两微极磁热弹性固体分界面上波的反射与折射

给出了磁场、热场和弹性场多场耦合作用下微极广义热弹性固体的一般控制方程.该方 程既包含了磁场、热场和弹性场的耦合作用,又在其广义热传导方程中涵盖了耦合热弹理论 (C-D)及其5类推广(L-S理论,G-L理论,G-N(II,III)理论和C-T理论).运用该微极广义磁热 弹性控制方程,研究了在定常磁场作用下, 具有均匀初始温度的两理想接触微极弹性介质平面分界面上磁热弹性波的反射和折射现象.给出了分别在缺少磁场、热场作用或不同广义热传 导理论下反射或折射热波、纵向位移波、耦合横向和微旋转波与入射纵向位移波的振幅比随 入射角变化的关系曲线.对缺少磁、热和微极性以及热松弛时间时对应的反射、折射系数进 行了对比.结果表明磁、热和微极性以及热松弛时间对振幅比均有不同程度的影 响,与磁、热和微极性一样,热松弛时间对不同类型波的影响能力差别明显,但对同 一类型的反射波和折射波的影响相似.     

非局部广义热弹性理论下半导体微结构中波的反射研究

论文基于非局部热弹性理论,研究了纳米半导体介质中波的反射问题。首先建立了在耦合的非局部弹性理论,波型热传导理论和等离子扩散理论下问题的控制方程;然后运用谐波法,得到耗散方程的解以及反射系数率的解析表达式;最后通过数值计算给出了硅纳米结构中相速度、群速度随非局部参数的变化,讨论了非局部参数、热电耦合参数以及热弹性耦合参数对反射系数率的影响。     

热冲击作用下非均质圆筒的广义热弹性分析

基于L-S广义热弹性理论,研究了非均质圆筒在热冲击作用下的广义热弹性问题。利用状态空间技术和有限差分格式,获得了材料性质沿径向任意梯度变化圆筒的一维广义热弹性解。通过算例分析,给出了延迟效应和耦合效应以及材料的梯度形式对圆筒内的温度和应力沿径向分布和随时间变化的影响。分析表明:延迟效应可反映热波以有限速度传播,波前形成巨大的温度梯度,并与弹性波相互作用引起尖峰应力;耦合效应在最初阶段或耦合系数较小时对温度传播影响较小,但会削弱尖峰应力的峰值;改变材料梯度可有效降低热冲击对圆筒内应力的影响。     

磁场对电磁弹性板中Lamb波频散特性的影响

研究了静态磁场下电磁弹性结构中Lamb波的传播行为.在确定静态磁场下电磁弹性板中耦合初始广义应力(弹性应力、电位移和磁感应强度的基础上,推导了含初始广义应力时板中Lamb波传播的运动方程,并由此获得了对称模态和反对称模态时的频散方程.以由BaTiO3-CoFe2O4材料构成的电磁弹性板模型作为数值算例,绘制了Lamb波传播的对称模态和反对称模态频散曲线.计算结果表明磁场对Lamb波的频散特性有一定的影响.     

广义热弹模型的热力学基础与瞬态响应

微纳科技的快速发展与超短脉冲激光技术的广泛运用, 对描述微纳尺度超快热冲击的广义热传导及其热弹耦合理论提出迫切需求. 基于拓展热力学原理, 本文建立了考虑热传导双相滞后效应和高阶热流率的广义热弹耦合理论. 类比于力学领域黏弹性本构关系的串联、并联模型, 并受Green-Naghdi (GN)广义热传导模型启发, 本文提出了热学“弹性”单元和“黏性”单元模型, 并采用串联、并联方法实现了Cattaneo-Vernotte (CV)、GN、双相滞后(DPL)和Moore-Gibson-Thompson (MGT) 热传导模型的重构. 理论推导进一步表明, 本文新建模型对应于热学Burgers模型, 并得到了新模型中各相位滞后中松弛时间之间的比例关系. 运用拉普拉斯变换方法, 研究了一维结构受边界热冲击和移动热源作用下的瞬态响应, 计算结果表明: 新模型克服了热波速度无限大的悖论; 仅有边界热冲击载荷时, 新模型得到的响应结果均较大, 响应范围最小; 相比于无热源作用情形, 受移动热源作用时, 新模型会产生更大的峰值响应. 新模型与经典弹性理论耦合构建了广义热弹性理论, 运用该理论, 可以清晰观察到在热波和弹性波波前的应力突变. 理论方面, 本文推动了拓展热力学与连续介质力学的结合, 对于远离平衡态极端力学基础理论问题的研究具有启发意义; 应用方面, 本文研究结果可为激光等移动热源作用下材料的瞬态响应分析提供理论基础和数值方法.      

固体中的非线性波

一、引言波的传播问题是物理学中的经典理论问题。从17世纪至今人们逐渐认识了各种类型的波。这些波的区别主要源于它们赖以传播的介质性质和具体问题条件的不同。在固体中传播的波通常称为应力波。于是,应力波的特征就依赖于固体的力学性质、几何形状和波源等条件的特征。人们最早认识的是各种弹性波,到十九世纪,弹性波的理论与实验研究有很大的发展,并大致形成了一个完整的理论体系,这是因为弹性理论的基本定      

关于热波理论的研究

当热传导服从经典的Fourier定律时,温度场由抛物型方程所控制,热扰动以无限大速度传播。在通常情况下,热波的迅速衰减掩盖了这种佯谬。但对于热爆炸,热核聚变,快速化学反应,强激光与物质相互作用这样一些时间尺度极短(与从非平衡态达到局部平衡态的时间相比)的情形,需对Fourier定律进行修正。本文从Cattaneo方程及其唯象修正,Boltzmann演化方程,分子动力学数值模拟以及连续介质热力学理论四个方面对热波理论近20年的进展进行了评述,并对热波的实验验证及数值分析的某些重要结果进行了介绍,且提出了关于热波非弹性理论的新认识,讨论了可能的应用前景。     

不同理论下广义压电热弹性问题的有限元求解

基于G-L和L-S广义压电热弹性理论研究了无限大厚压电板在上下表面受到条带状热冲击时的广义压电热弹性问题。在时间非常短的情况下，为避免积分变换求解带来的精度丢失，采用有限元方法对问题在时间域进行直接求解，获得压电板在热冲击作用下的温度、位移、应力及电势等，并将结果与经典压电热弹性理论进行比较。结果表明，直接求解方法可以准确描述热在介质中以有限的速度传播。     

轴对称自由振动功能梯度材料微圆板中的热弹性阻尼

基于经典弹性薄板理论和单向耦合热传导理论,研究了材料性质沿厚度连续变化的功能梯度微圆板的热弹性阻尼特性．首先,考虑热力耦合效应,建立了功能梯度微圆板轴对称横向自由振动微分方程．然后,忽略温度梯度在面内的变化,建立了单向耦合变系数一维热传导方程．采用分层均匀化近似方法,将变系数热传导方程转化为一系列常系数的微分方程,利用上下表面的热边界条件和层间连续性条件获得了微圆板温度场解析解．将所得温度场代入微圆板的自由振动微分方程,得到了包含热弹性阻尼的复频率,从而获得了反映热弹性阻尼水平的逆品质因子．最后,针对材料性质沿板厚按幂函数变化的陶瓷-金属功能梯度微圆板,定量地分析材料梯度指数、几何尺寸、边界条件、温度环境等对微圆板热弹性阻尼的影响．     

薄膜涂层材料中的广义瑞利波

基于弹性动力学的线性理论，建立了涂层材料中广义瑞利波传播的理论分析模型，并 且由波动方程和边界条件推导了波的频散方程．分析了慢层和快层对相速度频散的影响，给 出了不同层厚-波长比和不同涂层-基体密度比情况下广义瑞利波相速度的理论解．算例分 析分别比较了慢层和快层结构中波的相速度、群速度，以及随深度衰减的位移与应力振 幅．另外，相速度曲线和位移振幅曲线与文献中给出的结果吻合，验证了理论模型和分析过 程的正确性．     

各向异性展状介质中弹性波的传播矩阵解法

基于广义胡克定律及混和变量弹性波方程，解析求得各层介质内位移、应力传递矩阵，给出了直角坐标系下各向异性层状介质中弹性波的传播矩阵解法．该方法适用于非轴对称各向异性和点源作用，较好地解决了数值计算中有效数字精度损失问题．数值结果表明，计算效率、准确性及稳定性均较好．     

拉压不同弹性模量薄板上圆孔的应力分析

采用弹性理论研究了拉压不同弹性模量薄板上圆孔的孔边应力集中问题．采用广义虎克定律推导出了拉压不同弹性模量薄板上圆孔边的应力平衡方程,并联合利用应力函数及边界条件得到了拉压不同弹性模量薄板上圆孔边的应力表达式．算例分析表明,当薄板材料的拉压弹性模量相差较大时,采用经典弹性理论研究薄板上圆孔的孔边应力是不合适的,当经典弹性理论与拉压不同弹性模量弹性理论的计算结果间的差别超过工程允许误差5%时,应该采用拉压不同弹性模量弹性理论进行计算．     

界面上应力波传播规律的动态光弹性试验研究

采用动态光弹性方法,对应力波在杆-杆和板-板双材料连接界面上的反射和透射传播规律展开研究．通过对双材料粘接模型施加冲击载荷作用,采集和分析等差线条纹,计算出最大剪应力值．对于两种试验模型应力波在界面上都以透射为主,对应力波的阻隔作用不明显,这与接触式界面对应力波有较强的阻隔作用有较大区别,在应用界面减弱应力波的作用时应注意区分．试验结果与理论计算结果基本保持一致,并由此证明采用动态光弹性法研究应力波在界面上传播规律的可行性．     

无限长圆柱体中广义电磁热弹耦合问题研究

基于L-S广义热弹性理论,研究了处于磁场中无限长理想圆柱导体在边界受热冲击作用时的电磁热弹耦合问题.建立了广义电磁热弹耦合的有限元方程,为避免积分变换方法求解带来的精度丟失.采用将有限元方程直接在时间域求解的方法,得到了圆柱体中的温度、位移、应力、感应磁场和感应电场的分布规律,反映了热的波动性及电磁热弹的耦合效应.结果表明,将有限元方程直接在时间域求解,可以获得各物理量的准确分布.得到温度在热波波前处的阶跃,准确地反应热波的波动效应.     

关于热弹性力学的耦合理论

作为固体力学的一个分支学科,热弹性力学已经有很长的历史了.近三、四十年以来,热弹性力学的基本理论日趋成熟,应用日益广泛,已经成为一个相当活跃的研究领域.耦台理论就是它的较为引人注目的课题之一。各向同性材料非耦合线性热弹性力学的基本方程由Fourier热传导方程      

各向异性层状介质中弹性波的传播矩阵解法

基于广义胡克定律及混和变量弹性波方程，解析求得各层介质位移位，应力传播矩阵，给出了直角坐标系各向异性层状介质中弹性波的传播矩阵解法，该方法适用于非轴对称各向异性和点源作用，较好地解决了数值计算中有效数字精度损失问题，数值结果表明，计算效率，准确性及稳定性均较好。     

轴向冲击载荷作用下锥壳中弹性应力波传播的计算和实验研究

本文利用有限元分析和模型实验研究了在轴向冲击载荷作用下,锥壳中弹性应力波的传播、计算和实验结果表明,结构中存在着弹性纵波和弹性弯曲波的传播,它们传播的速度各不相同,使壳面承受不同的应力状态;讨论了纵波和弯曲波随壳面的衰减;实验指出,由于边界的影响,即使纵波的反射也会产生新的反射弯曲波沿锥面传播。     

基于热-磁-弹性耦合的二维导电薄柱壳数值分析

基于几何方程、物理方程、运动方程和电动力学方程,建立了二维导电薄柱壳热磁弹性基本方程．考虑到Joule热效应,引入热平衡方程及广义Ohm定律,得出导电薄柱壳的温度场．利用变量代换方法,整理成具有10个基本未知量的标准型方程组．采用差分法和准线性化方法,给出准线性微分方程组．对于二维导电薄柱壳,导出了Lorentz力表达式、温度场积分特征值．通过实例计算,得到了二维导电薄柱壳应力、位移、温度随外加电磁参量的变化规律．研究结果可为二维导电薄壳热磁弹性问题研究提供理论参考．     

非线性变形节理中纵波传播特性的理论研究

基于波前动量守恒理论和位移不连续方法所提出的时域分析新方法,引入岩石非线性法向本构关系,对弹性纵波在岩石非线性节理中的传播特性进行了理论分析。采用节理变形的双曲线模型(BB模型),获得纵波P波斜入射非线性节理的传播波动方程,并通过参数研究分析了在岩石节理中节理非线性系数、节理初始刚度、应力波入射角和入射波幅值等因素对纵波传播规律的影响。结果表明:所推导的应力波传播方程在考虑多种非线性问题时,通过迭代计算即可方便求出透射波和反射波的数值解,避免了复杂的数学运算;当波斜入射节理面时,产生了波型转换,节理变形的非线性对透射波和反射波有较大影响,透射系数和反射系数并非随着非线性参数的变化而单调变化。时域内所推导的波传播方程更有益于波斜入射时非线性参数的广泛研究,为开展该方面的理论研究工作提供了借鉴。     

分数阶理论下实心球体受热冲击作用的渐进分析

基于分数阶广义热弹性理论,针对实心球体在外表面受均匀热冲击作用下的一维广义热弹性问题进行研究分析. 利用热冲击的瞬时特征,借助于Laplace 正、反变换技术及柱函数的渐进性质,推导了热冲击作用周期内位移场、温度场和应力场的渐进表达式. 通过计算,得到了不同传热能力下受热冲击作用时热波、热弹性的传播规律以及位移场、温度场及应力场的分布规律. 结果表明:分数阶参数取值的不同,热波、热弹性波的传播以及各物理场的分布均有所不同,分数阶参数可视为延迟时间的影响因子,通过改变延迟效应对热弹性行为的影响来改变热冲击的作用效果.