声学黑洞结构应用中的力学问题

声学黑洞(acoustic black hole,ABH)效应是利用薄壁结构几何参数或者材料特性参数的梯度变化,使波在结构中的传播速度逐渐减小,理想情况下波速减小至零从而不发生反射的现象.实现声学黑洞效应的主要方法是将薄板结构的厚度按照一定规律裁剪,利用声学黑洞可以将结构中传播的波动能量聚集在特定的位置.声学黑洞对波的聚集具有宽频高效、实现方法简单灵活等特点,在薄壁结构的减振降噪、能量回收等应用中具有明显的优势.本文介绍声学黑洞效应的基本原理、相关力学问题的研究进展和有待进一步探究的问题,包括声学黑洞结构的建模与分析方法、实验研究方法及进展、声学黑洞结构中波的传播与操控,以及声学黑洞在工程应用中的相关问题.     

计算气动声学的问题、方法与进展

本文简要介绍了气动声学理论的发展和现状,探讨了用数值方法处理气动声学问题的必要性和必然性,指出此方面研究急待解决的问题是建立准确模拟波运动特征的差分方程和无反射边界条件处理,最后讨论了在有限条件下可作先行研究的数值方法和理论问题．     

柔性电子器件的应用、结构、力学及展望

新的结构布局在延展性要求极高的器件中具有很大的应用潜力, 而使用较成熟的刚性技术制成的器件很难达到延展性要求. 将柔性技术应用到刚性电路中产生具有相同性能且能拉伸、压缩和弯曲的柔性集成电路, 这在健康监测器和表皮电子系统等领域具有重要的应用. 优化柔性电路结构, 研究其力学性能能提高系统的延展性. 本文对这些系统的应用、柔性电路的结构布局、力学行为进行总结概述. 最后, 就柔性电子器件未来研究的方向提出几点观点.     

层状弹性体系力学及其应用

层状弹性体系力学是弹性力学的一个分支。首先介绍层状弹性体系力学的发展历史。其次介绍$N$层弹性体系的力学分析与计算,内容包括基本假定、应力和位移分量的表达式、定解条件、根据定解条件建立求解积分常数的线性代数方程组、由线性代数方程组求解积分常数、贝塞尔函数的计算、积分计算公式、数值积分、后续的力学计算以及计算算例。最后介绍层状弹性体系力学在科学研究和工程设计中的应用。     

谈谈弹塑性力学中的简化问题

讨论了弹塑性力学中的基本假设、本构模型和简化分析方法. 指出在这一领域中, 简化是非常重要的和必需的.     

粘接双材料界面微区内力学行为的细观实验分析

本文将显微光栅与显微测距技术结合起来,实现了物体表面位移场的细观测量。应用这一方法,本文定量地测量了高分子粘接结构界面及周围区域的变形和应变,实验发现界面两侧存在着一个影响区,在影响区内材料的力学性质发生了变化。本文在实验结果的基础上讨论和分析了这一变化并对界面的力学模型进行了讨论。     

非饱和土土力学工程应用方法

通过引入文[1]提出的广义朗肯土压力计算公式,本文针对非饱和土主动(被动)土压力计算问题提出了工程应用方法,能够把非饱和土土压力理论应用于实际工程。该方法可以推广到非饱和土地基承载力、边坡稳定等其他领域,从而为非饱和土土力学理论应用于工程实践提供了一个新的思路。     

大型沉井结构施工力学模型的研究

大型沉井结构是当今应用较广的基础工程,由于沉井结构的规模大,工区土层复杂,存在有许多不确定性因素。使得施工过程的力学模型比较难确定。迄今尚缺乏可供借鉴的理论研究。由于施工的关键是保证沉井的均匀下沉,控制终沉和防止突沉,为此,建立合适的施工力学模型以预测下沉量和开挖量之间的关系就十分必要,考虑到混凝土沉井在土体中下沉时,其本身的变形很小,可以忽略其影响,本文从多自由度刚体运动的角度,建立沉井下沉过程的动态力学模型。为验证所建模型的正确性,本文对一实际工程进行了数值仿真计算。并将计算结果与实测结果进行了对比。结果表明,所建立的力学模型能较好地反映沉井下沉的工程实际,因而可以应用该模型对沉井下沉进行预测分析。从而有助于指导沉井的实际施工。     

弹性力学问题复变函数解法的应用与发展

对利用复变函数法求解弹性力学问题在过去100年中的发展进行了简要综述,介绍了自1909年Kolosov提出复应力函数法以来的弹性力学复变函数解法相关的几本具有影响的经典专著或教科书、复变函数方法在弹性问题壳体和空间问题的拓展,以及近些年来在解决更多力学问题上的新发展和新应用等.     

几种逻辑方法在力学竞赛辅导中的应用

针对力学竞赛内容不同于学校考试型题目的特点,在力学竞赛辅导中采用科学方法论中的几种逻辑方法, 不仅可以提高辅导质量, 激发学生的学习兴趣;而且学生能熟练地利用这些方法来解决实际计算问题.     

Mechanics problems in application of acoustic black hole structures

声学黑洞(acoustic black hole,ABH)效应是利用薄壁结构几何参数或者材料特性参数的梯度变化,使波在结构中的传播速度逐渐减小,理想情况下波速减小至零从而不发生反射的现象.实现声学黑洞效应的主要方法是将薄板结构的厚度按照一定规律裁剪,利用声学黑洞可以将结构中传播的波动能量聚集在特定的位置.声学黑洞对波的聚集具有宽频高效、实现方法简单灵活等特点,在薄壁结构的减振降噪、能量回收等应用中具有明显的优势.本文介绍声学黑洞效应的基本原理、相关力学问题的研究进展和有待进一步探究的问题,包括声学黑洞结构的建模与分析方法、实验研究方法及进展、声学黑洞结构中波的传播与操控,以及声学黑洞在工程应用中的相关问题.     

The mutual variational principle of free wave propagation in periodic structures

By taking infinite periodic beams as examples, the mutual variational principle for analyzing the free wave propagation in periodic structures is established and demonstrated through the use of the propagation constant in the present paper, and the corresponding hierarchical finite element formulation is then derived. Thus, it provides the numerical analysis of that problem with a firm theoretical basis of variational principles, with which one may conveniently illustrate the mathematical and physical mechanisms of the wave propagation in periodic structures and the relationship with the natural vibration. The solution is discussed and examples are given. Supported by Doctorate Training Fund of National Education Commission of China     

Vibration and wave propagation analysis of twisted micro-beam using strain gradient theory

In this research, vibration and wave propagation analysis of a twisted microbeam on Pasternak foundation is investigated. The strain-displacement relations (kinematic equations) are calculated by the displacement fields of the twisted micro-beam. The strain gradient theory (SGT) is used to implement the size dependent effect at microscale. Finally, using an energy method and Hamilton’s principle, the governing equations of motion for the twisted micro-beam are derived. Natural frequencies and the wave propagation speed of the twisted micro-beam are calculated with an analytical method. Also, the natural frequency, the phase speed, the cut-off frequency, and the wave number of the twisted micro-beam are obtained by considering three material length scale parameters, the rate of twist angle, the thickness, the length of twisted micro-beam, and the elastic medium. The results of this work indicate that the phase speed in a twisted micro-beam increases with an increase in the rate of twist angle. Moreover, the wave number is inversely related with the thickness of micro-beam. Meanwhile, it is directly related to the wave propagation frequency. Increasing the rate of twist angle causes the increase in the natural frequency especially with higher thickness. The effect of the twist angle rate on the group velocity is observed at a lower wave propagation frequency.     

非均质变截面杆中弹性波的反射和透射

基于一维弹性波理论，本文对应力波在非均质变截面杆中传播问题进行了一维简单波分析，并把分析结果与二维轴对称有限元分析结果进行了比较，表明一维简单波分析是非常有效和实用的。利用一维简单波分析方法，本文还揭示了应力波在非均质变截面杆中的传播规律，特别对含有内部交界面的非均质变截面杆（带有连接段）进行了一维等效简化分析，研究了连接段对应力波传播的影响。     

Some applications of semi-analytical finite element method in static and dynamic analysis of structures

In this paper a kind of semi-analytical finite element method based on the transfer matrix analysis of shells of revolution is briefly formulated. Some recent investigations on its application are presented: (1) a reanalysis algorithm for improving the accuracy of free vibration analysis; (2) a kind of semi-analytical ring element for the stress analysis of a curved pipe of the slender torus shell type.