热压电变分原理

热释电介的许多传感器及机敏结构或中的关键材料，本文系统地讨论了在基础理论和数值计算中极具重要地位的各类变分原理，包括准静态变分原理、动态变分原理和关于固有频率的变分原理。最后建立了关于静态压电要板的变分原理，并由此导出了各向异性压电板的控制方程及边界条件。     

电磁热弹性介质的一些基本理论─电磁热动力理论

具有电磁热弹性耦合性质的介质是许多传感器及机敏结构或系统中的关键材料，本文则是力争对这种耦合材料的基本理论进行系统的研究。第一部分基于被推广的经典热动力学理论推导和归纳了电磁热弹性体的几个守恒方程、动力学方程、本构方程和热平衡方程。第二部分则是系统地讨论了在数值计算中具有极重要意义的电磁热弹性变分原理。     

电磁热弹性介质的一些基本理论电磁热动力理论

具有电磁热弹性耦合性质的介质是许多传感器及机敏结构或系统中的关键材料，本文则是力争对这种耦合材料的基本理论进行系统的研究。第一部分基于被推广的经典热动力学理论推导和归纳了电磁热弹性体的几个守恒方程、动力学方程、本构方程和热平衡方程。第二部分则是系统地讨论了在数值计算中具有极重要意义的电磁热弹性变分原理。     

子空间变分原理的修正及其应用于确定梁的剪切系数

首先简化了空间变分原理的数学结构，据此表明子空间变分原理存在一定的奇异性，并提出消除奇异性的修正子空间变分原理。作为应用，计算了单材料多种截面的剪切系数并与Ｃｏｗｐｅｒ解做了比较，结果表明修正后的子空间变分原理是正确的。我们还进一步计算了一个夹层梁在Ｃｏｗｐｅｒ意义下的剪切系数，说明了子空间变分原理复杂截面的能力。     

变加速动力学系统的广义高斯最小拘束原理

变加速运动在日常生活和工程问题中普遍存在.变加速动力学又称牛顿猝变动力学,因其在混沌理论和非线性动力学中的应用而获得广泛关注.高斯原理是一个具有极值性质的微分变分原理.因此,研究变加速动力学系统的广义高斯原理在理论和应用两方面都有重要意义.文章提出并研究变加速动力学系统的广义高斯原理.首先,引入急动度空间的广义高斯变分概念,将质点的达朗贝尔原理对时间求导数后与广义高斯变分点乘,并利用高斯意义下的理想约束条件,建立了变加速动力学系统的广义高斯原理.在此基础上,通过构造广义拘束函数建立并证明变加速动力学系统的广义高斯最小拘束原理,并给出原理的阿佩尔形式、拉格朗日形式和尼尔森形式.其次,研究原理对变质量力学的推广.从密歇尔斯基方程出发,将它对时间求导并与广义高斯变分点乘,建立了具有理想约束的变质量变加速动力学系统的广义高斯原理.通过构造变质量系统的广义拘束函数,建立并证明变质量力学系统变加速运动的广义高斯最小拘束原理.文中以开普勒-牛顿空间问题为例,利用所得的广义高斯最小拘束原理方法进行计算,验证了方法的有效性.     

机敏材料和机敏结构的力学分析

机敏材料是一种具有传感和执行的双重功能的功能材料，它无需外界的帮助，而本身就可以在电、磁、热、机械运动、光、声、化学、流变等等性能中的几项之间产生耦合行为，当机敏材料和具体结构形式结合在一起时便构成了机敏结构。本文重点介绍了比压电体更为一般化的线性电磁热弹性固体的一些基本理论，综述了压电体的材料力学分析以及压电体在机敏结构控制中的力学行为分析。最后则简略讨论了其它机敏材料中的力学分析。     

Hamel框架下几何精确梁的离散动量守恒律

Hamel场变分积分子是一种研究场论的数值方法, 可以通过使用活动标架规避几何非线性带来的计算复杂度, 同时数值上具有良好的长时间数值表现和保能动量性质. 本文在一维场论框架下, 以几何精确梁为例, 从理论上探究Hamel场变分积分子的保动量性质. 具体内容包括: 利用活动标架法对几何精确梁建立动力学模型, 通过变分原理得到其动力学方程, 利用其动力学方程及Noether定理得到系统动量守恒律; 将几何精确梁模型离散化, 通过变分原理得到其Hamel场变分积分子, 利用Hamel场变分积分子和离散Noether定理得到离散动量守恒律, 并给出离散动量的一阶近似表达式; Hamel场变分积分子可在计算中利用系统对称性消除系统运动带来的非线性问题, 但此框架中离散对流速度、离散对流 应变及位形均不共点, 而这种错位导致离散动量中出现级数项, 本文对几何精确梁的离散动量与连续形式的关系及其应 用进行了讨论, 并通过算例验证了结论. 上述证明方法也同样适用一般经典场论场景下的Hamel场变分积分子. Hamel场变分积分子的动量守恒为进一步研究其保结构性质提供了参考依据.      

塑性全量理论中的控制变量变分原理

控制变量变分原理也称参变量变分原理,其主要特点是在能量泛函中引入了不直接参加变分的控制变量,并要求极值过程始终受状态方程的控制。文[10-16]建立了弹塑性增量理论下的若干控制变量变分原理,使得增量问题有限元解不必迭代且精确度高。本文针对简单加载全量理论问题,建立了相应的控制变量变分原理,使得这一类工程上应用较多的弹塑性理论可以用解参数二次规划的方法求解,不再依靠传统迭代途经。全量问题可用解增量问题的程序统一解算,前者只相当于在后者的本构材料库的程序接口里增添新的材料性质而巳。     

参变量变分原理的提出、发展与应用

参变量变分原理及其参数二次规划算法是由钟万勰院士1985年针对弹性接触边界非线性问题首次提出来的,经过将近40年的不断发展,目前参变量变分原理已经成功应用于各个领域,其中包括弹塑性分析、接触问题、润滑力学、岩土力学、变刚度杆系结构、先进材料性能分析、材料的蠕变与损伤、柔性结构力学和LQ最优控制等各个工程领域。本文首先回顾了参变量变分原理的起源,介绍了参变量变分原理的基本概念,然后以弹塑性分析问题为例,阐明建立参变量变分原理的理论模型以及实现数值参数二次规划求解原理,最后详细回顾了参变量变分原理的基本理论与相应数值算法在各个领域的发展及其工程应用,展示了参变量变分原理在求解各类非线性问题的特色与优势。     

弹性理论中非保守问题的一般变分原理

本文提出并证明了在用“伴生”力系统代替非保守系统时弹性理论中若干变分原理,由于在这种系统中作用力可为非保守力,这些原理只能以拟变分形式表示,即拟势能原理、拟余能原理、广义拟变分原理以及拟Hamilton原理,利用给出的变分原理,计算了在非保守力作用下压杆等问题的临界荷载。     

时间尺度上Herglotz变分原理及其Noether定理

Herglotz变分原理的作用量是由微分方程定义的,不仅可以描述所有经典变分原理能够描述的动力学过程,还可以对经典变分原理不能适用的非保守系统或耗散系统进行变分描述．时间尺度上微积分理论提供了一种可同时研究离散系统和连续系统的有效方法．本文结合Herglotz变分原理和时间尺度微积分理论来研究时间尺度上的Herglotz变分原理及其Noether定理．首先,给出时间尺度上Lagrange系统的Herglotz变分原理．其次,根据Herglotz变分原理和Dubois-Reymond引理,推导出时间尺度上Lagrange系统的Herglotz变分问题的运动微分方程．再次,基于时间尺度上Hamilton-Herglotz作用量在群的无限小变换下的不变性,给出Noether对称性的定义并导出其Noether等式．最后,建立了时间尺度上Lagrange系统的Herglotz变分问题的Noether定理,给出了连续和离散两种情况下基于Herglotz变分问题的Noether守恒量．文末举例说明结果的应用．     

一类铁电模型的参变量变分原理及其应用

将参变量变分原理引入铁电问题。对一类借用了经典弹塑性理论中的概念和方法的多轴铁电模型建立基于Helmholtz自由能的参变量变分原理,可以有效处理传统变分原理中由非关联流动法则或屈服面不考虑材料系数变化所引起的切线模量非对称困难。相应于参变量变分原理,引入参数二次规划算法,可获得具有可靠数值稳定性的一套铁电算法。将该算法应用于一个具体的铁电模型,数值计算结果表明本文方法的有效性。     

相空间中非保守系统的Herglotz广义变分原理及其Noether定理

与经典变分原理相比,基于由微分方程定义的作用量的Herglotz广义变分原理给出了非保守动力学系统的一个变分描述,它不仅能够描述所有采用经典变分原理能够描述的动力学过程,而且能够应用于经典变分原理不能适用的非保守或耗散系统.将Herglotz广义变分原理拓展到相空间,研究相空间中非保守力学系统的Herglotz广义变分原理与Noether定理及其逆定理.首先,提出相空间中Herglotz广义变分原理,给出相空间中非保守系统的变分描述,导出相应的Hamilton正则方程;其次,基于非等时变分与等时变分之间的关系,导出相空间中Hamilton-Herglotz作用量变分的两个基本公式;再次,给出Noether对称变换的定义和判据,提出并证明相空间中非保守系统基于Herglotz变分问题的Noether定理及其逆定理,揭示了相空间中力学系统的Noether对称性与守恒量之间的内在联系.在经典条件下,Herglotz广义变分原理退化为经典变分原理,与之相应的相空间中的Noether定理退化为经典Hamilton系统的Noether定理.文末以著名的Emden方程和平方阻尼振子为例说明上述方法和结果的有效性.     

非线性问题严格互补极点－鞍点定理

本文给出两个具有新的非线性型式问题的严格互补极点－鞍点定理，同时论述了建议的二次变分－凸分析方法的一般性和有效性。其一是旋转叶轮问题，通过引进周期性自由面变量，揭示了隐含的一类对偶变分原理，从而给出了可能存在的全部互补原理。其二是带转动变量的非Ｋ－Ｌ壳体，具有超出常规的几何非线性性质，目前只知道使用这里的方法可以建立互补原理。     

非线性问题严格互补极点－鞍点定理

本文给出两个具有新的非线性型式问题的严格互补极点－鞍点定理，同时论述了建议的二次变分－凸分析方法的一般性和有效性。其一是旋转叶轮问题，通过引进周期性自由面变量，揭示了隐含的一类对偶变分原理，从而给出了可能存在的全部互补原理。其二是带转动变量的非Ｋ－Ｌ壳体，具有超出常规的几何非线性性质，目前只知道使用这里的方法可以建立互补原理。     

刚体动力学的拟变分原理及其应用

为了适应航天事业发展的需要,极有必要开展多柔体系统的理论分析.作为应用非保守系统的拟变分原理进行多柔体动力学的理论分析的组成部分,研究了刚体动力学的拟变分原理及其应用:建立了刚体动力学的拟变分原理,推导出刚体动力学的拟变分原理的拟驻值条件; 建立了刚体动力学的广义拟变分原理,说明了应用广义拟变分原理求得问题的解析解和数值解的途径; 最后,借助算例说明了应用变分方法来研究刚体动力学问题的优越性.      

有限元法的基础——变分原理在非保守问题中的应用

对非保守机械系统,传统的哈密顿变分原理不能认为是正确的。因此,对那种类型的系统,有限元法的一个合适基础似乎不存在.本文将指出用另一个适当的泛函代替啥密顿的时间积分以及用一个拟标量积代替标量积,可以建立一个适当的函数空间,在那个函数空间中,传统的非保守系统——即关于能量是非保守的系统具有保守系统的性质。尤其是,在新的函数空间中,可以类似于哈密顿原理建立起变分原理。所以,有限元法用于非保守机械系统如同在通常的保守系统的应用一样地方便。最后用跟随力(follower forces)的非保守系统来说明这个理论.     

橡胶类材料大变形本构关系及其有限元方法

讨论大变形拟不可压缩模胶类材料的本构关系及有限元分析方法，采用乘法分解，将变形梯度表示成等容和体积变形两部分，在此基础上，推导了克希荷夫应力和格林应力表示的Ｙｅｏｈ形式应变能模胶类材料的本构关系及数值处理方法，为处理不可压缩问题，采用三场变分原理，其中静水压力，体积膨胀，以及位移均作为独立变量进行处理，并指出该变分原理同胡－鹫津广义变分原理的联系，变形采用相容等参插值，压力及体积膨胀采用低阶插值，     

非保守系统的有限变形弹性变分原理

最近,文献[1]将小变形弹性理论中关于保守系统的变分原理向非保守系统作了推广,其出发点是小变形弹性理论中的两个最小值原理.由于所建立的变分原理只能以变分式的形式出现,故称之为拟变分原理。本文直接从有限变形弹性理论的虚功原理出发,建立非保守系统的有限变形弹性拟变分原理.与文献[1]相比,我们的推广不仅在内容上更为一般,而且方法更为直接、简单.     

耦合热弹性动力学的统一变分原理族1)

对耦合热弹性动力学问题,迄今文献中只建立了Gurtin型含卷积的统一变分原理,其缺点是只适用于常系数的线性问题,且因含卷积而使实际数值离散和求解复杂化.文中首次成功地建立了耦合热弹性动力学问题经典型(不含卷积)统一变分原理族,其关键是建议了动态差分变换和初终值条件的新处理法.该方法可以推广到各向异性材料以及非线性问题上去,同时在应用有限元法离散和求解上都比较简便.