饱和多孔介质的超粘弹性本构理论研究

为了建立能考虑固体材料、多孔固体与流体可逆和不可逆变形的饱和多孔介质超粘弹性理论,以多孔固相为参考构型,以有效应力、材料真实应力和流相真实孔压作为状态变量,结合混合物均匀化响应原理获得各项均符合热力学功共轭特征的饱和多孔介质能量平衡方程,根据非平衡热力学熵分解理论求得熵流和熵产.结果表明,超弹塑性理论是该理论的一个特例;多孔固体的总变形可分为固相间隙和材料变形两部分,间隙应变与Terzaghi有效应力构成功共轭对,材料应变与材料真实应力构成功共轭对.饱和多孔介质的自由能可分为固相和流相两部分.当固相间隙和材料变形解耦时,固相所含的自由能又可分为间隙和材料两部分.证明了Skempton有效应力不是饱和多孔介质的基本应力状态变量.     

横观各向同性含液饱和多孔介质中应力波传播的特征分析

根据广义特征理论,对横观各向同性含液饱和多孔介质中应力波传播特性进行了特征分析．给出了特征曲面的微分方程以及沿次特征线的相容条件,得到了波阵面的解析表达式．详细地讨论了应力波在横观各向同性含液饱和多孔介质中传播时,其速度曲面和波阵面的形状及性质．分析结果亦表明,纯固体中应力波传播的特征方程,是含液饱和多孔介质中应力波特征方程的特例．     

固体介质中力学参数传递观念及其工程应用

通过定性的力学分析、原理性的模型试验、工程动载试验、数值计算分析4个方面的研究,论述了在地层介质中应力、加速度的传递与介质的相对刚度密切相关,提出固体介质中应力、加速度传递的观念,及其相应的广义复合结构体系;在地下工程、防护工程建设中,若能正确的运用这种观念,就能大幅度提高工程的生存能力．     

各向异性液体-多孔饱和介质在机械荷载作用下的弹性动力分析

将一个各向异性液体-多孔饱和介质的弹性动力分析,归结为一个横观各向同性液体-多孔饱和介质在机械荷载作用下的变形问题.自然界中有些物理问题,仅在一个方向发生变形,例如,与变形结构和变形柱有关的问题.土力学中,通常假设只有竖向沉降,从而归结为一维多孔弹性模型.采用各向异性液体-多孔饱和介质的一维变形模型,研究了在不同时间和距离下扰动的变化.给出了在不同类型荷载作用下,介质的各向异性对位移分布和应力分布的影响.     

在重力作用下的上覆无限热弹性流体对广义热弹性固体转动的影响

计及上覆无限热弹性流体的重力作用,沿界面有不同的外力作用时,研究广义热弹性固体的旋转变形问题.在Laplace和Fourier域内,通过积分变换,得到了位移、应力及温度分布的表达式.然后在物理域内,应用数值逆变换方法,得到这些分量的值,并讨论了该问题的一些特例.结果以图形方式给出,显示了介质的旋转以及重力作用的影响.     

多孔固体充满黏性流体时的边界条件

基于物理学基本原理和能量守恒定律的精确检查,导出充满黏性流体多孔固体边界呈连续性要求的边界条件.当孔隙流体具有黏性时,多孔弹性固体就是一个耗散的充满黏性流体的多空固体.孔隙流体的黏性造成的耗散应力准确地表达了边界条件.边界上两种固体连接的不完全,导致孔隙流体的流出,多孔骨料两边微粒运动的不平衡.导出多孔.多孔固体界面孔隙局部连接时的数学模型.在该界面上,滑移的松.紧,以及孔隙开.合,能造成一部分应变能的耗散.数值结果表明,在水和饱和油砂岩之间的界面上,修正的边界条件将影响各向同性多孔介质中折射波的能量.     

含有随机分布缺陷的弹性介质

本文对含有随机分布缺陷的固体中弹性场进行了研究.这些缺陷被简化成微空洞或微裂纹等.它们的位置、方位以及尺寸等都是一些随机参量.作者提出了随机点场模型用于描述这些参量的统计特性,并发展了随机缺陷介质的基本场方程及其解法.对于空洞及微裂纹两种缺陷形固体具体得到了弹性场在其中的分布形态.     

离散型固体力学及其间断型变分原理

本文对即将形成的一门新的学科——离散型固体力学的基本假设,微分形式的方程,及其间断型变分原理进行了论述.离散型固体力学是离散介质力学的一个分支,是近期以来力学的一个发展方向.它是基于固体体系具有离散性、可分性,待解函数在定义城内具有各种不同的间断性,以及定义域的边界可动性的基础上,为解决种种情况下的固体的应力,位移、应变所形成的力学系统.当待解函数在整个定义域内为充分光滑的函数类和略去边界可动性的影响时,则离散型固体力学就退化为连续介质力学范畴的古典固体力学.它所属的变分原理,在相应的情况下,也就退化为古典与非占典变分原理.     

流体饱和多孔介质中波传播问题的有限元分析

采用基于混合物理论的多孔介质模型,给出流体饱和两相多孔介质波动问题的有限元分析方法·　采用罚方法导出的有限元动力方程,时间积分可采用显式和隐式积分两种方案·　用编制的有限元程序分析了一维柱体在跃阶载荷和脉冲载荷作用下的波传播问题,得到该两种瞬态载荷作用下固体和流体相位移、速度以及固体相有效应力和孔隙压力随时间的变化关系,并对波的传播现象进行了分析·　所得结果与理论相吻合·     

具有立方对称性及两个弛豫时间的微极热弹性介质中调和时间源引起的变形

研究了具有立方对称性及两个弛豫时间的微极热弹性介质在调和时间源中的响应．采用了Fourier变换以及数值逆变换技术．在物理域中,得到了位移、应力、微转动和温度分布的数值结果．将微极立方晶体法向位移、法向力应力、切向耦合应力和温度分布的计算结果,与微极各向同性固体的结果进行比较．绘制了指定材料的数值结果图形．还推断了某些特殊情况的结果．     

带有初应力磁电弹覆盖层介质中Love波的传播特性分析

研究了均匀半空间上含有有限厚度的初应力磁电弹覆盖层结构中Love波的传播特性问题.基于带有初应力磁电弹覆盖层介质中Love波的波速方程,针对不同的电磁学边界条件进行数值模拟计算,考察不同的初应力和不同的电磁学边界条件对Love波波速的影响,从而分析了带有初应力磁电弹覆盖层的介质中Love波的传播特性.     

基于浸入边界-有限元法的流固耦合碰撞数值模拟方法

针对流固耦合碰撞问题,建立了流体中固体与固体碰撞界面解析直接模拟方法,采用清晰界面浸入边界法模拟流体中的动边界问题,避免了传统贴体网格方法在求解流体中存在固体间碰撞问题时网格出现负体积的问题,采用基于罚函数的有限元方法对固体的运动和碰撞进行求解,以分域耦合方式实现流体域和固体域的耦合求解.通过与静止流体中球形颗粒与壁面正碰撞和斜碰撞的实验数据对比,验证了建立的数值模拟方法对流体中固体与固体碰撞数值模拟的正确性,获得了流体域流场在碰撞前后随时间的变化,同时通过该文建立的数值模拟方法也获得了固体域中固体的碰撞力和应力.未来,将把该数值模拟方法应用到流体流动环境中,如固体颗粒对管道的冲蚀、流体诱导海洋立管之间的碰撞、坠物对海底管道的撞击等.     

偶应力一维声子晶体中出平面Bloch波的色散特征

研究了由偶应力固体构成的周期层状结构中出平面Bloch波的色散关系.首先,给出偶应力固体中自由能密度表达式,得到了本构关系,并进一步得出位移形式的运动方程;然后,根据偶应力固体的界面条件,计算出一个典型单胞的状态矢量;再根据传递矩阵和Bloch定理,推导出Bloch波的色散关系,最后,根据数值结果讨论了微结构参数对出平面Bloch波的色散曲线以及带隙的影响.     

无限非均质横观各向同性黏弹性介质中具有圆柱孔洞时的振动

在无限介质中,研究了横截面为圆的柱形孔洞表面上瞬时径向力或扭转引起的扰动,讨论了高阶黏弹性和横观各向同性弹性参数的非均匀性对扰动产生的影响．根据高阶黏弹性Voigt模型,将非零应力分量简化为径向位移分量项表示,这对横观各向同性和高阶黏弹性固体介质是合宜的．导出了含有弹性和黏弹性参数以幂律变化时的应力方程．在瞬时力和扭转边界条件下,求解该方程,求得径向位移分量以及和它相关的应力分量,用修正的Bessel函数项来表示．对瞬时径向力作用问题进行了数值分析,并给出了不同阶的黏弹性和非均质性时的位移和应力变化图形．扭转作用时扰动的数值解可以用类似的方法研究,这里不再深入讨论．     

复合多层介质在可变温度和集中荷载作用下的位移和应力

研究了多层介质中的热弹性位移和应力.多层介质具有不同厚度,各层又具有不同的弹性性质,最上层表面上作用热荷载和集中荷载.假设各层分别是均匀、各向同性弹性材料,各层相关的位移分量是轴对称的,对称轴为各层表面的垂线.因此,各层应力函数满足无体力的单一方程.利用积分变换法求解了该方程,对由任意多个层数构造的多层介质,给出了其相应层数基础热弹性位移和应力的解析表达式.并对3层介质和4层介质时的数值结果进行了比较.     

具有双曲线边界的各向异性介质的二维问题

文章研究了在纯弯矩M₀作用下,具双曲线边界的各向异性介质的二维变形问题,求得了介质内部的应力应变场的具体形式,在此基础上,以单晶铝板(立方晶系介质)为例,我们求得了沿双曲线边界的环向应力及x₂=0面上的应力分布,当双曲线退化成一双边裂纹时,文章也求得了相应的应力强度因子(k₁,k₂,k₃),并且也发现,k₁与材料的弹性性质无关。     

弹性和电-微拉伸广义热弹性固体中的平面波在不完全边界上的传播

讨论了平面波入射在弹性固体(介质(M))和电-微拉伸广义热弹性固体(介质M)的界面上时,波的反射和透射问题.介质M中存在5种反射波(纵向位移(LD)波、热(T)波、纵向微拉伸(LM)波和2种横向耦合位移和微转动波(CD(Ⅰ)和CD(Ⅱ)波));介质(M)中存在2种透射波(纵(P)波和横(SV)波).得到不完全边界上不同反射波和透射波的振幅比,并导出法向力刚度、切向力刚度和完全粘接时的振幅比.对LD波和CD(Ⅰ)波,图示出振幅比随不同入射角的变化.显示出反射波和透射波的振幅比受到介质的刚度、电场、拉伸和热特性的影响.推演出一些有价值的特例.     

变应力寿命试验的统计分析

本文利用 S-N-P 曲线和累积损伤原理,给出了变应力下产品的寿命分布,此分布不仅与应力水平有关,而且与各应力水平的次序有直接关系.在此分布的基础上,给出了变应力寿命试验的统计分析方法.这种方法不仅适用于疲劳试验,而且还可用于单项可变动应力寿命试验和加速寿命试验,以及各种应力组合的可变应力的寿命试验和加速寿命试验.为利用可变动组合应力的加速寿命试验,估计正常可变应力下的寿命特征提供了一种解决的方法.     

分数阶热弹理论下重力场对二维纤维增强介质的影响

基于Sherief等提出的分数阶广义热弹性耦合理论,研究了在热冲击作用下二维纤维增强弹性体的热弹性问题.考虑了重力对二维纤维增强线性热弹性各向同性介质的影响,建立了控制方程.运用正则模态法,经过数值计算,对控制方程进行求解,得到了不同分数阶参数和不同重力场下无量纲温度、位移和应力分量的表达式,以图形的方式展示了变量的分布规律并对结果展开了讨论.研究结果为:重力场和分数阶参数对纤维增强介质的位移及应力有着重要的影响,但对温度的影响有限.     

热弹性波在偶应力固体界面上的反射和透射

基于广义热弹性无能量耗散的G-N理论,研究了两种不同偶应力固体界面上弹性波的反射和透射.首先,建立偶应力弹性固体中的运动方程和边界条件.然后,根据非传统界面条件推导出弹性波反射和透射的振幅比.最后,用法向能量守恒验证了数值计算结果,根据数值计算结果,讨论了微结构参数和热力学参数对弹性波反射和透射的影响.结果显示,偶应力热弹性固体界面处存在三种体波和一种表面波;微结构参数对所有波的传播都有影响,而热力学参数只对热波的影响显著.