建立广义变分原理的一种方法

本文建议了一种根据问题的力学意义来建立广义变分原理的方法,本方法对于那些尚未建立起与之相应的变分原理的问题建立其相应的变分原理是有用的.文中不从最小势能原理的推广出发而从力学意义出发导出了弹性力学中的Hu-Washizu广义变分原理和胡海昌广义余能原理,给出了这两个广义变分原理的正确证明.本文并证明了,如果根据Hu-Washizu广义变分原理及胡海昌广义余能原理中含有σ_ij,e_ij和u_i三类变量,就认为这三类变量相互独立,就会导致错误.文中并阐明了这两个广义变分原理正确运用的条件.     

对弹性理论中临界变分状态的一个注记

(t) 最近钱伟长教授指出[1],在某些情况下,用普通的拉氏乘子法,其待定的拉氏乘子在变分中恒等于零,这称为临界变分状态,在这种临界状态中,我们无法用待定拉氏乘子法把变分的约束条件吸收入泛函,从而解除这个约束条件.例如用拉氏乘子法,从最小余能原理只能导出Hellinger-Reissner变分原理,这个原理中只有应力和位移两类独立变量,而应力应变关系仍然是变分的约束条件.为了消除这个约束条件,钱伟长教授提出了高次拉氏乘子法,即在泛函中引入二次项
A_ifk1(e_ij-b_iimnσmn)(e_ki-b_k1pqσ_pq)
来消除应力应变这个约束条件. 本文目的是要证明,如果在泛函中引入如下二次项
A_ifk1(e_ij-b_iimnσ_mn)(e_ki-1/2u_k2-1/2u_1:k)
我们也可以用高次拉氏乘子法解除应力应变这个变分约束条件.用这种方法,我们不仅可以从Hel-linger-Reissner原理的基础上,找到更一般的广义变分原理.在特殊情况下,这个更一般的广义变分原理,可以还原为各种已知的弹性理论变分原理.同样,我们也可以从Hu-Washizu(胡海昌-鹫津久一郎)[4,5]变分原理,用高次拉氏乘子法,求得比该原理更一般的广义变分原理.     

电动力学电磁场边值问题的广义变分原理

给出了线性各项异性电磁场边值问题的广义虚功原理表达式,运用钱伟长教授提出的方法建立了该问题的广义变分原理,可直接反映该问题的全部特征,即4个Maxwell方程、2个场强-位势方程、2个本构方程和8个边界条件．继而导出了一族有先决条件的广义变分原理．作为例证,导出了两个退化形式的广义变分原理,和已知的广义变分原理等价．此外还导出了两个修正的广义变分原理,可为该问题提供杂交有限元模型．建立的各广义变分原理可为电磁场边值问题的有限元应用提供更为完善的理论基础．     

用变分方法求解大变形对称弹性力学问题

文中以经典力学的数学理论和陈氏定理为基础,用变分的方法求解大变形对称弹性力学问题,得出了以瞬时位形为基准的位能广义变分原理和余能广义变分原理,以及两个变分原理的等价性;此外,还给出了以瞬时位形为基准的动力学问题的广义变分原理.     

非牛顿流体力学变分原理

本文将钱伟长教授在文献[1]中提出的不可压缩粘性流的最大功率消耗原理进一步推广到本构方程为ε_ij=?τ/?σ'_ij的非牛顿流体流动问题,并采用识别的拉氏乘子法解除变分约束条件,导出其广义变分原理。     

一般力学中三类变量的广义变分原理

应用对合变换,将两类变量的广义变分原理的驻值条件变换为三类变量的基本方程.按照广义力和广义位移之间的对应关系,将各基本方程乘上相应的虚量,代数相加,然后积分,进而建立了完整系统的三类变量的广义变分原理.应用这种凑合法,建立了非完整系统的三类变量的广义变分原理.作为例子,将一般力学中的三类变量的广义变分原理和两类变量的广义变分原理推广应用于弹性动力学中.最后,讨论了有关的问题.     

应用Lagrange乘子法推导一般力学中的广义变分原理 *

应用对合变换建立了两类变量的经典变分原理———Hamilton原理 .灵活应用Lagrange乘子法 ,建立了完整系统和非完整系统的两类变量的广义变分原理和带有附加条件的广义变分原理 .推导了各类变分原理的驻值条件.     

不用Kirchhoff-Love假设的三维弹性板二级近似理论及其边界条件

前文[1]给出了不用Kirchhoff-Love假设的三维弹性板的一级近似理论及其边界条件。这个理论有6个微分方程求解6个待定平面函数,即u₀,u_α,A₍₀₎,S_(2)α,其中有3个方程为一组求解3个待定平面函数u₀,S_(2)α,而另一组3个方程求解另外3个待定平面函数u_α,A₍₀₎.它们的边界条件和这些方程一样,可以从本问题的广义变分原理的泛函变分的驻值条件求得,当板厚h和板宽α之比h/α很小时,这种解接近于经典薄板解,当h/α值较大时(如h/α≈0.3),这种解和经典薄板解,就有较大差别。但这种差别在h/α值的什么范围内是合理的这一问题,并不清楚,为了解决这一问题,我们必须研究本问题的二级近似理论。本文是前文的继续,我们将用本问题的广义变分原理的泛函变分驻值条件,导出9个微分方程和有关边界条件,用以求解9个二级近似解的待定平面函数u₀,u_α,A₍₀₎,A₍₁₎,S_(2)α,S_(3)α,把二级近似理论解和一级近似理论以及经典理论的解相比较,就能明确一级近似理论的适用范围,这里必须指出,二级近似理论也可以分成两组方程求解,求解过程也并不过分复杂。有关符号和前文相同,这里必须指出,二级近似理论也可以分成两组方程求解,求解过程也并不过分复杂.有关符号和前文相同,这里将不再重复。     

凑合反推法和弹性理论中的多变量广义变分原理

详细介绍了如何应用凑合反推法(semi-inverse method)构造弹性理论中的两类独立变量的广义变分原理(包括熟知的Hellinger-Reissner变分原理,Hu-Washizu变分原理)及三类独立变量的广义变分原理(钱伟长广义变分原理) 。应用凑合反推法还可以清楚地看出各变量之间的约束关系,从而再一次证明了Hu-Washizu变分原理实际上是两类独立变量的广义变分原理。     

有限位移理论线弹性力学二类和三类混合变量的变分原理及其应用

提出了有限位移理论线弹性力学二类混合变量和三类混合变量的变分原理.考虑已知边界条件的变化并应用有限位移理论的功的互等定理,在导出上述两类变分原理的过程中起到了关键作用和桥梁作用.首先,考虑已知位移边界条件的变化和应用功的互等定理,导出了二类混合变量的最小势能原理.用类似的方法,导出了二类混合变量的驻值余能原理.应用应变能密度和应力余能密度的关系式于上述两个变分原理,得到三类混合变量的变分原理.然后,给出了二类和三类混合变量的虚功原理和虚余功原理.同时,应用拉氏乘子法导出了广义变分原理.以一个算例说明了在某些情况下拉氏乘子法会失效,介绍了构成广义变分原理泛函的半逆法.最后,应用二类混合变量最小势能原理计算了一大挠度悬臂梁的弯曲.     

钱氏定理在有限变形极矩弹性力学广义变分原理的应用

应用Lagrange乘子法和钱伟长证明的两类广义变分原理的等价定理,在本文中导出有限变形极矩弹性力学的广义变分原理.文中采用了在拖带坐标系描述法建立的有限变形应变张量(称为Biot有限变形应变定义的准确形式)和应变速率定义与拖带系应力张量构成完整的数学描述.     

关于弹性力学广义变分原理的等价性定理的研究

利用场论中的不变性原理研究弹性力学广义变分原理的等价性定理,主要目的是研究弹性力学广义变分原理之间的关系;根据弹性力学广义变分原理的泛函在无穷小标度变换下的不变性,证明了这些泛函之间的等价性定理．如果这些泛函具有无穷小标度变换下的不变性,那么只有两类变量是独立的, 应力应变关系是这些泛函必须满足的变分约束条件．所得到的结果再一次证明了钱伟长教授关于所有的弹性力学广义变分原理都是等价的结论．     

非线性弹性体的弹性力学变分原理

作者自1978年以后,曾发表了一系列有关弹性力学的变分原理和广义变分原理的文章如[1](1978),[6](1980),[2]、[3](1983),[4]、[5](1984),都是指线性应力应变关系的线性弹性体的.在1985年出版的广义变分原理中,初步推广至非线性弹性体,但并未进行较全面的探讨.本文特别讨论非线性应力应变关系的弹性体的变分原理和广义变分原理,这里有不少问题是值得注意的,有时,它对线性弹性体的变分原理,有指导意义.当应变很小,其高次项可以略去时,本文所得结论,都能近似地化简为通常线性理论的结果.     

非线性弹性大变形问题的率型解法

本文分别采用Ｊａｕｍａｎｎ应力率、Ｔｒｕｅｓｄｅｌｌ应力率和Ｇｒｅｅｎ－Ｎａｇｈｄｉ应力率导出了非线性各向同性弹性体的率型本构表达形式，通过对Ｍｏｏｎｅｙ－Ｒｉｖｌｉｎ材料的简单剪切大变形分析表明，三种率型的本构关系均与全量本构关系相等价。文中还给出了相应的率型变分原理，并采应Ｒｉｔｚ法，数值求解了受单轴拉伸的矩形橡皮薄膜的大变形问题．     

Critical Analysis of the Equations of Statics in the Bending Theories of Composite Plates Obtained on the Basis of Variational Principles of Elasticity Theory 1. General Theories of High Order

Mechanics of Composite Materials - In a geometrically linear formulation based on the use of variational principles of elasticity theory and the generalized Galerkin method, three approaches to...     

含多个任意参数的广义变分原理及换元乘子法

弹性力学变分原理的泛函变换可分为三种格式:Ⅰ、放松格式,Ⅱ、增广格式,Ⅲ、等价格式. 根据格式Ⅲ,提出含多个任意参数的广义变分原理及其泛函表示式,其中包括:以位移u为一类泛函变量的多参数广义变分原理;以位移u和应力σ为二类泛函变量的多参数广义变分原理;以位移u和应变ε为二类泛函变量的多参数广义变分原理;以位移u应变ε和应力σ为三类泛函变量的多参数广义变分原理.由这些原理可得出等价泛函一系列新形式,此外,通过参数的合理选择,可构造出一系列有限元模型. 本文还讨论了拉氏乘子法“失效”问题,指出“失效”现象产生的原因,提出乘子法“恢复有效”的作法——换元乘子法.     

非线性弹性理论的混合能量形式广义变分原理

本文首先对弹性材料的应变能函数∑(E_ij)和余应能函数∑C(S_ij)的部分“对应”变量作Legendre变换,引进“对应”的混合余应变能函数∑_klC和混合应变能函数∑_kl。进而,给出非线性弹性理论的各种“对应”的混合能量形式广义变分原理。线性弹性理论也有相应结果,它是本文结果的特殊情况。