分析土壤半无限域的一种有限层方法(Ⅱ)——几种特殊情形及算例*

本文就几种特殊情形用作者所研究的一种用于横观各向同性体动力学的有限层法作了简化分析,分别讨论了二维问题、轴对称问题以及静力问题,并推广到介质具有粘性性质的情形.对于轴对称情形,本文还给出两个算例,表明作者所研究的有限层法用于分析半无限域层状土壤介质是可行的,因而为研究土壤与结构相互作用问题提供了一条新途径.     

压电材料空间轴对称问题的通解及其应用

本文根据横观各向同性压电材料空间轴对称问题场方程的结构特点,利用逐次引进势函数的方法,最后得到将位移分量和电势函数用满足特定偏微分方程的单一势函数表示的所谓通解,推导过程表明这种形式的通解是完备的,作为应用举例,文中用通解求解了压电材料半无限体表面受集中力的问题,得到位移、应力、电位移分量及电势函数的解析表达式,本文所提供的通解可作为分析含空腔、夹杂或币形裂纹等缺陷的压电材料的机-电耦合行为的工具,算例所得结果可直接用于求解压电体相互间或压电体与普通弹性体间的接触问题。     

横观各向同性体滑移线场理论

本文系统推演了横观各向同性体滑移线场理论.为解决地球动力学与岩土力学问题,考虑到成层地质体横观各向同性与非均匀温度场作用,本文选择了Gol'denblat-Kopnov破坏准则.并使物性参数随温度变化,建立了复杂介质的强度准则.通过关联流动法则,导出了塑性流动基本方程.应用特征线理论,导出了滑移线斜率公式、应力沿滑移线微分公式和速度沿滑移线微分公式.应用本文理论计算了基础承压问题.本文理论将许多着名的经典理论如Mises理论,Hill理论、Coulomb理论概括为特例.这一综合理论可应用于岩土工程、地质构造、石油、采矿等许多领域.     

用张量导数法求横观各向同性弹性材料的弹性张量的一般形式

用对张量函数求导的方法导出了横观各向同性材料和各向同性材料的弹性张量的一般形式与应力-应变关系式.从推导过程可更清楚地看出为什么横观各向同性材料和各向同性材料分别有五个和两个独立的弹性常数,即材料有几个独立的弹性常数是由其应变能函数的形式所决定的.     

横观各向同性材料的剪切模量

本文提出了一个决定横观各向同性材料的独立剪切模量的新的简单方法.给出了数学公式和推导及其解,也提出了测定仪器及其测定结果.本法曾用Green河岩层的油页岩试验过,这种油页岩就是横观各向同性材料.本文结果也和其它近似结果并和声学试验法的结果比较过.本文也用已知剪切模量的材料来校核本文的测定方法.     

横观各向同性饱和地基的三维动力响应

首先引入位移函数,将直角坐标系下横观各向同性饱和土Biot波动方程转化为2个解耦的六阶和二阶控制方程;然后基于双重Fourier变换,求解了Biot波动方程,得到以土骨架位移和孔隙水压力为基本未知量的积分形式的一般解,并用一般解给出了饱和土总应力分量的表达式．在此基础上系统研究了横观各向同性饱和半空间体的稳态动力响应问题,考虑表面排水和不排水两种情况,得到了半空间体在任意分布的表面谐振荷载作用下,表面位移的稳态动力响应,文末给出了算例．     

地下结构和岩土介质弹塑性耦合分析的摄动半解析法*

本文研究了一个用于物理非线性相互作用分析的有效的数值方法。结构和介质耦合分析的弹塑性问题可用摄动法转化为几个线性问题,然后对相应的线性问题分别用有限条和有限层法分析地下结构和岩土介质以达到简化计算的目的。这种方法用了两次半解析技术——摄动和半解析解函数——将三维非线性耦合问题化为一维的数值问题。此外,本法是半解析法结合解析的摄动法应用于非线性问题的新进展,同时也是近年来发展的摄动数值法的一个分支。     

横观各向同性弹性层点力解

本文根据弹性层状结构的传递矩阵法思想，由横观各向同性弹性力学基本方程，导出了含应力和位移两类变量的混合方程，利用Ｆｏｕｒｉｅｒ变换和文献［７］的位移函数通解，以及计算机代数软件，得到了横观各向同性层的点力解，这个点力解可直接退化到各同性情形的解．     

三维横观各向同性介质界面裂纹的边界积分方程方法

基于两相三维横观各向同性介质的基本解和Somigliana恒等式,对三维横观各向同性介质中的任意形状的平片界面裂纹,以裂纹面上的不连续位移为待求参量建立了超奇异积分_微分方程,界面平行于横观各向同性面.根据发散积分的有限部积分理论,应用积分方程方法研究得到裂纹前沿的位移和应力场的表达式、奇性指数以及应力强度因子的不连续位移表达式.在非震荡情形下,超奇异积分_微分方程退化为超奇异积分方程,与均匀介质的超奇异积分方程形式完全相同.     

横观各向同性压电材料的基本解

推导得到一组在体积力作用下压电材料平衡方程的一般解,对横观各向同性压电材料,利用一般解结合体积势理论及构造一类调和函数的方法,得到了无限体在集中力和点电荷作用下的位移和电势的有限形式的表达式,从而给出了边界元法中可用的基本解.     

功能梯度板中Griffith裂纹尖端应力场的三维解析研究

基于推广后的England-Spencer板理论,研究了横观各向同性功能梯度板中Griffith裂纹尖端的三维应力场.假定材料参数沿板厚方向可以任意连续变化,利用复变函数解法和保角变换技术分别给出了受无穷远处荷载作用和受均匀内压时裂纹尖端应力的三维解析解.当材料退化为各向同性均匀材料时,将该解答与经典二维解进行了比较,...     

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．     

功能梯度圆板的轴对称自由振动

基于三维弹性理论,用直接位移法求解了横观各向同性功能梯度圆板的轴对称自由振动,其材料特性沿板厚度方向按指数形式变化,在弹性简支和刚性滑动两种边界条件下得到了三维精确解,即它逐点满足基本方程和边界条件,最后给出了数值算例并与以前的工作进行了对比.该方法也可推广应用于材料特性沿板厚度任意变化情形.     

横观各向同性层状弹性场地格林函数的数值解

采用横观各向同性层状弹性模型模拟半空间之上的层状场地,用人工透射边界代替半空间以吸收能量。利用薄层元素法给出任意节面上环形垂直及水平简谐荷载作用下场地的位移公式,并由此导出官类场地任意节面上在垂直及水平简谐集中荷作用下的位移响应显式解。算例表明本文方法与理论解相近,横观各向同性性质对格林函数有明显的影响。     

关于弹性力学空间问题的位移函数的补充说明

文献[1]中引用了R.Muki在1960年用过的两个位移函数Φ,ψ([1]中称它们为应力函数,确切地说应称为位移函数)。[1]发表后,笔者才发觉,早在1953年,胡海昌同志就得到了这两个位移函数。当时胡海昌同志是针对横观各向同性体得到的,这当然包括各向同性体在内。在各向同性的特殊情形,胡海昌同志的解是:在笛卡尔坐标系中     

横观各向同性基体复合材料的等效弹性常数

细观力学的一个主要研究内容是求复合材料的等效弹性性能.常见的细观力学模型解析公式一般假定基体各向同性且只存在纤维和基体两相材料,实际复合材料的基体和纤维之间往往存在一个横观各向同性的界面相,该三相复合材料的等效性能可由两个两相复合材料性能的组合得到,这就需要求出横观各向同性基体复合材料的等效弹性常数.该文基于两相同心圆柱模型,首先导出了横观各向同性基体内应力与增强纤维内应力之间桥联矩阵的解析公式,与基于数值积分Eshelby张量得到的Mori-Tanaka桥联矩阵相符,再进一步获得了横观各向同性基体复合材料的5个弹性常数显式表达式.文中还给出了扩展的桥联模型显式公式.选用适当的桥联参数,两种模型所得结果十分接近.     

横观各向同性饱和弹性多孔介质非轴对称动力响应

应用Fourier展开和Hankel变换求解了简谐激励下横观各向同性饱和弹性多孔介质的非轴对称Biot波动方程,得到了一般解。用一般解给出了多孔介质总应力分量的表达式。最后对求解横观各向同性饱和弹性多孔介质非轴对称动力响应边值问题的方法作了系统说明,并且给出了数值分析特例。     

各向同性弹性半空间与带孔隙横观各向同性热弹性材料界面上波的传播

在一各向同性弹性半空间上覆盖一层带孔隙的横观各向同性热弹性材料时,研究孔隙对表面波传播的影响.建立"焊接"接触及光滑接触界面条件下的数学模型,导出其频率方程.用图形给出相速度和衰减系数随波数的变化曲线,描述了"焊接"接触界面条件时孔隙和各向异性的影响.得到了"焊接"接触时的单位损耗,以及体积率场、正应力、温度变化的幅值,并对一组特殊模型用图形描述了孔隙和各向异性的影响.研究中还推演出一些特例.     

三维粘弹性分层介质中平稳随机波的传播

研究平稳随机波在粘弹性分层横观各向同性介质中的传播问题．将岩层考虑为分层介质,各层性质不同,岩层位于基岩上面,并且认为基岩比岩层刚很多,在基岩处给出随机激励．在频率和波数域中将控制方程化为常微分方程求解．对常微分方程,应用两点边值问题的精细积分法进行求解．因此,近年来发展的应用于结构随机振动的虚拟激励法可推广于当前分层岩层响应的计算．     

横观各向同性板的弹性理论和弹性改进理论及一种新的厚板理论

本文从横观各向同性体弹性力学位移形式的基本方程出发,考虑板面承受横向荷载,建立了横观各向同性板弯曲的弹性理论.并由此建立了一个在板的每边能满足三个边界条件的弹性改进理论和一种新的厚板理论.文中求得了周边简支多边形板的弹性改进理论解,数值结果与三维弹性理论精确解的结果非常接近.新的厚板理论和以往的中厚板理论的系统比较表明,我们提出的厚板理论最靠近弹性理论的结果.