功能梯度压电压磁材料粘结的Ⅲ型裂纹问题

利用奇异积分方程方法研究两个半无限大的功能梯度压电压磁材料粘结,在渗透和非 渗透边界条件下的III型裂纹问题. 首先通过积分变换构造出原问题的形式解,然 后利用边界条件通过积分变换与留数定理得到一组奇异积分方程, 最后利用Gauss-Chebyshev方法进行数值 求解,讨论材料参数、材料非均匀参数以及裂纹几何形状等对裂纹尖端应力 强度因子的影响. 从结果中可以看出,压电压磁复合材料中反平面问题的应力奇异性 形式与一般弹性材料中的反平面问题应力奇异形式相同,但材料梯度参数对功能梯度压电压 磁复合材料中的应力强度因子和电位移强度因子有很大的影响.     

平面弹性问题的位移-应力混合重心插值配点法

提出数值分析平面弹性问题的位移-应力混合重心插值配点法。将弹性力学控制方程表达为位移和应力的耦合偏微分方程组,采用重心插值近似未知量,利用重心插值微分矩阵得到平面问题控制方程的矩阵形式离散表达式。使用重心插值离散位移和应力边界条件,采用附加法施加边界条件,得到求解平面弹性问题的过约束线性代数方程组,应用最小二乘法求解过约束方程组,得到平面弹性问题位移和应力数值解。数值算例结果表明,重心Lagrange插值方法的计算精度可达到10~(-10)量级。位移-应力混合重心插值配点法的计算公式简单、程序实施方便,是一种高精度的无网格数值分析方法。     

用边界配置法计算正交各向异性材料单边裂纹试件的应力强度因子

随着复合材料日益广泛的应用,其断裂问题的研究亦受到重视,本文将复合材料视为均匀各向异性材料,从而采用各向异性平面弹性理论来处理复合材料的二维断裂问题.1.带单边裂纹的各向异性板的应力和位移分布根据各向异性平面弹性理论,当复参数(其大小将表征物体偏离各向同性的程度)为     

插值矩阵法分析与复合材料界面相交的平面裂纹奇异应力场

提出了用插值矩阵法分析与各向异性材料界面相交的平面裂纹应力奇异性。基于V形切口尖端附近区域位移场渐近展开,将位移场的渐近展开式的典型项代入线弹性力学基本方程,得到关于平面内与复合材料界面相交的裂纹应力奇异性指数的一组非线性常微分方程的特征值问题,运用插值矩阵法求解,获得了平面内各向异性结合材料中与界面以任意角相交的裂纹尖端的应力奇异性指数随裂纹角的变化规律,数值计算结果与已有结果比较表明,本文方法具有很高的精度和效率。     

界面裂纹问题的解析—变分解法及其在复合材料盖板胶接件中的应用

本文根据穆斯海里什维利求解各向同性平面问题与列赫尼兹基求解各向异性平面问题的广义复变函数理论与本征函数展开法,分析了复合材料盖板胶接件的分层问题,得到了精确满足所有基本方程、裂纹表面边界条件与层间连续条件的位移场与应力场本征展开式.进而利用分区广义变分原理满足裂纹表面以外的边界条件并由此确定应力强度因子.     

复合材料切口应力奇性指数计算

提出一种计算广义平面应交状态下复合材料切口应力奇性指数的新方法.在切口尖端的位移幂级数渐近展开式被引入正交各向异性材料的物理方程后,将用位移表示的应力分量代入切口端部柱状邻域的线弹性理论控制方程,切口应力奇性指数的计算被转化为常微分方程组特征值的求解.采用插值矩阵法求解该常微分方程组,可一次性地获取切口尖端多阶应力奇性指数.本法适合平面和反平面应力场耦合或解耦的情形,并可退化计算裂纹或各向同性材料切口的应力奇性指数.算例表明,所提方法对分析复合材料切口应力奇性指数是一种准确有效的手段.     

界面裂纹问题中的通用权函数法

热载荷和机械载荷共同作用下复合材料中的裂纹扩展往往发生在界面处.传统求解热冲击及机械载荷共同作用下界面裂纹尖端的应力强度因子的数值方法(如有限元、边界元法等),计算工作量大、效率低.通用权函数与时间无关,运用通用权函数法可以免除对每个时刻的应力分析,计算效率可得到很大提高.本文将通用权函数法推广到求解热载荷和机械载荷共同作用下界面裂纹尖端的应力强度因子过渡过程的问题中,推导出求解平面双材料界面裂纹问题应力强度因子的通用权函数法计算格式.基于此格式,计算热载荷和机械载荷共同作用下界面裂纹尖端的应力强度因子.通过实例计算比较,表明此方法得到的结果可以达到与相互作用积分法相当的工程应用精度.最后,应用此方法研究了热障涂层受热冲击及表面力共同作用时裂纹长度以及涂层厚度对应力强度因子的影响.结果表明:在一定边界条件下,当热障涂层中存在边缘裂纹时,随着涂层厚度的增加,更容易导致裂纹的扩展和涂层的剥落.     

用边界元法和状态空间梯度投影法进行两维形状优化

本文应用边界元法和状态空间梯度投影法对平面应力状态下的弹性体进行形状优化,并且较好地处理了应用中出现的问题.如全部边界力已知,同时给定位移约束,由边界元法会得到一组矛盾方程应如何处理;优化中设计灵敏度分析矢量如何计算,以及约束相关问题等等.     

THE DISCRIMINATION OF PLANE STRESS PROBLEM AND PLANE STRAIN PROBLEM

大部分《弹性力学》教材都是从构件形状和载荷的角度去定义两类平面问题, 但这种定义有一定的局限性, 没有给出两类平面问题本质的区别. 本文从三维空间问题出发, 推导得到按应力求解平面问题需要满足的条件, 并给出平面应力问题与平面应变问题的判别条件.     

振荡应力奇异性及其强度系数的数值分析方法

本文以具有振荡应力奇异性的平面问题为例,提出了一种利用普通的数值分析结果（由有限地或边界元程序计算得到的应力分量或位移分量）,来确定奇异性次数以及相应的复应力强度系数的数值分析方法。为了验证该方法的有效性,应用平面应变情况下的边界元计算结果,对界面端模型进行了分析。计算结果表明,本方法可以精确地求得振动应力奇异性次数,并且与奇异性对应的复应力强度系数也可以很方便地应用外插法得到。     

DCM 相位梯度提取技术在光力学图像信息识别中的应用

为解决相位去包裹对光力学图像处理的影响问题,本文将一种直接从数字编码傅立叶变换或相移条纹图中逐相素提取相位梯度的方法应用于光力学图像信息识别中。该方法是一个广泛应用于光纤传感器中的微分正交乘法器(DCM)的正、余弦相位检波技术。这一技术算法简单,不需计算反正切,不受相位去包裹方法标准的限制,非常适于应用在以相位梯度作为最终所需识别的信息的光力学图像处理中。本文以载波等达因条纹图应力场计算及四幅图相移等达因法求板的接触应力为例,对该技术在光力学图像信息识别中的应用进行了论证。     

3D stress local nondestructive analysis in the middle plane of a plate

The Isodyne technique based on the scattered light scanning from a thin laser beam can be used to obtain the information inside the loaded object in the room temperature nondestructively, so it is a very powerful technique in 3D stress analysis. The problems are how to interpret the information and how to get sufficient information from the few interference fringe. Birefringence phase shift technique can distinguish the fringe orders automatically and enrich the information in 256 gray levels between maxim and minim light intensity. In the paper the Isodyne birefringence phase shift method with an oblique incidence and equilibrium equation is presented, by which the 3D stresses in the middle plane of a plate with U shape notch are separated successfully. The project supported by the National Natural Science Foundation of China under the Grant No. 1380345     

Theory of elastic and photoelastic isodynes. Samples of application in composite structures

The theoretical foundations of a system of new methods which the authors call isodyne photoelasticity are presented. It is shown that the plane-elastic isodynes related to two-dimensional stress fields can be obtained experimentally using particular scattered-light techniques. The experimentally obtained photoelastic isodynes allow non-destructive analysis of stresses in structures with local three-dimensional stress states.Isodyne photoelasticity is used to determine stresses in composite structures, in particular the stresses at internal discontinuities and the delaminating stresses. The results are used to assess the reliability of some analytical solutions. The theories of isodynes and of the developed experimental techniques of isodyne photoelasticity are presented in a manner compatible with contemporary concepts of the models of reality—physical models, mathematical models, and experimental models constructed of matter and energy.Paper was presented at V International Congress on Experimental Mechanics held in Montreal, Quebec, Canada on June 10–15, 1985.     

含裂粘补结构胶层剪应力的计算

提出了一种计算含裂粘补结构胶层剪应力的新方法。采用有限元计算补片的影响系数，使用已有解析解计算蒙皮的影响系数。利用位移协调条件，列出有限多组联立方程。解出含裂粘补结构胶层剪应力。计算结果较好的反映了含裂粘补结构胶层剪应力的实际变化趋势，该方法同样可应用于其他结构如高梯度基膜复合材料剪应力的计算。     

含椭圆孔非对称层合板的Green函数

运用作者建立的复合材料层合板问题的求解方法，得到了含椭圆孔和裂纹的无限大非对称层合板在广义集中载荷作用下的Ｇｒｅｅｎ函数．利用这些结果可研究含孔或裂纹的非对称层合板在集中载荷作用下的力学行为，还可结合边界元方法对复杂层合板结构建立有效的数值分析方法     

基于修正高精度广义胞元法的复合材料细观力学分析

高精度广义胞元法是多尺度分析复合材料模量和微观应力应变场的有效方法之一．然而，由于位移插值函数中缺少二次耦合项，很大程度上影响了复合材料局部应力、应变场，特别是剪切场的计算精度．本文通过引入二次方向耦合项，提出了一种修正的高精度广义胞元法插值函数．在施加周期性边界条件、平均应力和平均位移连续性条件后，可以确定位移插值函数中的系数．通过对多相复合材料弹性模量和局部场分析，并且与有限元分析和实验测量结果比较，验证了修正高精度广义胞元法的准确性．与高精度广义胞元相比，本文提出的修正高精度广义胞元法在不需要引入额外未知变量，不影响计算效率的前提下，对复合材料的局部应力场计算得更加准确．     

Static analysis of functionally graded doubly-curved shells and panels of revolution

The Generalized Differential Quadrature (GDQ) Method is applied to study four parameter functionally graded and laminated composite shells and panels of revolution. The mechanical model is based on the so-called First-order Shear Deformation Theory (FSDT), in particular on the Toorani-Lakis Theory. The solution is given in terms of generalized displacement components of points lying on the middle surface of the shell. The generalized strains and stress resultants are evaluated by applying the Differential Quadrature rule to the generalized displacements. The transverse shear and normal stress profiles through the thickness are reconstructed a posteriori by using local three-dimensional elasticity equilibrium equations. In order to verify the accuracy of the present method, GDQ results are compared with the ones obtained with semi-analytical formulations and with 3D finite element method. A parametric study is performed to illustrate the influence of the parameters on the mechanical behavior of functionally graded shell structures made of a mixture of ceramics and metal.     

钢-混凝土组合箱梁梁段有限元法研究

组合梁界面滑移将减小组合梁刚度,增大变形,影响构件性能;剪应力沿截面横向分布不均匀,造成其弯曲正应力的横向分布呈曲线形状,即剪力滞效应;同时组合梁往往重载,具有较小的跨高比,剪切变形不可忽略.根据虚功原理,建立了同时考虑滑移效应、剪力滞及剪切变形效应的组合梁单元刚度矩阵及等效节点力向量,并在此基础上编制了组合梁梁段有限元程序.利用本文程序对现有组合梁试件的混凝土顶板应力、钢梁底板应力、跨中挠度和梁端滑移进行了计算,并将本文计算结果与解析法计算结果及试验结果进行了比较.结果表明,本文计算结果与解析法计算结果及试验结果吻合良好;同时,本文计算结果具有较好的稳定性,验证了本文计算方法的正确性.本文所建立的梁单元刚度矩阵同时考虑了剪切变形、剪力滞及滑移效应的影响,符合工程实际,为有限梁段法分析组合箱梁提供了理论基础.     

用广义胞元法研究弱界面复合材料偏轴拉伸强度

本文用广义胞元法结合应力集中系数模型,从细观、宏观力学结合的角度,预测了弱界面复合材料偏轴拉伸强度值.用广义胞元法/高精度广义胞元法计算复合材料开裂前和开裂后的应力场,引入基体应力集中系数以得到基体真实应力.在计算真实应力时根据宏观试验现象考量是否对界面开裂后的复合材料进行刚度衰减,最终形成4种方案计算出复合材料的偏轴拉伸强度.通过对比芳纶纤维和亚麻纤维两种弱界面复合材料的偏轴拉伸强度试验值,找到了最可靠的预报方案并具有良好的预报精度.     

拼接式组合扁梁受弯性能分析

本文提出了一种拼接式组合扁梁,对其进行了受弯性能分析.组合扁梁属于内嵌式组合梁,其组成部分较为复杂,传统承载力计算公式偏保守.为便于此类梁的设计,本文在等效应力法的基础上使用等效矩形应力图法,对拼接式组合扁梁的正截面抗弯承载力公式进行推导.使用ABAQUS有限元软件对组合方法公式的准确性进行验证,并与等效应力法公式进行对比,结果表明组合公式得到的数值更为精准.在相同截面高度和用钢量下设计了一个深肋组合扁梁和一个拼接式组合扁梁,并进行了受弯性能对比;同时对不同钢强度和翼缘厚度影响下的拼接式组合扁梁抗弯承载性能进行分析.使用换算截面法对其进行了弹性刚度的计算,并和有限元进行了对比,二者吻合较好,研究结果为拼接式组合扁梁的设计和优化提供了一定参考依据.