功能梯度中厚圆/环板轴对称弯曲问题的解析解

基于一阶剪切变形板理论，导出了热/机载荷作用下，位移形式的功能梯度 中厚圆/环板轴对称弯曲问题的控制方程，获得了问题的位移和内力的一般解析解. 作为特 例，分别研究了边缘径向固定和可动的夹紧和简支的4种实心功能梯度圆板，给出了它们的 解，并分析了热/机载荷作用下解的形态，讨论了横向剪切变形、材料梯度常数和边界条件， 对板的轴对称弯曲行为的影响.     

用能量法研究双模量大挠度圆板的轴对称弯曲

双模量圆板在外载荷作用下发生轴对称弯曲变形时,会形成各向同性的拉伸区和压缩区.此种情况下,可把双模量圆板看成两种各向同性材料组成的层合板,采用弹性理论建立了双模量圆板在外载荷作用下的静力平衡方程,利用静力平衡方程确定了双模量圆板的中性面位置.在此基础上,采用能量法研究了双模量大挠度圆板轴对称弯曲变形问题,将该方法计算结...     

环(圆)形厚板在任意横向载荷作用下的非对称弯曲

为了探讨平板中横向剪应变对弯曲变形的影响,许多学者对中厚度圆、环板进行过研究,但是除了轴对称问题和少数简单的非轴对称问题求得了精确的解析解以外,一些较为复杂的非轴对称问题大都是借助于有限单元法等数值方法求解的。至于任意横向载荷作用下中厚度圆、环板的非轴对称问题的一般解仍先人问津。本文根据文献[2]所给出的中厚板基本方程,用解析的方法求得了任意横向载荷作     

弹性圆板的热过屈曲

基于精确的圆薄板轴对称大挠度变形几何方程，建立了均匀加热圆板轴对称热弹性屈曲问题位移形式的控制方程，采用打靶法和解析延拓法获得了连续依赖于温度载荷的圆板过屈曲状态解，给出了相应的数值结果。     

弹性圆板下横观各向同性弹性地基的轴对称问题

将与板相关的各力学量展开为Fourier-Bessel级数,利用解析法对弹性圆板下横观各向同性弹性地基的轴对称问题进行了分析。这些级数中的待定系数由板的边界条件、板的控制方程、地基-板的相容条件加以确定。数值计算结果表明:横观各向同性地基的沉降比各向同性地基的沉降要小,而地基反力则变化不大,说明按各向同性地基进行分析偏于保守。该分析方法将原问题简化为求解代数方程组的问题,且该方法可以推广到板的一般弯曲及层状地基与板的相互作用问题。     

轴对称变形的弹性圆板和圆扁壳问题的联合解法

复杂载荷作用下圆板和圆扁壳的大挠度和稳定问题,目前还缺少工程上的有效解法。下面我们给出,在定常温度和轴对称径向力、横向力的作用下,弹性圆板和圆扁壳问题的差分法与摄动法(或逐次逼近法)的联合解法。     

Winkler地基上变厚度圆板的轴对称弯曲

本文提出了Winkler地基上变厚度圆板轴对称弯曲的传递矩阵算法。首先,根据贝塞尔函数理论获得了等厚度圆板和环板单元在任意荷载作用下轴对称弯曲的解析解,这些解均由通解和特解两部分组成。基于这些解析解,导出了等厚度圆板和环板单元的传递矩阵。然后沿径向将变厚度圆板划分成一个等厚度圆板单元和一系列等厚度环板单元,应用传递矩阵算法原理获得了变厚度圆板的整体传递矩阵。引入圆板的边界条件,给出了该板每条节线上的挠度、径向转角、径向弯矩和径向剪力。最后,讨论了受均布荷载作用的简支线性变厚度圆板的弯曲,将本文数值解与解析解进行比较,证实了本文方法的有效性,并简要地讨论了地基参数对板挠度和径向弯矩的影响。     

弹性半空间上中厚圆板弯曲的Fourier-Bessel级数解

本文对各向同性弹性半空间地基上中厚度圆板一般弯曲问题进行了系统的分析。板的挠度、荷载、地基反力及板下地基表面的沉降均被展开为二重Fourier-Bessel级数,这些级数中的待定系数由板的边界条件、板的控制方程及板-地基的相容条件加以确定,从而将弹性半空间地基与中厚度圆板的相互作用问题转化为数值积分和代数方程组的求解问题。数值计算表明,该级数解具有较快的收敛速度。     

轴对称圆薄板大挠度微分方程的数值分析方法

根据轴对称问题的特点,利用级数展开和求极限法则,证明了轴对称大挠度圆薄板在圆心处应满足的边界条件,并以圆薄板轴对称大挠度弯曲变形微分方程为基础,建立了圆心处非奇异的轴对称大挠度圆板弯曲微分方程,从而可以方便地利用现有的常微分方程数值求解方法(如变步长龙格-库塔法)对实心圆板的轴对称问题进行数值求解,又不必像摄动法那样推导复杂的公式。在数值求解轴对称圆板大挠度弯曲变形微分方程时,将非线性微分方程的求解主要归结为迭代求解圆心处三个未知边界条件的问题,即圆心处的径向膜力、圆心处的挠度、圆心处挠度的二阶导数,并提出了相应的求解方法。实例中,对于圆薄板受均布横向荷载的问题,分析了周边固支边界条件下的非线性弯曲问题,给出了中心挠度参数大范围变化时的荷载和部分边界值变化曲线,并与经典摄动解进行了对比。对比结果可见,本文方法和摄动法的解非常接近,在量纲归一化中心挠度不超过4.0时,两种方法解的相对误差均小于5.0%。另外,本文还分析了与挠度有关的液体压力作用下和集中荷载作用下周边固支圆板的非线性弯曲问题。通过算例可见:本文方法可以灵活处理不同的荷载问题;对于不同的问题,计算过程相似,不必推导复杂的计算公式,计算精度容易控制。     

轴对称von Korman位移型方程的打靶法求解

本文采用常微分方程两点边值问题的打靶法，建立了圆薄板轴对称大挠度弯曲ｖｏｎＫáｒｍáｎ位移型方程的自动求解过程．作为例子，分析了圆薄板在均布横向截荷作用下的非线性弯曲问题，给出了载荷参数大范围变化的解曲线     

Winkler地基上四边自由正交各向异性矩形薄板弯曲问题的辛叠加解

研究Winkler地基上正交各向异性矩形薄板弯曲方程所对应的Hamilton正则方程, 计算出其对边滑支条件下相应Hamilton算子的本征值和本征函数系, 证明该本征函数系的辛正交性以及在Cauchy主值意义下的完备性, 进而给出对边滑支边界条件下Hamilton正则方程的通解, 之后利用辛叠加方法求出Winkler地基上四边自由正交各向异性矩形薄板弯曲问题的解析解. 最后通过两个具体算例验证了所得解析解的正确性.     

面内变刚度薄板弯曲问题的挠度?弯矩耦合神经网络方法

发展了一种求解面内变刚度功能梯度薄板弯曲问题的神经网络方法. 面内变刚度薄板弯曲问题的偏微分控制方程为一复杂的4阶偏微分方程, 传统的基于强形式的神经网络解法在求解该偏微分方程时可能会遇到难以收敛、边界条件难以处理的情况. 本文基于Kirchhoff薄板弯曲理论, 提出了一种直角坐标系下任意面内变刚度薄板弯曲问题的神经网络解法. 神经网络模型包含挠度网络与弯矩网络, 分别用于预测薄板的挠度与弯矩, 从而将求解4阶偏微分方程转换为求解一系列二阶偏微分方程组, 通过对挠度、弯矩试函数的构造可使得神经网络计算结果严格满足边界条件. 在误差的反向传播中, 根据本文提出的误差函数公式计算训练误差并结合Adam优化算法更新模型的内部参数. 求解了不同边界条件、形状的面内变刚度薄板弯曲问题, 并将所得计算结果与理论解、有限元解进行对比. 研究表明, 本文模型对于求解面内变刚度薄板弯曲问题具备适应性, 虽然模型中的弯矩网络收敛较挠度网络要慢, 但本文方法在试函数的构造上更为简单、适应性更强.      

薄板理论的正交关系及其变分原理

利用平面弹性与板弯曲的相似性理论，将弹性力学新正交关系中构造对偶向量的思路推广到 各向同性薄板弹性弯曲问题，由混合变量求解法直接得到对偶微分方程并推导了对应的变分 原理. 所导出的对偶微分矩阵具有主对角子矩阵为零矩阵的特点. 发现了两个独立的、对称 的正交关系，利用薄板弹性弯曲理论的积分形式证明了这种正交关系的成立. 在恰当选择对 偶向量后，弹性力学的新正交关系可以推广到各向同性薄板弹性弯曲理论.     

一种考虑横向剪切变形的三角形板弯曲单元

本文从部分协调的三角形薄板弯曲单元出发,并假设横向剪切应变在单元内线性变化,提出了一种考虑横向剪切变形的具有15个自由度的三角平板弯曲单元。该单元应用于薄板和中等厚度板分析均有较高的精度,计算效率高,可用于工程中具有复杂形状的薄板和中等厚度板结构的分析。     

薄板弯曲分析的高阶高效无网格法

与传统有限元法相比,无网格法具有节点形函数高度光滑、易于形成高阶近似等优势,更适合于以薄板弯曲问题为代表的高阶偏微分方程的数值求解。然而,高阶无网格法的形函数是非多项式的有理函数,导致弱形式的区域积分难以得到精确计算,通常采用的高阶高斯积分方法需使用大量积分点,计算效率低且精度不高。本文针对薄板弯曲问题的高阶（三阶）无网格法分析,首次发展了与该高阶近似相一致的曲率光顺方案,并基于背景三角形积分单元建立了相应的数值积分格式,大幅度减少了所需的积分点数目。所发展方法的关键在于计算刚度阵所需的形函数的二阶导数由形函数及其一阶导数通过散度定理确定,而非对形函数直接求导获得。数值结果表明,基于标准的高斯积分方案的高阶无网格法精度不高,不能精确再现纯弯曲和线性弯曲模式,且得到的弯矩场分布存在严重的虚假数值振荡。而本文所建议的基于曲率光顺方案的高阶无网格法能够方便高效地求解薄板弯曲问题,尤其是它能精确反映纯弯曲和线性弯曲模式。与标准的高斯积分方法和目前主流的常曲率光顺方法相比,本文方法在计算效率、精度、弯矩分布等方面均展现出显著优势,因而具有较好的应用价值。     

The BEM analysis on bending fracture problem of thin plate

In this paper, based on Betti's reciprocal theorem, a set of boundary integral equations of thin plate with a crack is introduced. These boundary integral equations can be used to solve the bending fracture problem of thin plate. In the analysis process a higher-order singular integral equation will be induced. Using the concept of the Hadamard's principal value the higher-order singular integral can be solved conveniently. By this method we have found the analytical solution of a thin plate with a straight crack under pure bending load and indicated how to use the BEM to analyze the bending and fracture problem for thin plate with a straight crack. At the end of the paper some numerical examples are given. Numerical results show the accuracy and efficiency of the algorithms.     

薄板弯曲分析的节点积分高阶无网格法

采用高阶无网格法求解薄板弯曲问题,在已发展的线性曲率光顺方案的基础上,通过引入泰勒展开技术,建立了能够精确再现纯弯曲和线性弯曲模式的节点积分方法。与之相比,目前无网格薄板分析主要采用的节点积分方法仅能精确再现纯弯曲模式。数值结果表明,本文方法可精确通过纯弯曲和线性弯曲试验,且能得到光滑、无振荡的弯矩场。与标准的高斯积分方法和目前已存在的节点积分方法相比,本文方法在计算精度、效率以及弯矩分布等方面均展现出显著优势。     

层状横观各向同性地基上异性矩形薄板的弯曲解析解

选用更具广泛性的层状横观各向同性弹性地基模型,来分析四边自由各向异性矩形地基板的弯曲解析解。先基于直角坐标下横观各向同性体的静力胡海昌通解,借助双重傅里叶变换及矩阵传递法,获得层状横观各向同性地基的静力位移场和应力场;然后将异性薄板的弯曲控制方程,与基于层状横观各向同性弹性地基的位移解建立的板与地基变形协调方程相结合,先按对称性分解,再用三角级数法,得出层状横观各向同性弹性地基上四边自由各向异性矩形薄板的弯曲解析解,包括地基反力、板的挠度及板的内力的解析表达式。克服了数值法的弊端,取消了对地基反力的假设,且避免了矩阵指数函数的计算;同时考虑了地基的层状性及板和地基的各向异性,从而得到板的内力及地基反力更切实际的分布规律。算例结果与文献的有限元结果吻合良好,证明本文方法是切实可行的。     

用杂交边界点法分析简支薄板的热弯曲问题

该文利用杂交边界点法对简支薄板的热弹性弯曲进行了分析计算.采用薄板的热弹性理论,通过薄板的修正变分原理建立了各向同性薄板的边界局部积分方程,域内变量使用基本解插值,而边界上的变量则用移动最小二乘法近似.计算时仅需边界上离散点的信息,无论变量近似还是数值积分都不需要网格,因此该方法是一种纯边界类型无网格方法.数值算例表明,杂交边界点法在分析薄板的热弯曲问题时具有效率高、精度高和收敛性好等优点.     

中厚板的耦合多项式基径向点插值无网格法

采用Mindlin平板理论,通过最小位能原理建立了各向同性中厚板的伽辽金整体弱式方 程,形函数采用耦合多项式基的径向点插值法构造,可以直接施加本质边界条件. 算例表明, 用耦合多项式基的径向点插值无网格法分析中厚板问题,具有效率高、精度高和易于实现等 优点,可以避免薄板弯曲时的剪切自锁现象.