基于热-磁-弹性耦合的二维导电薄柱壳数值分析

基于几何方程、物理方程、运动方程和电动力学方程,建立了二维导电薄柱壳热磁弹性基本方程.考虑到Joule热效应,引入热平衡方程及广义Ohm定律,得出导电薄柱壳的温度场.利用变量代换方法,整理成具有10个基本未知量的标准型方程组.采用差分法和准线性化方法,给出准线性微分方程组.对于二维导电薄柱壳,导出了Lorentz力表达式、温度场积分特征值.通过实例计算,得到了二维导电薄柱壳应力、位移、温度随外加电磁参量的变化规律.研究结果可为二维导电薄壳热磁弹性问题研究提供理论参考.     

有限厚度、大压入的球压试验材料力学响应

针对磁场环境中受机械载荷作用变厚度载流旋转壳体热磁弹性问题,基于薄壳的几何方程、物理方程、运动方程、电动力学方程,建立其热磁弹性基本方程．应用线性化方法,得到了关于热磁弹性问题的线性迭代方程,转化为包括8个基本未知量的标准型方程组．关于载流旋转壳体,给出Lorentz力表达式,导出了温度场及温度场积分特征值．分析了变厚度锥形旋转壳体应力、温度及变形随外加电磁参量的变化规律,并通过数值模拟对理论分析进行了验证．研究结果可为载流旋转壳体热磁弹性问题研究提供理论参考．     

变厚度载流旋转壳体的热磁弹性分析

针对磁场环境中受机械载荷作用变厚度载流旋转壳体热磁弹性问题，基于薄壳的几何方程、物理方程、运动方程、电动力学方程，建立其热磁弹性基本方程．应用线性化方法，得到了关于热磁弹性问题的线性迭代方程，转化为包括8个基本未知量的标准型方程组．关于载流旋转壳体，给出Lorentz力表达式，导出了温度场及温度场积分特征值．分析了变厚度锥形旋转壳体应力、温度及变形随外加电磁参量的变化规律，并通过数值模拟对理论分析进行了验证．研究结果可为载流旋转壳体热磁弹性问题研究提供理论参考．     

磁场和温度场作用下金属-陶瓷FGM圆柱壳固有振动

针对温度场中的金属-陶瓷功能梯度圆柱壳,基于物理中面下Love非线性薄壳理论,考虑物性参数沿厚度的梯度分布规律,得到含热应力项的内力和内力矩的表达式．根据电磁和弹性理论,得出磁场环境中导电功能梯度壳体的涡流洛伦兹力模型,给出动能、应变能及其变分表达式．应用哈密顿变分原理和伽辽金离散法,建立功能梯度圆柱薄壳的磁热弹耦合振动方程,推得两端简支约束下非轴对称振动壳体的固有频率特征方程．通过算例,得到功能梯度圆柱壳的固有频率变化曲线图,阐明了磁场、温度、材料属性及结构尺寸对振动频率的影响规律．结果表明：周向波数增大,固有频率呈现先减小后增大的趋势;磁感应强度增加,电磁阻尼效应逐渐明显,固有频率值减小;壳体厚度的增大、长度的减小和温度的大幅升高,使刚度项系数减小,固有频率值增加．     

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.     

电磁场中载流薄板的弯曲行为分析

在建立载流薄板的非线性磁弹性运动方程、电动力学方程和Lorentz力表达式的基础上,通过变量代换,将描述薄板的磁弹性状态方程整理成含有10个基本函数的标准Cauchy型.采用差分法及准线性化方法,将标准Cauchy型非线性偏微分方程组,变换成为能够用离散正交法求解的准线性微分方程组.通过算例,得到了电磁场与机械载荷联合...     

横向磁场中导电壳体的亚谐波共振与稳定性

研究了磁场环境中受机械载荷作用圆柱壳体的三阶亚谐波共振问题.在给出横向磁场和机械动载共同作用下导电圆柱薄壳的振动方程基础上,应用伽辽金积分法,并进行无量纲化处理,导出了相应的非线性振动微分方程.应用多尺度法对三阶亚谐波共振问题进行求解,得到了稳态运动下的幅频响应方程及共振解的存在域和稳定性条件.通过算例,给出了共振非平凡解的存在域以及反映振幅与各参数关系的曲线图,讨论了电磁与机械参量对壳体振动的影响.     

轴对称横观各向同性热弹性圆柱的分解

为了得到精确的应力场、位移场、温度场,将扭转圆轴的精化理论研究方法推广到轴对称横观各向同性热弹性圆柱。利用Bessel函数以及轴对称横观各向同性热弹性圆柱的通解,给出了轴对称横观各向同性热弹性圆柱的分解定理。根据柱面齐次边界条件获得了精确的精化方程,精化方程可以分解为一阶方程、超越方程、温度方程,从而将横观各向同性热弹性圆柱的轴对称问题分解为轴向拉压问题、超越问题、热-应力耦合问题。超越部分对应端部自平衡情况,可以清晰地了解到端部应力分布对内部应力场的影响,热-应力耦合部分对应无外加应力场时圆柱内部因温度变化引起的热应力。     

磁-电-弹性半空间在轴对称热载荷作用下的三维问题研究

考虑力-电-磁-热等多场耦合作用,基于线性理论给出了磁-电-弹性半空间在表面轴对称温度载荷作用下的热-磁-电-弹性分析,并得到了问题的解析解.利用Hankel积分变换法求解了磁-电-弹性材料中的热传导及控制方程,讨论了在磁-电-弹性半空间在边界表面上作用局部热载荷时的混合边值问题,利用积分变换和积分方程技术,通过在边界表面上施加应力自由及磁-电开路条件,推导得到了磁-电-弹性半空间中位移、电势及磁势的积分形式的表达式.获得了磁-电-弹性半空间中温度场的解析表达式并且给出了应力,电位移和磁通量的解析解.数值计算结果表明温度载荷对磁-电-弹性场的分布有显著影响.当温度载荷作用的圆域半径增大时,最大正应力发生的位置会远离半无限大体的边界;反之当温度载荷作用的圆域半径减小时,最大应力发生的位置会靠近半无限大体的边界.电场和磁场在温度载荷作用的圆域内在边界表面附近有明显的强化,而磁-电-弹性场强化区域的强化程度跟温度载荷的大小和作用区域大小相关.本研究的相关结果对智能材料和结构在热载荷作用下的设计和制造具有指导意义.     

THREE-DIMENSIONAL ANALYSIS OF A MAGNETOELECTROELASTIC HALF-SPACE UNDER AXISYMMETRIC TEMPERATURE LOADING 1)

考虑力-电-磁-热等多场耦合作用, 基于线性理论给出了磁-电-弹性半空间在表面轴对称温度载荷作用下的热-磁-电-弹性分析, 并得到了问题的解析解. 利用Hankel 积分变换法求解了磁-电-弹性材料中的热传导及控制方程, 讨论了在磁-电-弹性半空间在边界表面上作用局部热载荷时的混合边值问题, 利用积分变换和积分方程技术, 通过在边界表面上施加应力自由及磁-电开路条件, 推导得到了磁-电-弹性半空间中位移、电势及磁势的积分形式的表达式. 获得了磁-电-弹性半空间中温度场的解析表达式并且给出了应力, 电位移和磁通量的解析解. 数值计算结果表明温度载荷对磁-电-弹性场的分布有显著影响. 当温度载荷作用的圆域半径增大时, 最大正应力发生的位置会远离半无限大体的边界; 反之当温度载荷作用的圆域半径减小时, 最大应力发生的位置会靠近半无限大体的边界. 电场和磁场在温度载荷作用的圆域内在边界表面附近有明显的强化, 而磁-电-弹性场强化区域的强化程度跟温度载荷的大小和作用区域大小相关. 本研究的相关结果对智能材料和结构在热载荷作用下的设计和制造具有指导意义.     

Nonlinear stress and deformation analysis of thin current-carrying strip shells

The paper analyzes the nonlinear deformation of a current-carrying thin shell in coupled electromagnetic and mechanical fields. The nonlinear magnetoelastic kinetic equations, physical equations, geometric equations, electrodynamic equations, expressions for the Lorentz force of a current-carrying thin shell in a coupled field are given. The normal Cauchy form nonlinear differential equations that include ten basic unknown functions are obtained by the variable replacement method. The difference and quasi-linearization methods are used to reduce the nonlinear magnetoelastic equations to a sequence of quasilinear differential equations that can be solved by discrete orthogonalization. Numerical solutions for the stresses and strains in a current-carrying thin strip shell with two edges simply supported are obtained as an example. The dependence of the stresses and strains in the current-carrying thin strip shell on the electromagnetic parameters is discussed. In a special case, it is shown that the deformation of the shell can be controlled by changing the electromagnetic parameters     

Nonlinear stress and deformation analysis of thin current-carrying strip-shells

The problems of nonlinear deformation of a thin current-carrying shell under the coupled action of an unsteady electromagnetic field and a mechanical field are studied. The nonlinear magneto-elastic kinetic equations, the physical equations, the geometric equations, the electrodynamics equations, and the expressions of Lorentz force of a thin current-carrying shell under the action of a coupled field are given. Normal Cauchy form nonlinear differential equations, which include ten basic unknown functions in all, are obtained by the variable replacement method. Using the difference and quasilinearization methods, the nonlinear magneto-elastic equations are reduced to a sequence of quasilinear differential equations, which can be solved by the method of discrete orthogonalization. Numerical solutions for the stresses and deformations in the thin current-carrying strip-shell with two simply supported edges are obtained by considering a specific example. The results that the stresses and deformations in a thin current-carrying strip-shell with two simply supported edges change with variation of the electromagnetic parameters are discussed, through a special case. It is shown that the deformations of the shell can be controlled by changing the electromagnetic parameters Published in Prikladnaya Mekhanika, Vol. 43, No. 9, pp. 130–144, September 2007.     

热环境中黏弹性功能梯度材料及其结构的蠕变

基于经典的对应原理, 将 Mori-Tanaka 方法等细观力学结果推广于定常温度环境下的黏弹性情形. 根据泊松比与时间呈弱相关的特点, 给出 Laplace 象空间中功能梯度材料的松弛模量和热膨胀系数, 并直接建立耦合热应变的多维黏弹性本构关系. 在此基础上, 求解黏弹性功能梯度圆柱薄壳在热环境中的轴对称弯曲蠕变变形问题. 考虑材料热物参数的温度相关性, 首先确定稳态温度场, 导出相空间中轴对称弯曲变形的解析解, 采用数值反演得到蠕变变形. 算例表明, 蠕变初期, 热环境的影响明显, 随着时间增加, 热应力松弛, 影响逐渐消失. 当圆柱薄壳受轴压时, 相比于两端固支, 两端简支的端部变形更加明显. 通过圆柱薄壳的轴对称弯曲求解, 给出体积含量呈任意分布的黏弹性功能梯度结构在热机载荷下的蠕变分析途径.      

Analysis for the thermoelastic bending of a functionally graded material cylindrical shell

An analytic study for thermoelastic bending of a functionally graded material (FGM) cylindrical shell subjected to a uniform transverse mechanical load and non-uniform thermal loads is presented. Based on the classical linear shell theory, the equations with the radial deflection and horizontal displacement are derived out. An arbitrary material property of the FGM cylindrical shell is assumed to vary through the thickness of the cylindrical shell, and exact solution of the problem is obtained by using an analytic method. For the FGM cylindrical shell with fixed and simply supported boundary conditions, the effects of mechanical load, thermal load and the power law exponent on the deformation of the FGM cylindrical shell are analyzed and discussed.     

叠层连续柱壳热应力问题的弱形式研究

建立了弹性力学基本方程的弱形式,从而得到叠层连续柱壳混合状态方程的边界条件放在一起的算子方程,扩大了求解空间,给出叠层连续闭口柱壳在热荷载和机械荷载作用下的解析解。     

任意厚度层合开口柱壳的温度应力

基于层合柱壳混合状态方程和边界条件的弱形式,建立了具有固支边的层合开口柱壳的温度应力混合方程,给出了任意厚度层合开口柱壳在温度荷载和机械荷载共同作用下的解析解。     

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.