作大运动弹性薄板中的几何非线性与耦合变形

导出作大范围刚体运动弹性薄板包括了几何非线性和中面变形之间的相互耦合（耦合变形）的动力学控制方程．分析了几何非线性和耦合变形各自对系统动力学性质的影响,得到了在传统方法上只考虑几何非线性,系统将通过同宿轨分岔过渡到混沌运动;若在传统方法上考虑耦合变形,系统稳定且数值解收敛,与实际情形相符．     

薄板几何非线性中的精化元方法及膜闭锁问题

基于放松单元间协调条件的大变形分原理和全局拉拉格朗日方法，推导出几何非线性精化三角形薄板单元，对几何刚度矩阵，通过引入特殊的单元位移函数，有效地消除了薄板弯曲问题中伴生的膜闭锁现象，数值结果表明该单元在几何非线性分析中既能消除膜闭锁又具有较高精度。     

作大范围运动弹性梁刚—柔耦合动力学建模

利用弹性梁的变形理论和 Hamilton力学原理对作大范围运动弹性梁的刚 -柔耦合动力学建模理论进行了研究。分析了大范围运动对弹性梁的横向振动和纵向振动的影响 ,得到了大范围运动与弹性梁的中线耦合变形之间的耦合作用对该系统动力学性质有显著的影响 ,从而提出了作大范围运动弹性梁的刚柔耦合动力学模型     

考虑刚体运动与弹性运动耦合影响的旋转叶片振动有限元分析

本文研究了旋转叶片的纵向振动和双向横振动,考虑了刚体运动和弹性振动的耦合关系,利用有限元法推导出离散系统动力学方程,从而引出陀螺特征值问题。本文就某一特例了计算了在不同转速时叶片振动的自然频率,讨论了转速对振动频率的影响。     

作大范围空间运动柔性梁的刚-柔耦合动力学

研究带中心刚体的作大范围空间运动梁的刚-柔耦合动力学问题．从精确的应变-位移关系式出发,在动力学变分方程中,考虑了横截面转动的惯性力偶和与扭转变形有关的弹性力的虚功率,用速度变分原理建立了考虑几何非线性的空间梁的刚-柔耦合动力学方程,用有限元法进行离散．通过对空间梁系统的数值仿真研究扭转变形和截面转动惯量对系统动力学性态的影响．     

斜磁场中矩形铁磁薄板的几何非线性磁弹性行为分析

基于复杂磁场中铁磁介质磁弹性广义变分原理,给出了包含磁场、铁磁薄板几何非线性的一组基本方程,并对斜磁场中铁磁薄板的磁弹性弯曲问题进行了分析.根据铁磁板内磁场分布特点定性分析了铁磁薄板所受磁力的特征,建立了考虑铁磁板磁场端部效应以及耦合非线性、几何非线性的磁弹性有限元模型,数值模拟了铁磁薄板的磁弹性耦合弯曲特性并给出铁磁悬臂、简支薄板随磁场倾角变化的磁弹性弯曲变形特征等,数值结果与定性分析结果吻合良好.     

轴向运动导电薄板磁弹性耦合动力学理论模型

针对磁场环境中轴向运动导电薄板的动力学理论建模问题进行研究,得到较为完备的磁弹性耦合振动基本方程及相应的补充关系式.在考虑几何非线性效应下,给出薄板运动的动能、应变能以及外力虚功的表达式.应用啥密顿变分原理,推得磁场中轴向运动薄板的非线性磁弹性耦合振动方程,并得到力和位移满足的边界条件.基于麦克斯韦电磁场方程,并考虑相应的电磁本构关系和电磁边界条件,推得任意磁场环境中轴向运动导电薄板满足的电动力学方程和所受电磁力表达式.分别针对纵向磁场环境、横向磁场环境、条形板等具体情形,给出振动方程、电动力学方程和电磁力的简化形式.所得结果,可为此类问题的进一步求解和分析提供理论参考.     

有限弹塑性变形的几何模型1)

以连续介质力学内变量理论为基础,建立了一个以材料内部微结构变量为底流形,材料外部变形状态为对应纤维的材料状态纤维丛模型,使材料的力学特性与模型的几何性质自然对应起来.在模型上讨论和分析了有限弹塑性变形中变形梯度的Lee和Clifton的分解和联系,并证明了塑性变形为沿内变量演化在纤维丛的水平空间的运动.由此获得了塑性变形随内变量演化的变化方程和塑性速率梯度与内变演化的协调关系.     

非线性弹性大变形材料梁的抗爆特性

从理论上探讨了非线性弹性大变形材料应用于抗爆结构的可行性,为此,基于等效结构体系的分析原理,将两端固定铰支梁的横向和纵向位移表示为三角级数形式,应用第二类Lagrange方程建立了非线性大变形材料梁的非线性分析方法,并且用ABAQUS有限元软件中的超弹性材料模型验证了所提出的方法的有效性。对典型的爆炸荷载作用下非线性弹性大变形材料梁的抗爆特性进行了分析,讨论了动力放大系数和材料性质及动荷载之间的关系。结果表明:与线弹性小变形材料相比,非线性弹性大变形材料具有优良的抗爆特性,结构的抗爆能力随结构变形的增大而显著提高。     

考虑变形耦合的几何非线性空间梁单元

以"精确几何模型梁单元"为代表的很多几何非线性梁单元,在构造过程中分别对描述截面转动的转角和描述截面形心位置的位移进行了独立插值,由此引起了诸如运动学描述冗余和剪切闭锁等困难。其根本原因在于单元形函数没能体现细长梁中的变形耦合关系。本文对这类传统单元进行了改造,通过深入研究单元变形之间的内在联系,提出了一种变形场完全满足Bernoulli梁变形耦合关系的新单元,避免了构造过程中对转动矢量的插值,并通过数值算例检验了单元的有效性。     

水中冲击波与弹性薄板耦合作用的研究

对水中冲击波与弹性薄板的流固耦合作用进行了研究,建立了实验装置。利用全息干涉法定量测量了水中动态流场,并测出受水中冲击波作用的弹性薄板在不同时刻的变形,得出相应的全息干涉条纹图。同时利用有限元法对水中冲击波与弹性薄板的流固耦合问题进行了数值计算。研究结果表明,用实验方法能够较好地模拟水中冲击波与弹性结构的耦合作用,用有限元法计算水中冲击波传播问题是可行的。     

作大范围运动弹性梁的动力刚化分析

刚体大范围运动与弹性梁的变形运动的相互耦合将产生动力刚化现象，在经典的动力学理论中无法解释这种现象。本文给出了该系统的运动描述方法，利用Ｈａｍｉｌｔｏｎ变分原理建立了动力学控制方程，利用Ｇａｒｌｅｒｋｉｎ模态截断研究了产生动力刚化的原因及其动力学性质，从本质上解释了学者们多年来一直在研究的动力硬化现象，最后用数值模拟验证了理论的正确性。本文所得结论有益于柔性多体系统动力学的发展。     

基于近场动力学的薄板弯曲大变形及断裂分析

薄板结构仅在较小的荷载下就能产生较大的位移、旋转,甚至引发结构产生裂纹并扩展,进而发生结构整体断裂,因此,建立薄板结构在大变形过程中的裂纹扩展及断裂仿真模型,具有重要的工程实际意义.文章建立了用于薄板结构几何大变形和断裂分析的近场动力学(PD)和连续介质力学(CCM)耦合模型.首先基于冯·卡门假设,采用更新的拉格朗日法得到薄板在几何大变形增量步下的虚应变能密度增量公式,并利用虚功原理和均质化假设求出几何大变形微梁键的本构模型参数;接着分别建立几何大变形薄板PD模型与CCM模型的虚应变能密度增量,并建立了薄板几何大变形PD-CCM耦合模型;最后模拟了薄板结构在横向变形作用下的渐进断裂过程,得到与实验结果高度一致的仿真结果,验证了所提出的几何非线性PD-CCM耦合模型的精度.结果表明:本文所提出的薄板PD-CCM耦合模型具有简单高效,无需考虑材料参数限制和边界效应的特点,可以很好地用于预测薄板结构在几何大变形过程中的局部损伤和结构断裂,有利于薄板结构的断裂安全评价和理论发展.     

薄板几何非线性中的精化元方法及膜闭锁问题

基于放松单元间协调条件的大变形变分原理和全局拉格朗日方法，推导了几何非线性精化三角形薄板单元。对几何刚度矩阵，通过引入特殊的单元位移函数，有效地消除了薄板弯曲问题中伴生的膜闭锁现象。数值结果表明该单元在几何非线性分析中既能消除膜闭锁又具有较高精度。     

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.     

耦合变形对大范围运动柔性梁动力学建模的影响

柔性梁在作大范围空间运动时,产生弯曲和扭转变形,这些变形的相互耦合形成了梁在纵向以及横向位移的二次耦合变量。本文考虑了变形产生的几何非线性效应对运动柔性梁的影响,在其三个方向的变形中均考虑了二次耦合变量,利用弹性旋转矩阵建立了准确的几何非线性变形方程,通过Lagrange方程导出系统的动力学方程。仿真结果表明,在大范围运动情况下,仅在纵向变形中计及了变形二次耦合量的一次动力学模型,与考虑了完全几何非线性变形的模型具有一定的差异。     

考虑几何与材料及静风荷载的非线性因素的大跨径桥梁静风稳定分析法

针对现有的桥梁静风稳定分析方法中存在的问题，提出了增量与内外两重迭代相结合的新方法，并且考虑了结构几何、材料和静风荷载非线性。在上述方法的基础上，编制了桥梁非线性空气静力稳定分析程序BNAP，并进行了相应的算例分析，所得结果表明该方法具有计算稳定和速度快的优点。最后，以一座主跨1000米的斜拉桥为例，分析了结构几何非线性、材料非线性和静风荷载非线性对大跨径桥梁空气静力稳定性的影响。     

心肌细胞大变形黏弹性模型及在实验中的应用

在衡量单个细胞力学行为的研究中,越来越多地采用结合实验的数值模拟方法. 在连续介质力学框架下,发展了一种新的心肌细胞本构模型,并与微管吮吸实验结合,探讨了心肌细胞的力学特性. 本构模型是对普遍使用的仅能用于小变形分析的标准线性固体模型的一种扩展,它将超弹性性能引入到黏弹性模型中,用以描述细胞的大变形黏弹性效应. 基于改进的本构模型,对心肌细胞微管吮吸实验过程进行了有限元模拟,并将计算结果与实验结果以及经典理论解进行了对比. 结果显示发展的本构模型适合细胞大变形问题的有限元数值模拟.      

非线性动力系统多重周期解的 伪不动点追踪法1)

提出一种求解非线性动力系统多重周期解的新的思路和方法(伪不动点追踪法),这一方法由寻找非线性动力系统同时存在的各个周期解间的联系入手,引入一个反映系统全局瞬态信息的标量函数,将非线性动力系统求各个周期解的问题转化为此标量函数的寻优问题.文中以布鲁塞尔振子及轴承转子系统为例,顺序求得了T, 2T, 4T,…周期解,从而得到了一些新的现象和结论.     

关于小变形假设的几何与数学分析1)

小变形是材料力学最基本的概念之一。材料力学中众多的推理和演绎都是在小变形假设条件下完成的, 若对概念的认识不清晰, 会得到错误的结果。本文通过某超静定结构建立变形协调方程的过程中, 将同一小变形假设应用于不同的几何关系却得到不同的变形协调方程的例子, 指出了小变形假设使用中的误区所在, 并进一步通过几何和数学分析辨析了小变形假设的本质、含义及应用条件, 澄清误解, 为今后类似小变形概念的应用提供了理论保证。