伽辽金法在悬臂梁大挠度问题中的应用

伽辽金法在悬臂梁大挠度问题中的应用胡辉（邵阳高等专科学校，邵阳４２２００４）扁平弹簧一类的柔性杆，即使在载荷不大的情况下，其最大挠度与杆长也是同一数量级的，这时如仍用小挠度理论计算，将会产生很大的误差，因此研究梁的大挠度问题是有重要意义的．本文讨论如...     

复合材料层合板挠曲变形的梁函数分析

本文利用克雷洛夫函数的组合，构造了一个适用于固支边界条件的梁函数。首先将它应用于均质各向同性，受任意载荷二端固支梁，由计算结果发现，该梁函数具有很高的收敛速度，仅取前两项，其结果和材料力学结论相比，其相对误差可控制在１％左右，而后将此梁函数用于求解四边固支复合材料矩形板的挠曲变形，通过一系列的参数变化对最大挠度的影响分析，得到一些有益的结果，可供工程应用参考。     

复合材料层合板挠曲变形的梁函数分析

本文利用克雷洛夫函数的组合，构造了一个适应于固支边界条件的梁函数。首先将它应用于均质各向同性、受任意载荷二端固主梁．由计算结果发现，该梁函数具有很高的收敛速度，仅取前两项，其结果和材料力学结论相比，其相对误差可控制在1％左右。而后将此梁函数用于求解四边固支复合材料短形板的挠曲变形。通过一系列的参数变化对最大挠度的影响分析，得到一些有益的结果，可供工程应用参考。     

饱和多孔半平面与无限长梁的动力相互作用

用解析法分析了受法向力作用时饱和多孔半平面的动力响应,在此基础上对饱和多孔半平面与无限长梁的动力相互作用问题进行了分析。借助Fourier变换,将Biot基本方程组转化为常微分方程组并对其分步进行求解,从而将原先极为复杂的问题转化为相对简单的数值积分问题。研究了振动频率(ω)、液体内摩擦(b)和梁的刚度(EI)对梁挠度的影响。数值计算结果表明,振动频率、液体内摩擦和梁的刚度对梁的挠度曲线的形状,尤其是对梁的最大挠度有着显著的影响。梁挠度的幅值随ω的增高,随b的减小,其衰减速度在增快,但随着EI的增大,梁挠度的幅值衰减速度并无明显的变化;梁挠度的最大幅值随ω的增高而减小,随b的减小,随EI的增大而减小。     

Winkler地基上裂纹Timoshenko梁的弯曲解析解

将梁中裂纹等效为无质量线性扭转弹簧,研究了温克勒(Winkler)基础上具有任意开裂纹数目Timoshenko梁的弯曲变形．利用Delta广义函数和Heaviside函数以及Laplace变换,给出了Winkler基础上具有任意裂纹数目Timoshenko梁弯曲变形的解析通解．在此基础上,研究了Winkler基础上受均布荷载作用简支裂纹Timoshenko梁的弯曲变形,数值分析了裂纹数目和位置以及深度、梁剪切刚度和基础反力系数等对裂纹Timoshenko梁弯曲变形的影响．结果表明：在裂纹处,梁挠度存在尖点,转角存在跳跃;梁挠度随着裂纹深度和数目的增加而增加,但横截面弯矩和转角减小;随着基础反力系数的增加,梁挠度、弯矩和转角减小;随着剪切刚度的增加,梁挠度减少,弯矩和转角增大．     

饱和多孔弹性Timoshenko梁的大挠度分析

基于微观不可压饱和多孔介质理论和弹性梁的大挠度变形假设,考虑梁剪切变形效应,在梁轴线不可伸长和孔隙流体仅沿轴向扩散的限定下,建立了饱和多孔弹性Timoshenko梁大挠度弯曲变形的非线性数学模型.在此基础上,利用Galerkin截断法,研究了两端可渗透简支饱和多孔Timoshenko梁在突加均布横向载荷作用下的拟静态弯曲,给出了饱和多孔 Timoshenko梁弯曲变形时固相挠度、弯矩和孔隙流体压力等效力偶等随时间的响应.比较了饱和多孔Timoshenko梁非线性大挠度和线性小挠度理论以及饱和多孔 Euler-Bernoulli梁非线性大挠度理论的结果,揭示了他们间的差异,指出当无量纲载荷参数q＞l0时,应采用饱和多孔Timoshenko梁或Euler-Bernoulli梁的大挠度数学模型进行分析,特别的,当梁长细比λ＜30时,应采用饱和多孔Timoshenko梁大挠度数学模型进行分析.     

部分浸入水中的柔性梁非线性自由振动

研究了浸入水中的柔性梁非线性自由振动,假设其底端具有线弹性扭转弹簧支撑,顶端附有不计体积的集中质量块.推导了梁的运动控制方程和边界条件,由于考虑了大挠度,法向运动和轴向运动是非线性耦合的,使用Morison方程给出了流体力的表达式,利用有限差分法和Runge-Kutta法数值分析了梁在真空中和在水中的自由振动,讨论了参数对振动模态、固有频率等的影响.     

一类刚-柔耦合系统的建模与稳定性研究

对于由中心刚体带有柔性梁附件组成的这一类简单刚 柔耦合系统，目前文献广泛采用的Ｅｕｌｅｒ Ｂｅｒｎｏｕｌｉ梁模型中考虑的刚 柔运动耦合项有严重的缺陷．本文对于物理本构关系线性的有限变形梁，分别采用微元法和变分法建立了该系统大挠度非线性动力学方程组．本文使用严格的方法来研究此非线性耦合动力学模型，采用能量 动量矩组合方法构成Ｌｉａｐｕｎｏｖ函数，严格证明了此非线性系统平凡解的积分范数稳定性以及具有鲜明物理意义的最大模范数稳定性．本文对文献中引用的三类线性化模型，采用假设模态法，对中心刚体匀速转动时梁的振动作了数值仿真，进一步验证了本文的结论．上述结果，对选择刚 柔耦合系统正确的动力学模型是有益的．     

考虑界面滑移效应的组合裂纹梁弯曲解析解

将上部子梁的裂纹等效为线性扭转弹簧,考虑组合梁连接面的滑移位移,建立了以组合裂纹梁挠度和滑移位移为基本未知量的组合裂纹梁弯曲变形一维数学模型．利用Laplace变换及其逆变换,给出了组合裂纹梁弯曲变形一维数学模型的解析通解．在此基础上,研究了均布载荷作用下简支组合裂纹梁的弯曲变形问题,数值分析了连接面剪切刚度、裂纹深度、数目和位置等参数对组合裂纹梁弯曲变形的影响,结果表明：在裂纹处,组合裂纹梁挠度曲线存在尖点,而横截面转角曲线存在跳跃,且随着裂纹数目和深度的增加,挠度和横截面转角跳跃值增大;随着连接面剪切刚度的增加,挠度和横截面转角减小,并最终趋于定值．并且,随着组合梁跨高比的增加,连接面剪切刚度对梁挠度影响逐渐减弱．     

具有分层损伤的不同加筋形式复合材料层合板的后屈曲性态研究

基于板的一阶剪切理论和V on-K arm an大挠度理论,分别推导了复合材料层合板和层合梁的几何非线性有限元列式,提出了含嵌入分层的复合材料加筋层合板在受压缩载荷作用下的后屈曲有限元分析方法,对在板厚方向具有不同分层位置的加筋板结构进行了有限元数值分析,研究了不同的加筋方式及筋的分布对具有分层损伤的复合材料加筋层合板的后屈曲性态的影响,所得结果对确定在压缩载荷作用下含损伤复合材料加筋层合板的剩余承载能力具有参考价值。     

A nonlinear mathematical model for large deflection of incompressible saturated poroelastic beams

Nonlinear governing equations are established for large deflection of incom- pressible fluid saturated poroelastic beams under constraint that diffusion of the pore fluid is only in the axial direction of the deformed beams.Then,the nonlinear bend- ing of a saturated poroelastic cantilever beam with fixed end impermeable and free end permeable,subjected to a suddenly applied constant concentrated transverse load at its free end,is examined with the Gaierkin truncation method.The curves of deflections and bending moments of the beam skeleton and the equivalent couples of the pore fluid pressure are shown in figures.The results of the large deflection and the small deflection theories of the cantilever poroelastic beam are compared,and the differences between them are revealed.It is shown that the results of the large deflection theory are less than those of the corresponding small deflection theory,and the times needed to approach its stationary states for the large deflection theory are much less than those of the small deflection theory.     

简支饱和多孔弹性梁的非线性弯曲

基于饱和多孔介质理论和弹性梁的大挠度弯曲假设,在多孔弹性梁轴线不可伸长,孔隙流体仅沿轴向方向扩散的限制下,建立了微观不可压饱和多孔弹性梁大挠度拟静态响应的一维非线性数学模型.在此基础上,利用Galerkin截断法,分析了两端可渗透的简支多孔弹性梁在突加横向均布载荷作用下的非线性弯曲,给出了梁弯曲时挠度、弯矩以及孔隙流体压力等效力偶随时间的响应曲线.数值结果表明:当载荷较小时,大挠度非线性与小挠度线性理论的结果相差很小,而当载荷较大时,非线性大挠度理论的结果小于相应线性小挠度理论的结果,并且这种差异随着载荷的增大而增大.同时,在载荷突加于梁上时,多孔弹性梁骨架起初不变形,孔隙流体压力等效力偶由零突增为非零,其值与外载荷保持平衡.随着时间的增加,梁的挠度增加,等效力偶逐渐减小为零,最终多孔梁骨架承担全部的外载荷.     

The dynamic response of composite sandwich beams to transverse impact

The dynamic response of glass fibre–vinylester composite beams is measured by impacting the beams at mid-span with metal foam projectiles. The beams exist in composite monolithic form, and in sandwich configuration with composite face-sheets and a core made from PVC foam or end-grain balsa wood. High-speed photography is used to measure the transient transverse deflection of the beams and to record the dynamic modes of deformation and failure. For both monolithic and sandwich configurations, a flexural wave travels from the impact site towards the supports. Ultimate failure of the monolithic and sandwich beams is by tensile tearing of the faces. The sandwich beams also exhibit cracking of the core, and face-sheet delamination. The dynamic strength of the beams is quantified by the maximum transient transverse deflection at mid-span of the beams as a function of projectile momentum. It is demonstrated that sandwich beams can outperform monolithic beams of equal mass. The trade-off between core strength and core thickness is such that a low density PVC foam core outperforms a higher density PVC foam core. End-grain balsa wood has a superior stiffness and strength to that of PVC foam in compression and in shear. Consequently, sandwich beams with a balsa core outperform beams with a PVC foam core for projectiles of low momentum. The order reverses at high values of projectile momentum: the sandwich beams with a balsa wood core fail prematurely in longitudinal shear by splitting along the grain.     

DEFLECTION OF FOUR TYPES OF CANTILEVER BEAMS WITH VARIABLE CROSS SECTION UNDER LATERAL TRIANGULAR DISTRIBUTED LOADS1)

研究了圆柱、圆锥、抛物型和双曲型回转变截面悬臂梁在侧向三角形分布载荷下的挠度。基于四类回转悬臂梁的惯性矩沿长度方向的分布规律,得到其任意侧向分布载荷下的挠曲线方程。基于三角形分布载荷下的挠曲线方程,得到其端部挠度值。在等长度和等体积假设下,通过比较端部挠度值找到四类悬臂梁中挠度最小者。研究表明三角形分布载荷下,特征参数在特定范围内,母线为双曲线的悬臂梁挠度最小。     

压电复合材料梁和板的变形控制问题

由于具有良好的结构、力学性能,复合材料层合板在现代飞行器上大量应用;而压电复合材料,作为一种新兴的智能材料,由于其独特的力电耦合性能得到了人们更多的关注。本文研究含有压电片的复合材料梁和板在电场作用下的变形控制问题。基于经典的梁理论和层合板理论,分别研究了下列问题:(1)双压电片布置的悬臂梁的变形;(2)含有压电层的层合板变形控制问题;(3)含有一对压电片的层合板的变形控制问题。针对上述问题,分别给出了理论解和数值解,并进行了相关讨论分析。结果表明压电材料可对结构进行精确控制,因此本文的结果可对复合材料梁和板在电场作用下的变形控制问题提供工程参考。     

考虑收缩徐变影响的新旧混凝土叠合梁单元刚度矩阵改进

混凝土自身的收缩徐变会在新旧混凝土叠合梁中使应力重分布.为了计算重分布应力,首先推导以挠度表达的叠合梁非线性微分方程,然后通过求解该微分方程,引入位移形函数、刚度形函数和等效节点载荷形函数,最后得出新混凝土梁、旧混凝土梁和Goodman弹性夹层三合一的叠合梁改进型单元刚度矩阵和等效节点载荷,从而为收缩徐变影响下的混凝土的内力计算提供了一种有效的新方法.文中还进行了实例验证分析,并从中得出了一些有益的结论.     

中柱失效时组合框架压拱效应力学模型分析

钢-混凝土组合梁在正弯矩下的转动中心通常要高于其在负弯矩作用下的转动中心,因此在中柱失效工况下,组合框架中存在压拱效应．针对两榀分别采用了焊接连接和平齐式端板连接的钢-混凝土组合框架进行了拆除中柱的试验研究,记录并详细分析了压拱效应．分析结果表明,无论采取何种梁柱节点形式,组合框架中均存在压拱效应;常规压杆模型无法准确描述压拱效应的效果．提出了一种考虑钢梁下翼缘及部分腹板受拉的桁架弹簧模型,并对该模型的竖向荷载-位移公式和水平位移-竖向位移公式进行了推导,公式结果与试验结果吻合良好．本文提出的桁架弹簧模型及相应变形公式可以很好地预测压拱效应对于整体结构承载力和变形的贡献,为抗连续倒塌工况下组合框架的设计提供了参考．     

Vibration of thermally postbuckled carbon nanotube-reinforced composite beams resting on elastic foundations

This paper investigates the small- and large-amplitude vibrations of thermally postbuckled carbon nanotube-reinforced composite (CNTRC) beams resting on elastic foundations. For the CNTRC beams, uniformly distributed (UD) and functionally graded (FG) reinforcements are considered where the temperature-dependent material properties of CNRTC beams are assumed to be graded in the thickness direction and estimated through a micromechanical model. The motion equations are derived based on a higher order shear deformation beam theory with including the beam-foundation interaction. The initial deflection caused by thermal postbuckling is also included. The numerical illustrations concern small- and large-amplitude vibration characteristics of thermally postbuckled CNTRC beams under uniform temperature field. The effects of carbon nanotube (CNT) volume fraction and distribution patterns as well as foundation stiffness on the vibration characteristics of CNTRC beams are examined in detail.     

正弯矩和拉力共同作用下刚性组合节点承载力计算方法

框架结构中某柱发生失效会造成梁跨度增加,进而导致梁的内力增大、跨中挠度变大,作用在失效柱上方节点的荷载组合也由负弯矩转变为同时存在的拉力和正弯矩．针对此工况,本文对在正弯矩和拉力作用下的刚性钢-混凝土组合节点进行内力分析,采用内力平衡法推导了拉弯承载力公式,并与相应的组合梁及钢梁的公式进行对比．同时利用ABAQUS有限元软件建立组合节点的有限元分析模型,得到不同参数下钢-混凝土组合节点的拉弯相关曲线,并与本文所提出的公式的计算结果进行了对比,两者吻合较好,为刚性组合节点在拉力和正弯矩共同作用下的拉弯受力设计提供了一定的参考依据．