变边界粘弹性轴对称问题的复变函数法

对边界几何形状、位置随时间变化的变边界结构,给出了用复变函数求解粘弹问题的解析方法。文中用拉普拉斯变换结合平面弹性复变方法,对内外边界变化时粘弹性轴对称问题进行求解。引入两个与时间、空间相关的解析函数,给出了变边界情况下应力、位移以及边界条件与解析函数的关系。当解析函数形式部分确定,则可用边界条件求解其中与时间相关的待定函数。求解待定函数的方程一般情况下为一系列积分方程,特殊情况可求得解析解。对轴对称问题中应力边值问题、位移边值问题以及混合边值问题,分别利用边界条件求得相关系数,从而得到了应力与位移的解析表达。当取Boltzmann粘弹模型时,进行不同边值问题的分析。分析显示,应力、位移的形态与大小均与边界变化过程相关,与固定边界粘弹性问题有较大不同。本文解答可用于粘弹性轴对称问题内外边界任意变化及各种边值问题的力学分析。此外,该法可进一步进行荷载非对称、复杂孔型变边界问题的求解。     

具有任意闭口截面的中长柱壳的应力状态和解法分类

本文用渐近方法对闭口中长柱壳的应力状态进行了分类,并且给出了各种可能边界条件下的合理求解步骤.最后,为了说明问题,给出了一个例子.     

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。     

夹层平板的应力状态及其渐近解

本文分析了正交各向异性夹层平板的全应力状态.它由以下分部应力状态所组成:古典平板理论的应力状态;修正应力状态;Reissner边界效应.考虑了包括加强自由边的六类边界条件.在一般横向载荷作用下,求得各种边界条件下正交各向异性夹层平板的基于三变量理论的渐近解;并指出对不同的边界条件,各分部应力状态之间的比重是不同的.用渐近解的结果对三变量理论与二变量理论作了比较.     

由横向稀肋加固的斜锥壳的渐近解法

在文献[1]中作者得到了具有刚性加强端的斜锥壳的渐近解法.本文在此基础上进一步讨论横向稀肋加固的斜锥壳的渐近解法.所谓“稀肋”是指相邻两肋的简单边界效应相互影响在工程精度范围内可忽略不计的肋条,例如肋间距l≥3(rh)~(1/2)时(2h——薄壳厚度,r——两肋处壳体的最大平均半径).对于本文所讨论的常用的肋条横截面尺寸,分析结果表明,作为应力状态的第一次渐近解[误差为(h/λ)~(1/2)量级,λ——壳体中心面的特征曲率半径],肋对壳体薄膜应力状态没有影响.而在求解简单边界效应时,可将肋与壳的连接处看成弹性固支边界来处理,即认为此处的壳体转角γ_1为零,而周向应变ε_2等于肋的应变值。在分析过程中,讨论了肋截面形心偏心及形心主轴偏斜等因素对壳体应力状态的影响,证明了在第一次近似时它们可忽略不计. 为了验证所得结果的精确程度,在文献[1]的试件上,进一步作了具有稀肋加强的斜锥壳的电测试验.试验结果证实,本文所得的渐近解的误差基本上在(h/λ)~(1/2)及斜锥偏度m~2的量级范围内. 为了节省篇幅,本文不再给出斜锥壳各基本应力状态的内力及位移表达式,以及它们的待定函数的确定方法,需要时可参阅文献[1].     

夹持边界下有限大板中心孔单边裂纹应力强度因子求解

为了进行试验机夹持条件下有限大板中心孔单边裂纹扩展寿命预测,需要建立夹持边界条件下应力强度因子K的求解方法。通过对试验机夹持边界条件的分析,将夹持边界条件等效为均匀拉伸与平面内弯矩的共同作用,并使得试件端部平面内转角等于0,从而建立了求解夹持边界下中心孔单边裂纹K的等效模型。首先采用权函数法计算纯弯载荷作用下中心孔单边裂纹的K;然后应用卡氏定理计算试件端部平面内转角,以端部平面内转角等于0为约束条件,得到了附加弯矩与均布拉伸载荷的关系;由线弹性断裂力学中的叠加原理得到了基于等效模型的夹持边界条件下K的近似解;为检验本文解的合理性,采用ABAQUS软件刚化模型的端部区域来模拟夹持边界条件,计算得到夹持边界条件下典型试件几何尺寸下的中心孔单边裂纹K数值解。对比本文解与数值解发现,二者的误差在2%范围内,验证了本文解的合理性。     

基于动态光弹性方法的冲击载荷作用下自由边界主应力研究

当物体在冲击载荷作用下,物体内部会产生应力波,研究应力波的传播过程及规律对研究物体受冲击载荷作用具有重大的意义.应力波在物体内传播时,在自由边界处产生的主应力状态对于理论求解和计算有着重要意义.采用动态光弹性方法,结合新型动光弹系统及相关实验设备采集物体在冲击载荷作用下的等倾线和等差线条纹图,通过分析等倾线的条纹,得出等倾线与自由边界相交所成角度不为0°或909,得出在物体自由边界处两个主应力均存在且不为零的结论.针对上述结果,采用电测方法进行验证,两试验结果相符合,方案可行且准确.     

功能梯度截顶圆锥壳的热弹性弯曲精确解

研究了功能梯度材料截顶圆锥壳在横向机械载荷与非均匀热载荷同时作用下的变形问题. 基于经典线性壳体理论推导出了以横向剪力和中面转角为基本未知量的功能梯度薄圆锥壳轴对称变形的混合型控制方程. 假设功能梯度圆锥壳的材料性质为沿厚度方向按照幂函数连续变化的形式. 然后采用解析方法求解,得到了问题的精确解. 分别就两端简支和两端固支边界条件,给出了圆锥壳的变形随其载荷、材料参数等变化的特征关系曲线,重点分析和讨论了载荷参数与材料梯度变化参数对变形的影响.      

双曲扁壳的非线性稳定

本文采用布勃诺夫——伽辽金方法对在均布荷载作用下矩形底四边简支双曲扁壳的可动边界和不可动边界进行了非线性稳定问题的分析,求得有限变形的屈曲载荷.从P和W_0曲线可以看出双曲扁壳失稳的跳跃现象.另外还导出了矩形底双曲扁壳其它边界条件下的无矩内力,因此可以推广应用到其它边界条件下非线性稳定问题的求解.     

变厚度锥壳极限分析的薄膜理论

本文研究线性变厚度锥壳的薄膜理论解,得到了当壳体厚度为H=H_0(R/A) 时的等强度壳及在各种均布载荷作用下相应的极限载荷.壳体的最大厚度H_0与底半径A 之比属于薄壳范围.并认为关于薄壳理论的一切假定均适用于这类变厚度壳.当薄壳受外压时,不考虑稳定问题.     

轴压非圆柱壳的弹塑性屈曲和初始后屈曲

1. 基本方程对于柱壳,取x~1沿母线方向,x~2沿横截线弧长增加方向,x~3则与中面正交。当三个基向量都取作单位向量时,便相当于一个笛卡尔坐标系。对于均匀轴压的柱壳,屈曲前的平衡状态可设为单轴应力状态,若不计端部约束作用,可设法向挠度沿轴向无变化,沿周向变化缓慢而可略去,于是前屈曲基本解为(?) N_(αβ)、M_(αβ)分别是应力合力和合力矩张量。若用(·)表示一个量的微小增量,则从虚功原理导出的增量型稳定性方程及其边界条件可写成:     

反对称铺设复合材料层合板非线性后屈曲分析

基于层合板壳理论,考虑反对称铺设层合板的拉弯耦合效应和后屈曲过程中的非线性几何变形,推导了由应力函数和挠度表示的复合材料层合板的后屈曲控制方程。引入无量纲参数对控制方程和边界条件进行无量纲化,以消除材料参数及几何尺寸对分析结果的影响。采用摄动法将无量纲的非线性控制方程及边界条件展开成一系列非齐次线性摄动方程组,分析各阶摄动方程的通解与特解的构造,并逐次求解,建立了反对称铺设复合材料层合板受单向均布压力作用的临界屈曲荷载及后屈曲平衡路径的理论解。进而运用ABAQUS软件对复合材料层合板在面内压缩载荷作用下的屈曲和后屈曲进行有限元分析,结果表明理论解与ABAQUS结果十分接近,验证了理论解的正确性。在此基础上进一步讨论了铺设角度、铺设层数和拉弯耦合效应等对层合板后屈曲性能的影响。研究发现层合板的屈曲载荷受铺设角度与层数的影响较为显著,而拉弯耦合效应使板的屈后强度大大降低。     

界面裂纹问题中的通用权函数法

热载荷和机械载荷共同作用下复合材料中的裂纹扩展往往发生在界面处.传统求解热冲击及机械载荷共同作用下界面裂纹尖端的应力强度因子的数值方法(如有限元、边界元法等),计算工作量大、效率低.通用权函数与时间无关,运用通用权函数法可以免除对每个时刻的应力分析,计算效率可得到很大提高.本文将通用权函数法推广到求解热载荷和机械载荷共同作用下界面裂纹尖端的应力强度因子过渡过程的问题中,推导出求解平面双材料界面裂纹问题应力强度因子的通用权函数法计算格式.基于此格式,计算热载荷和机械载荷共同作用下界面裂纹尖端的应力强度因子.通过实例计算比较,表明此方法得到的结果可以达到与相互作用积分法相当的工程应用精度.最后,应用此方法研究了热障涂层受热冲击及表面力共同作用时裂纹长度以及涂层厚度对应力强度因子的影响.结果表明:在一定边界条件下,当热障涂层中存在边缘裂纹时,随着涂层厚度的增加,更容易导致裂纹的扩展和涂层的剥落.     

正交各向异性功能梯度圆柱壳的应力分析及材料剪裁

假设正交各向异性功能梯度材料的弹性系数沿圆柱壳的径向按照任意连续函数变化,采用应力函数法和加权残值法导出了圆柱壳在非轴对称载荷作用下应力分析的一种新的数值解.建立了圆柱壳内部应力状态给定时材料剪裁问题的基本方程,提出了实现圆柱壳内部一种特殊的应力分布时所需要的材料弹性系数沿径向变化的解析解.通过数值算例验证了本文所导出的应力分析的数值解的正确性和收敛性,分析了弹性系数沿径向的变化对圆柱壳内部应力分布的影响.数值算例还给出了实现圆柱壳内部环向应力和切应力沿径向均匀分布时功能梯度材料的弹性系数沿径向的三种不同变化形式.所得研究结果可为正交各向异性功能梯度材料圆柱壳的设计提供一定的参考,同时材料剪裁的解析结果也可作为其他数值方法计算结果验证的考题.     

薄蒙皮加肋圆柱壳的极限平衡

在弹性范围内计算加肋壳的方法,一般说来,是用正交各向异性壳作为计算模型来代替实际的壳.但这种方法在塑性范围内是不允许的,因为纵向肋与横向肋处于单向应力状态,且各满足互相独立无关的塑性条件.前文[2]讨论了加肋壳的一种计算模型,其中考虑了蒙皮的弯曲,而肋则用相当的集中面积来代替;求得了圆柱壳在对称变形情况下的极限条件.本文讨论了另一种计算模型,其中蒙皮只受薄膜应力的作用,但考虑应力沿肋高度的变化(故肋承受拉伸与弯曲);得出了圆柱壳在对称变形情况下的极限条件,用简支圆柱壳在均匀侧向与均匀四周液压作用下的算例,说明了所得极限条件对于求极限载荷的应用,并将给果与前文[2]进行了比较.     

变厚度圆柱壳的轴对称自由振动

本文借助于状态空间法研究变厚度圆柱壳的轴对称自由振动问题.引进状态变量,建立状态方程,用状态空间法求解具有任意边界条件和厚度变化形式的圆柱壳的固有频率和振型。     

两端固支叠层圆柱厚壳轴对称问题的精确解析解

基于柱坐标系下的三维弹性力学基本方程,采用状态空间法得到两端固支单层与叠层圆柱厚壳轴对称问题的精确解析解。为严格满足固支端的边界条件,将固支端的边界位移函数作为状态变量引入状态方程,采用增维方法把非齐次状态方程变为齐次状态方程,并通过层合渐近技术将变系数状态矩阵转为常系数矩阵进行求解。所得到的解不仅严格满足三维弹性力学基本方程,而且严格满足固支边界条件,是真正意义上的三维精确解。算例表明,本研究解与有限元解吻合,具有很高的精度,且关于级数项数和分层数具有很好的收敛性。另外,通过圆柱厚壳各力学量沿径向和轴向的精确分布规律分析了厚径比和跨径比变化对位移和应力分布的影响。     

表面效应影响的弹性条带状薄膜非线性尺寸相关屈曲行为

本文在非线性Von Karman板理论基础上,通过引入表面弹性研究了弹性条带状薄膜在简单支撑条件下的非线性尺度相关屈曲行为.按照Mindlin 假设,用Hamilton变分原理导出带有表面效应影响的一般控制方程及非经典边界条件,同时引入了非零的正应力和大变形的影响.得到了平面应变情况下简单支撑薄膜的屈曲行为和准确解,并详细阐明了归因于表面效应的薄膜尺寸相关屈曲行为.     

轴对称热-力埋置载荷下半空间饱和孔隙介质的动力响应

基于修正的Biot热弹性本构理论,得到了饱和多孔介质热-力耦合的动力学控制方程.针对半空间孔隙介质在内置简谐热-力轴对称载荷作用下的动力问题,利用Hankel变换获得了响应的解析表达式,并利用Han-kel逆变换进行数值求解,分析了埋置深度、表面热边界条件等对响应的影响规律.结果表明:孔隙水压力在载荷作用处上方有负压出现;环向、径向及竖向应力在载荷作用处发生突变,且在载荷作用处上方均出现拉应力;在载荷作用处下方,孔隙水压力及竖向、径向和环向应力均随着深度的增大而减小.当内置热载荷仅设置温差,而无外热源输入时,温差对孔隙介质中的响应几乎不产生影响.当孔隙介质表面绝热时,孔隙水压力小于表面等温情况下的值.     

考虑横向剪切变形的含裂纹扁壳应力强度因子的渐近分析

本文采用奇异摄动的渐近分析法,将考虑横向剪切变形的十阶扁壳方程组的定解问题,化归为互不耦合的平面应力问题、平板弯曲问题和存在于裂纹两侧的Reissner边界效应问题的交叉迭代求解。当壳体的几何参数变化时,对相应应力场的变化,给出了量级分析,本文利用路径无关的积分,求得了含裂纹扁壳Ⅰ型应力强度因子的“0级”和“一级”近似的解析表达式,并针对板、球壳、柱壳三种常见的情形,将本文的结果与已有的采用计算机所求得的数值结果进行了比较,说明本文解的精度可以满足工程分析的要求。 本文的方法可用于夹层壳和多层壳体的断裂分析。