理想塑性介质中裂纹定常扩展的弹塑性场

本文从理想弹塑性介质的基本方程出发,对平面应变问题导出了依赖于应力应变历史的屈服条件和应力应变关系.文中引入了应变间断量的概念,并导出了在区域交界所应满足的四个连接条件.把这些结果用于I型定常扩展裂纹的尖端,对的情况求出了应力应变分布的渐近解,此解表明,在初始塑性区后面存在着第二塑性区.     

损伤材料裂纹尖端附近的应力场

本文导出了损伤材料的全量理论,导出了全量公式中H的渐近表达式;最后得到损伤材料平面应变条件下的裂纹尖端的应力应变场。     

基于能量等效原理的应变局部化分析:Ⅰ.一维解析解

基于热力学第一定律和非局部塑性理论,提出了一种求解应变局部化问题的非局部方法.对材料的每一点定义了局部和非局部两种状态空间,局部状态空间的内变量通过非局部权函数映射到非局部空间,成为非局部内变量.在应变软化过程中,局部状态空间中的塑性变形服从正交流动法则,材料的软化律在非局部状态空间中被引入.通过两个状态空间的塑性应变能耗散率的等效,得到了应变软化过程中明确定义的局部化区域以及其中的塑性应变分布.应用本方法导出了一维应变局部化问题的解析解.解析解表明,应变局部化区域的尺寸只与材料内尺度有关;对于高斯型非局部权函数,局部化区域的尺寸大约是材料内尺度的6倍.一维算例表明,局部化区域的塑性应变分布以及载荷-位移曲线仅与材料参数和结构几何尺寸有关,变形局部化区域的尺寸随着材料内尺度的减小而减小,同时塑性应变也随着材料内尺度的减小变得更加集中.当内尺度趋近于零时,应用本文方法得到的解与采用传统的局部塑性理论得到的解相同.     

基于能量等效原理的应变局部化分析:I.一维解析解

基于热力学第一定律和非局部塑性理论,提出了一种求解应变局部化问题的非局部方法.对材料的每一点定义了局部和非局部两种状态空间,局部状态空间的内变量通过非局部权函数映射到非局部空间,成为非局部内变量.在应变软化过程中,局部状态空间中的塑性变形服从正交流动法则,材料的软化律在非局部状态空间中被引入.通过两个状态空间的塑性应变能耗散率的等效,得到了应变软化过程中明确定义的局部化区域以及其中的塑性应变分布.应用本方法导出了一维应变局部化问题的解析解.解析解表明,应变局部化区域的尺寸只与材料内尺度有关;对于高斯型非局部权函数,局部化区域的尺寸大约是材料内尺度的6倍.一维算例表明,局部化区域的塑性应变分布以及载荷-位移曲线仅与材料参数和结构几何尺寸有关,变形局部化区域的尺寸随着材料内尺度的减小而减小,同时塑性应变也随着材料内尺度的减小变得更加集中.当内尺度趋近于零时,应用本文方法得到的解与采用传统的局部塑性理论得到的解相同.     

刚性路面板热胀屈曲的理论分析

本文分析了水泥混凝土路面板在温度场作用下热胀屈曲的力学机制。采用摄动理论,本文导出了路面板临界铺设温差的渐近表达式并给出了误差分析。     

平板弹塑性分析的杂交应力三角形有限单元

本文提出了采取分区域混合使用虚力原理和虚位移原理的方法推导有限元杂交模型,并用这种方法具体导出了一种增量型的杂交应力分层三角形板单元.本单元,导出时用了作者们早先给出的正交各向异性体增量型的塑性应力应变关系,并且以E.Reissner 厚板理论为基础,可用于对工程上各种厚度的板(壳)进行弹塑性分析.文中提出的混合使用虚力原理和虚位移原理的方法可使许多无变分原理的问题直接建立杂交模型.     

轴对称正交异性圆环壳的齐次完全渐近解

承受轴对称载荷的正交异性圆环壳的静力分析,归结为求解一非齐次二阶复变量方程.当所含参数μ较大时,常采用渐近解法.因方程含一阶转点,所以求全域一致有效且达到薄壳理论精度的完全渐近解较为困难.过去,齐次解只求到一级近似.本文采用广义Airy函数方法,求出了高级近似.这样,轴对称正交异性圆环壳的齐次解第一次有了达到薄壳理论精度的完全的渐近展开.     

蠕变材料Ⅱ型动态扩展裂纹尖端场

为了研究粘性效应作用下的动态扩展裂纹尖端渐近场,建立了蠕变材料Ⅱ型动态扩展裂纹的力学模型,在稳态蠕变阶段,弹性变形和粘性变形同时在裂纹尖端场中占主导地位,应力和应变具有相同的奇异量级,即(σ,ε)∝r-1/(n-1)。通过渐近分析求得了裂纹尖端应力、应变和位移分离变量形式的渐近解,并采用打靶法求得了裂纹尖端应力、应变的数值结果,数值计算表明,裂尖场主要受材料的蠕变指数n和马赫数M的控制。通过对裂纹尖端场的渐近分析,从应变角度出发,提出了蠕变材料Ⅱ型动态扩展裂纹的断裂判据。     

奇异摄动在层流预混火焰理论研究中的应用

奇异摄动被广泛应用于求取力学问题的近似解.一个典型问题就是流体力学中的边界层.郭永怀先生曾发展了适用于平板黏性流动边界层问题的奇异摄动理论.类似于流体力学中的边界层,燃烧研究中的层流预混火焰也可以通过奇异摄动理论进行分析,在燃烧研究中通常称其为大活化能渐近分析.本文介绍了大活化能渐近分析在一维平面预混火焰和球形传播火焰中的应用及相关研究进展.首先介绍了预混火焰结构及其涉及的不同特征尺度,分析了大活化能条件下出现的特征尺度分离,并给出了关于平面预混火焰大活化能渐近分析的详细推导,讨论了热辐射对火焰传播的影响;然后介绍了大活化能渐近分析在点火与球形传播火焰方面的应用,指出了只有能够同时描述点火与球形火焰传播的理论才能准确地预测临界点火条件,并讨论了考虑链式反应的点火与火焰传播理论,分析了热辐射对球形火焰传播的影响,给了关于火焰稳定性理论研究的发展趋势.最后,基于当前研究进展对未来的研究方向进行了展望,其中涉及多步化学反应、低温冷火焰、复杂流动、辐射重吸收等.      

奇异摄动在层流预混火焰理论研究中的应用

奇异摄动被广泛应用于求取力学问题的近似解.一个典型问题就是流体力学中的边界层.郭永怀先生曾发展了适用于平板黏性流动边界层问题的奇异摄动理论.类似于流体力学中的边界层,燃烧研究中的层流预混火焰也可以通过奇异摄动理论进行分析,在燃烧研究中通常称其为大活化能渐近分析.本文介绍了大活化能渐近分析在一维平面预混火焰和球形传播火焰中的应用及相关研究进展.首先介绍了预混火焰结构及其涉及的不同特征尺度,分析了大活化能条件下出现的特征尺度分离,并给出了关于平面预混火焰大活化能渐近分析的详细推导,讨论了热辐射对火焰传播的影响;然后介绍了大活化能渐近分析在点火与球形传播火焰方面的应用,指出了只有能够同时描述点火与球形火焰传播的理论才能准确地预测临界点火条件,并讨论了考虑链式反应的点火与火焰传播理论,分析了热辐射对球形火焰传播的影响,给了关于火焰稳定性理论研究的发展趋势.最后,基于当前研究进展对未来的研究方向进行了展望,其中涉及多步化学反应、低温冷火焰、复杂流动、辐射重吸收等.     

一边简支二角点支承的矩形板弯曲

在分析求解条件完备性的基础上将矩形板的弯曲划分为广义静定问题和广义超静定问题，分别采用直接求解和叠加法解决了一边简支一角点支承和一边简支二角点支承的矩形板在板面分布荷载、板边分布荷载、角点集中力作用下以及角点支承产生支座沉陷时的弯曲。计算表明这种解法收敛快，计算精度高，适用范围广     

一种正交各向异性板的等效各向同性板计算法

上、下表面平整的正交各向异性板的有效抗扭刚度是2个主方向抗弯刚度的几何平 均值. 根据这一特性、从正交各向异性板挠曲面的偏微分方程出发,保持一个主方向尺寸不变, 另一主方向的尺寸做线性缩放,保持弹性模量与第一主方向相同,泊松比取2个主方向泊松 比的几何平均值,将这类正交各向异性板等效为一块各向同性板;通过分析得到：各向同性 板任意点的挠度就是原正交各向异性板对应点的挠度,各对应点内力之间存在简单的比例关 系,该文的方法将为工程技术人员提供方便,同时可以更加直观的认识正交各向异性板的受 力.     

Calculation of stresses in a multiply-connected anisotropic plate using stress functions of multiple complex variables

On the basis of anisotropic mathematical elasticity, using multiple conformal representations, the stress functions of multiple complex variables for an infinite multiply-connected anisotropic plate are derived. The functions are developed in Fourier series on unit circles, and the unknown coefficients of the functions are determined by undetermined coefficients method. Then the stresses in the plate can be calculated. A plate containing multiple elliptical holes or cracks is discussed, and the corresponding FORTRAN77 program is developed. Five examples are given. The results show that this method is very effective and convenient. The project supported by Aeronautical Science Foundation of China     

A numerical method for clamped thin rectangular plates carrying a uniformly distributed load

A numerical method for clamped thin rectangular plates carrying a uniformly distributed load and the exact solution of the governing equations are given. The solution is presented in a simple form suitable for direct practical use. The method is a very simple and practical approach. The results are compared with those reported in the previous papers Published in Prikladnaya Mekhanika, Vol. 43, No. 6, pp. 126–143, June 2007.     

求解Reissner板弯曲问题的一种新方法

运用摄动理论首次将Ｒｅｉｓｓｎｅｒ板理论分解为一系列Ｋｉｒｃｈｈｏｆ板理论的叠加。这样，Ｒｅｉｓｓｎｅｒ板问题的解答就可通过在具体边界条件下求解一系列Ｋｉｒｃｈｈｏｆ板问题来获得。算例表明，本文方法简单，只需摄动两次就能接近Ｒｅｉｓｓｎｅｒ板理论的精确解，适合在实际工程中推广     

一种厚板薄板通用的新型广义协调元

在适用于中厚板的八结点平板弯曲单元基础上，通过引入剪应变与位移的广义协调条件，建立起一种新型广义协调元，不仅保留了原单元适用于中厚板的特点，同时对薄板也给出了较精确的解，是一种厚板和薄板通用的新型广义协调元。     

中厚度圆浮板自由振动的一个解析解

本文提出了常水深环境下中厚度圆浮板自由振动的一个解析解.分析中考虑了板横向剪切变形的影响和横截面转动惯性效应,利用空气中中厚度圆板的振型叠加和势流理论,导得了浮板系统频率方程的解析式.由此可看出Y.Tanaka得到的圆形薄浮板的解是本文的特例.最后数值计算还给出了水深和钢缆刚度与频率的关系曲线.并指出了h/a在什么范围可以略去剪切变形和转动惯量的影响.     

厚薄板通用三角形位移元

本文构造出了一种具有九个自由度的厚薄板通用三角形位移单元，并给出了单元刚度矩阵显式。这种单元以其简洁的常规位移元列式可在相当宽的板厚变化范围内（包括板厚为零）获得很高的计算精度，其结果可与相应的矩形单元相比。而且不会出现剪切自锁。     

BENDING SOLUTION OF A RECTANGULAR PLATE WITH ONE EDGE BUILT－IN AND ONE CORNER POINT SUPPORTED SUBJECTED TO UNIFORM LOAD

ＢＥＮＤＩＮＧ　ＳＯＬＵＴＩＯＮ　ＯＦ　Ａ　ＲＥＣＴＡＮＧＵＬＡＲ　ＰＬＡＴＥ　ＷＩＴＨ　ＯＮＥ　ＥＤＧＥ　ＢＵＩＬＴ－ＩＮ　ＡＮＤ　ＯＮＥ　ＣＯＲＮＥＲ　ＰＯＩＮＴ　ＳＵＰＰＯＲＴＥＤ　ＳＵＢＪＥＣＴＥＤ　ＴＯ　ＵＮＩＦＯＲＭ　ＬＯＡＤＸｕＱｉｌｏ...     

Effective bending stiffness for plates with microcracks

Summary In this paper, micromechanics methods are applied to characterize the damage of plate structures, both Love-Kirchhoff and Reissner-Mindlin plates, due to microcrack distribution. Analytical expressions for effective stiffness of a damaged plate with distributed microcracks are derived for the first time. The results are compared with the results based on continuum damage theory, and it is found that there are significant differences between the two. It is well known that constitutive relations at the structural level, e.g. curvature/moment relation, and shear/transverse strain relation, are fundamentally different from the constitutive relation at the material level, i.e. stress/strain relations. This is because a priori kinematic assumptions in engineering structural theories pose additional constitutive constraints on the relationships between stress resultant/couple and strain measures. The newly derived effective stiffness formulae for various plates reflect such constitutive constraints, and therefore are consistent with engineering plate theories. They provide an alternative means in structure designs and structure damage evaluations.The work is supported by an Junior Faculty Research Fund (BURNL-07427-11503-EGSLI) to Professor Shaofan Li provided by the senate committee on research of University of California at Berkeley. The authors would like to thank the referees of AAM helpful comments and suggestions.