模量、剪切模量、体积模量以及泊松比的分布,建立了相应的唯象表达式。与理论模型及测试结果的比较表明,本文基于三维随机泡孔模型模拟结果构建的唯象表达式能够对弹性泡沫材料的弹性力学性能给出很好的预测。     

机械荷载与热荷载共同作用下变厚度梁的热弹性力学解

本文研究了两端简支变厚度梁受机械荷载与热荷载共同作用下的热弹性力学解.温度场用调和级数展开,通过求解热传导方程可首先确定温度沿梁厚度方向的非线性分布情况.从二维热弹性力学理论的基本方程出发,导出满足控制微分方程和两端简支边界条件的位移函数的一般解,对上下表面的边界方程作傅立叶正弦级数展开确定待定系数,数值结果与商业有限元软件ANSYS进行了比较,显示出很高的精度.本文方法可直接应用于对应力和位移分析要求较高的工程问题,如航空航天和微型机械的设计.     

域外奇点法在弹性力学中的应用

本文将域外奇点法推广应用于弹性力学问题,求解了扭转问题,平面弹性问题和平面弯曲问题.计算表明,这种方法简单,计算时间短,精度高。     

基于膜理论的细胞压痕力学模型

基于膜理论和细胞压痕实验,本文提出了一种可用于分析细胞变形的新的力学模型,通过对乳胶球和聚氯乙烯(PVC)球进行宏观压痕试验、理论分析以及与不同细胞压痕试验曲线的比较,验证了细胞力学模型的适用性。同时,利用新模型对单个软骨细胞进行了具体的力学分析,得到了细胞的力学参数、细胞膜表面的应力分布等,为单细胞力学特性的研究提供了一种新思路。     

弹性力学应力状态理论求解器开发及应用研究

论文基于吴家龙教授编著的《弹性力学》教材内容和课程"三难"特点,以应力状态理论部分常见题型求解任意微分斜面应力矢量、正应力、切应力、主应力和应力主方向及最大切应力为例,应用Matlab-GUI模块编制应力状态理论求解器,通过界面物理参数输入和结果显示过程,再现弹性力学求解思维,验证学生数理求解结论;把繁琐抽象的力学公式...     

应用数学和力学的结合―I——弹性力学建模和解法

探讨了钱伟长先生对于“应用数学和力学相结合”的研究理念. 文中以弹性力学的建模和主要解法为例,对“应用数学和力学相结合”的内涵作了说明. 对弹性力学数学模型的建立,圣维南非圆截面轴扭转问题的半反演法和弹性平面问题的复变函数解法,作了透彻的剖析. 这对弹性力学的学习方法有一定的指导意义.     

MATLAB/PDE在弹性力学可视化教学中的应用

MATLAB 的PDE（partial differential equations）工具箱为平面问题求解结果提供了彩色可视化图形,便于弹性力学的学与教. 工具箱采用椭圆型偏微分方程求解平面问题的结果实质上是弹性力学位移法的数值解,该文推导并整理出PDE 的边界方程参数,用于描述弹性力学中常见的边界条件. 结合弯矩和均布载荷作用下的简支梁、受内外压的圆环板和受拉的带孔矩形板3 个例子,说明PDE 求解平面问题的方法与可视化的结果.     

水凝胶多场耦合计算力学

作为一种具有多场耦合特性的智能柔体材料,水凝胶的制备技术、性能表征与结构应用得到迅速发展。本文在分析水凝胶本构理论和结构设计的基础上,提出了水凝胶多场耦合计算力学的基本方法和范式,包括微观粗粒化分子动力学模拟和宏观耦合有限元方法等,计算了化学-力学耦合作用下水凝胶材料与结构的变形和应力,给出了多个数值算例与结果比较。研究指出多场耦合计算力学将成为水凝胶材料和结构分析的主要手段,并推动水凝胶等这类智柔材料的性能设计与工程应用。     

Taylor撞击实验在泡沫铝合金力学特性研究中的应用

由于泡沫铝合金具有可压缩性,经典的Taylor理论模型已不适用于描述该类材料。在适当假设的基础上建立了泡沫铝合金Taylor撞击实验分析的理论模型,并利用Taylor撞击实验数据验证了该模型的有效性,研究了泡沫铝合金的动态力学特性。实验结果表明,所考察的泡沫铝合金的应变率敏感性不强。     

弹性力学问题复变函数解法的应用与发展

对利用复变函数法求解弹性力学问题在过去100年中的发展进行了简要综述,介绍了自1909年Kolosov提出复应力函数法以来的弹性力学复变函数解法相关的几本具有影响的经典专著或教科书、复变函数方法在弹性问题壳体和空间问题的拓展,以及近些年来在解决更多力学问题上的新发展和新应用等.     

弹性地基双层梁理论下的混凝土路面力学分析

为建立混凝土路面结构受力分析计算模型,以Winkler弹性地基梁模型为基础,推导出了弹性地基双层梁理论的表达式;给定边界条件,利用MATLAB软件获得了无限长弹性地基梁在集中力作用下的挠度表达式。将混凝土路面结构简化为弹性地基上的双层梁,当车辆荷载作用于混凝土路面时,在集中载荷的作用下,建立了面层与基层的微分平衡方程。应用广义“初参数”法,得到了双层梁位移和应力的解析解。通过算例,对面层及基层的变形和应力进行了分析,结果表明:增大面层、基层的轴惯性矩和地基的弹性常数,可以有效地减少面层和基层的变形量,降低最大应力数值,但抗弯刚度对基层和面层的弯矩受力影响不大。最后将结果与ANSYS分析结果进行了比较,佐证了解的可靠性,研究结果可为混凝土路面结构设计提供依据。     

基于等效阻尼理论的金属橡胶弹性迟滞力学模型及实验研究

针对弹性多孔金属橡胶非线性迟滞特性力学行为,将迟滞恢复力-位移曲线分解为非线性单值曲线和椭圆,并将等效阻尼理论用于动态力学性能参数识别,从而建立了一种新型的适用于黏弹性阻尼材料的宏观唯象力学模型。采用不同相对密度的环形金属橡胶进行动态实验测试,以验证理论模型的准确性,结果表明该模型可将具有非线性特性的金属橡胶系统进行降阶处理,提高金属橡胶力学模型的预测效率,并能很好地描述金属橡胶的迟滞力学行为。另外,研究了在不同激励频率条件下金属橡胶的阻尼耗能特性。实验结果表明:在高频加载的条件下,黏性阻尼系数对动态加载频率不敏感,阻尼耗能与加载幅值之间呈线性正相关。基于等效阻尼理论的弹性迟滞力学模型具有一定的普适性,可进一步推广应用于类似弹性多孔材料的力学性能表征,为其工程应用提供理论基础。     

磁敏弹性膜的研制、性能表征及应用研究进展

磁敏弹性膜是一种新型的智能材料,其力学、电学、磁学、声学等性质能够受外加磁场的控制,从而在多个领域展现在广泛的应用前景。本文首先从材料设计、制备工艺、结构设计等方面综述了磁敏弹性膜的研制方法,随后详细阐述了磁敏弹性膜的力学、电磁、声学等性能表征及内部机理,最后介绍了磁敏弹性膜在传感器、执行器、柔性机器人等领域的应用,在上述基础上,展望了磁敏弹性膜的发展,也提出了面临的问题及挑战。     

弹性楔形体入水砰击载荷及结构响应的理论计算与数值模拟研究

针对弹性楔形体砰击载荷及结构响应问题,采用理论解析计算方法以及任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE)流固耦合数值计算方法开展研究。分别分析不同边界条件、入水速度、板厚以及斜升角对弹性结构所受砰击力及结构响应的影响及变化规律,并探讨砰击载荷时间历程和物面分布特性。结果表明,通过增大斜升角可有效降低弹性楔形体砰击载荷和结构响应,斜升角自10°增大至30°,无量纲砰击力峰值减小至6.9%,结构变形极值减小至6.5%。可通过水弹性因数${ {R_{\text{F}}} = {C_{\text{B}}}\tan \beta \sqrt {EI/(\rho {L^3})} /v }$评估板厚、入水速度、斜升角以及边界条件对砰击载荷作用下结构水弹性效应的影响,在水弹性因数R_F＞1.71时,可采用理论解析方法高效高精度预报砰击载荷作用下弹性楔形体结构变形响应。

     

基于动量原理的大坡度沥青路面动水压力计算及影响因素分析Calculation and influence factors analysis for hydrodynamic pressure of asphalt pavement with large slope based on momentum theorem

在多雨地区长大纵坡沥青路面是雨天事故多发区域。应用动量定理,建立了沥青路面动水压力的力学计算模型,并系统分析了车辆荷载、行车速度和道路纵坡对动水压力的影响。结果表明,当水膜厚度＜3 mm时,动水压力随车速及车辆荷载的增大而增大,上坡时,动水压力随着纵坡坡度的增大而增大,下坡时,动水压力随着纵坡坡度的增大而减小。当水膜厚度＞3 mm时,动水压力随车速、车辆荷载增大而增大,上坡时,动水压力随着纵坡坡度的增大而增大,下坡时,动水压力随着纵坡坡度的增大呈先缓慢增加然后又缓慢减小的变化趋势;无论是上坡还是下坡,动水压力都随着车轮半径的增大而增大。本研究成果为多雨地区长大纵坡沥青路面重载交通高速行车易发生交通事故提供了理论分析依据。