载流圆形薄板的磁弹性应力与变形分析

本文在建立非定常电磁场和机械载荷作用下载流圆形薄板非线性变形状态下的磁弹性二维关系方程和运动方程的基础上，对其在非静态电磁场和机械载荷联合作用下的位移及应力进行了分析，获得了耦合场中一些参量的变化规律，通过具体算例，得出了载流圆形薄板在机械场和电磁场作用下的位移及应力与通电电流强度之间的关系，并解决了圆板中心处的奇异性问题，给出了在轴对称条件下的数值解，计算结果表明，改变通电电流及电磁感应强度的大小，可以改变载流薄板的应力和变形状态，达到控制薄板的受力和变形的目的。     

载流薄板中裂纹形成瞬间尖端附近的应力场

利用电磁场的热效应对带有裂纹的载流导体进行裂纹止裂,是为了达到延长其工作寿命,提高安全性、可靠性的一种行之有效的方法。本文在文献[1]的基础上,以导电弹性体的麦克斯威尔方程为出发点,借助于边界条件和初始条件,推得了载流无限大薄板在形成裂纹的瞬间,裂纹尖端附近电流密度、温度和应力的具体表达式。通过算例分析证实了：在给定参数的情况下,通入适当强度的电流时,在电流所产生的焦耳热源的作用下,裂尖区域处的温度将瞬时升高,同时伴有压应力的产生,从而可达到阻止裂纹扩展的目的。     

载流圆锥薄壳的磁弹性应力与变形分析

在建立旋转壳体的非线性磁弹性运动方程的基础上,研究了电磁场和机械载荷联合作用下载流圆锥薄壳的磁弹性效应通过算例,得到了载流圆锥薄壳的位移及应力与通电电流强度之间的关系,解决了圆锥薄壳顶点处的奇异性问题,给出了轴对称条件下的数值解.计算结果表明:改变通电电流强度,可以改变载流圆锥薄壳的应力与变形状态,达到控制圆锥薄壳的受力与变形的目的.     

带有两个共线裂纹载流薄板温度场的复变函数解

采用复变函数方法对带有两个共线穿透裂纹的导电薄板，在瞬间电流作用下的温度场进行了计算。针对带有两个共线裂纹或夹杂的载流薄板形成了边值问题，给出封闭形式的解，得到了电流在裂纹尖端的奇异特征。在形成了点热源的基础上，导出裂纹端附近区域的温度场表达式，为计算裂纹尖端附近应力场打下了基础。     

机械载荷作用下单边裂纹载流薄板的应力场

采用坐标变换的方式,将单边裂纹载流薄板通电瞬间由温度产生的应力场表达式中的各应力分量分离,并用极坐标进行表示．给出了Ⅰ型穿透裂纹尖端附近的应力场的表达式．最后将温度产生的应力场与单向拉伸载荷作用产生的应力场相叠加,推导出用极坐标表示的机械载荷作用下单边裂纹载流薄板的应力场的表达式,并给出算例．     

载流板中半无限裂纹形成瞬间尖端域的应力场

给出载流无限大薄板在形成半无限长裂纹的瞬间，尖端附近的温度和应力的具体表达式。通过算例表明：在电流所产生的焦耳热源的作用下，裂尖区域处的温度将瞬时升高，并伴有压应力的产生，从而可达到阻裂纹扩展的目的。     

磁场环境对导电薄板磁弹性振动的影响

给出了磁各导电薄板磁弹性振动的非线性耦合基本方程式,并推得了四边固支矩形薄板振动的特征方程,算例表明,适当给定磁场的强度,可控制该磁场环境中薄板的磁弹性振动特性。     

载流导线的横向非线性振动

研究二长直电流间载流导线的横向非线性振动，采用广义加权残值法偏偏微运动方程简化。导线载直流时得到Ｄｕｆｆｉｎｇ方程，求出解和频率的精确形式和近似形式。导线载交流时得到非线性Ｍａｔｈｉｅｕ方程，共振解摄动法得到。交直流载的频幅流形都反应出二长直电流间载流导线横向振动典型的非线性。     

管道流固耦合振动的行波方法研究

应用波动方法分析载流管道流固耦合振动问题。采用直梁模型，推导了管道流固耦合系统的轴向、横向波导方程及平面管系的坐标转换矩阵，通过节点位移连续和力平衡条件建立了耦合系统的散射模型。最终分析了两种耦合对载流管道振动的影响机理及流速变化对管道振动稳定性的影响。数值算例表明本文方法的正确性及有效性。     

基于近场动力学的薄板弯曲大变形及断裂分析

薄板结构仅在较小的荷载下就能产生较大的位移、旋转,甚至引发结构产生裂纹并扩展,进而发生结构整体断裂,因此,建立薄板结构在大变形过程中的裂纹扩展及断裂仿真模型,具有重要的工程实际意义.文章建立了用于薄板结构几何大变形和断裂分析的近场动力学(PD)和连续介质力学(CCM)耦合模型.首先基于冯·卡门假设,采用更新的拉格朗日法得到薄板在几何大变形增量步下的虚应变能密度增量公式,并利用虚功原理和均质化假设求出几何大变形微梁键的本构模型参数;接着分别建立几何大变形薄板PD模型与CCM模型的虚应变能密度增量,并建立了薄板几何大变形PD-CCM耦合模型;最后模拟了薄板结构在横向变形作用下的渐进断裂过程,得到与实验结果高度一致的仿真结果,验证了所提出的几何非线性PD-CCM耦合模型的精度.结果表明:本文所提出的薄板PD-CCM耦合模型具有简单高效,无需考虑材料参数限制和边界效应的特点,可以很好地用于预测薄板结构在几何大变形过程中的局部损伤和结构断裂,有利于薄板结构的断裂安全评价和理论发展.     

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．     

铁磁薄板在磁场中变形和应力的理论分析与实验研究

在二维板壳磁弹性理论基本方程基础上,以二维铁磁薄板磁弹性问题为例,建立了含有10个基本未知量的偏微分方程组,再利用Newmark有限等差式,得到了可以应用DOM方法求解的标准型方程组.求解得到了载流铁磁薄板的位移及应力与各电磁量之间的关系,计算了载流铁板在磁场中的变形和应力.同时进行了载流铁磁性薄板在电磁场中变形和应力的实验研究,介绍了电磁场中铁磁性薄板的实验装置和实验方法,给出了实验数据,并将实验结果与理论计算结果进行了分析对比.     

拉压不同弹性模量薄板上圆孔的应力分析

采用弹性理论研究了拉压不同弹性模量薄板上圆孔的孔边应力集中问题．采用广义虎克定律推导出了拉压不同弹性模量薄板上圆孔边的应力平衡方程,并联合利用应力函数及边界条件得到了拉压不同弹性模量薄板上圆孔边的应力表达式．算例分析表明,当薄板材料的拉压弹性模量相差较大时,采用经典弹性理论研究薄板上圆孔的孔边应力是不合适的,当经典弹性理论与拉压不同弹性模量弹性理论的计算结果间的差别超过工程允许误差5%时,应该采用拉压不同弹性模量弹性理论进行计算．     

用改进型广义协调元分析薄板的振动与稳定

本文在文献[1]和[2]的基础上,将改进型三角形广义协调元TGC-9-1应用于薄板振动和稳定分析中。推导出带有一个内部自由度(外部结点有九个自由度)的三角形板单元的协调质量矩阵和几何刚度矩阵。并通过算例表明,改进型广义协调三角形单元(TGC-9-1)具有良好的性态和更好的精度,程序简便。     

非线性压电效应下压电层合板的弯曲

考虑非线性压电效应,即电致弹性和电致伸缩效应情况下压电层合板的弯曲。从非线性压电方程和几何方程导出了压电层合板合应力、合力矩与应变之间的广义本构关系,这些关系关于电场是非线性的。利用Ritz法和双傅立叶级数得到四边简支对称压电层合板在高电场作用下的非线性解并进行计算。结果表明,只考虑线性压电效应只能适应于作用电场较低或基础层的刚度比压电层的刚度要大得多的情况。     

用局部Petrov-Galerkin法分析薄板自由振动

利用薄板振型方程的等效积分弱形式和对振型函数采用移动最小二乘近似函数进行插值，本文进一步研究了无网格局部Petrov-Galerkin方法在薄板自由振动问题中的应用。它不需要任何形式的网格划分，所有的积分都在规则形状的子域及其边界上进行。在插值近似时，采用虚拟-实际节点值变换方法直接引入本质边界条件。通过数值算例和与其他方法的结果进行比较，表明无网格局部Petrov-Galerkin法求解弹性薄板自由振动问题具有收敛性好、精度高等一系列优点。     

Global Dynamics of a Parametrically and Externally Excited Thin Plate

Both the local and global bifurcations of a parametrically andexternally excited simply supported rectangular thin plate are analyzed.The formulas of the thin plate are derived from the vonKármán equation and Galerkin's method. The method ofmultiple scales is used to find the averaged equations. The numericalsimulation of local bifurcation is given. The theory of normal form,based on the averaged equations, is used to obtain the explicitexpressions of normal form associated with a double zero and a pair ofpurely imaginary eigenvalues from the Maple program. On the basis of thenormal form, global bifurcation analysis of a parametrically andexternally excited rectangular thin plate is given by the globalperturbation method developed by Kovacic and Wiggins. The chaotic motionof the thin plate is found by numerical simulation.     

一种新型的薄板弯曲单元

本文将薄板弯曲问题的4阶微分方程,化为两个2阶微分方程,并提出了一个与之相应的三变量广义变分原理,然后从这个原理出发,进行有限元求解。该方法不但成功地将C~1连续性条件降为C~0问题,而且降低了板单元的自由度数目,同时单元的精度也是令人满意的。     

一种考虑剪切变形的平行四边形厚/薄板通用单元

根据Timoshenko二广义位移梁理论，构造了深梁位移场的插值函数。利用斜坐标系与直角坐标系的变换关系、有限条带思想和深梁位移插值函数，构造了一种考虑剪切变形的平行四边形厚／薄板弯曲通用单元的位移(曲率、剪应变、转角、横向位移)插值函数，导出了刚度矩阵和非结点荷载等效力。并对简支阍支方板、Razzaque斜板、四边简支斜交板弯曲进行了数值计算。算例表明此单元有较好的精度，对于薄板不出现剪切闭锁，可适应于目前桥梁建设中大量采用的斜交板桥结构分析。