不均匀磁电弹板中的厚度扭曲波的传播

压电-压磁复合材料或结构的许多应用是与弹性波的传播密切相关的,这要求人们首先从理论的角度弄清楚弹性波的传播规律。本文研究由多个不均匀磁电弹介质组成的薄板厚度扭曲波的传播性质,从磁电弹全耦合场三维方程出发得到了其精确解,根据所得到的解分析了波的传播特征,这些结果对于理解和设计谐振器、滤波器以及声波元件提供了有价值的理论基础。     

偏压电场作用下磁电弹板中Lamb波传播研究

基于磁电弹性材料的本构关系和运动微分方程,研究了磁电弹板中Lamb波的传播特性.在电磁开路和短路两种边界条件下,导出了偏压电场作用下磁电弹板中Lamb波的对称模态和反对称模态的相速度方程,求解了相应的应力场.通过数值算例分析了偏压电场对相速度和应力场的影响.结果表明,偏压电场对相速度有较大影响,对应力场几乎没有影响.研究成果可为设计磁电换能器提供一定的理论参考.     

功能梯度材料板中Lamb波传播特性研究

对材料性能参数沿厚度连续变化的横观各向同性热应力缓和型功能梯度材料板中Lamb波的传播问题,采用幂级数法,求得其相速度方程.借助数值算例,分析了参数梯度变化对Lamb波频散曲线的影响,并与相应陶瓷板和金属板中的频散曲线进行了对比.进一步研究了参数梯度变化对波结构的影响,揭示了Lamb波在这种非均质板中的传播行为,所得结果可以为功能梯度材料及结构的超声表征与检测提供理论依据.     

功能梯度磁电弹耦合结构中的间隙波

研究了由均匀磁电弹半空间和功能梯度磁电弹层组成的耦合结构中间隙波的传播特性.假定功能梯度层的材料性能沿厚度方向呈指数变化,且其表面机械自由,但承受两种电磁边界条件.首先推导了频散方程,然后结合数值算例分析了功能梯度层材料性能的梯度变化、厚度及电磁边界条件对相速度的影响,结果对功能梯度磁电弹材料在声波器件中的应用具有参考价值.     

多孔材料中应力波的传播

针对多孔泡沫混凝土实验应力应变曲线的基本特点,提出并建立了一种可以考虑孔隙压实过程的材料本构模型及其数学形式。通过典型算例,分析了应力波在多孔材料中传播的耗散效应,指出多孔材料中的孔隙在被压实过程中能有效吸收应力波能量、降低应力波强度,在引起应力波衰减的诸因素中,孔隙压实所起的作用更大更显著。     

板中热弹波传播: 一种改进的勒让德多项式方法

近年来, 超声导波因其衰减小, 传播距离远和信号覆盖范围广, 成为无损检测领域快速发展的方向之一. 然而, 基于超声导波的高温在线检测和激光超声技术却发展缓慢, 其关键在于热弹耦合波动方程求解难度大、传播与衰减特性研究困难. 作为一种有效的求解方法, 勒让德正交多项式方法已广泛应用于导波传播问题, 但该方法在求解热弹导波传播时存在两个不足, 限制其进一步的发展和应用. 这两个缺陷是: (1)求解过程中大量积分的存在, 致使计算效率低下; (2)仅能处理等热边界条件的热弹导波传播. 针对两项不足之处, 提出一种改进的勒让德正交多项式方法, 以求解分数阶热弹板中的导波传播. 推导求解方法中积分的解析表达式, 以提高计算效率; 引入温度梯度展开式, 发展适合勒让德多项式级数的绝热边界条件处理方法. 与已有文献结果对比表明改进方法的正确性; 与已有方法的计算时间对比说明改进方法的高效性. 最后将改进的方法用于求解分数阶热弹板中的导波传播, 研究分数阶次对频散、衰减曲线和应力、位移、温度分布等的影响.     

瞬态波在层合板中传播的粘弹比拟法

本文发展了粘弹比拟理论,并将之用于求解半无限空间三层复合材料在垂直层合方向传播的瞬态波问题。对于层合板中应力波的传播问题,寻找到了一等效粘弹体,并用一种较好的Laplace变换的数值反演法求得了等效松弛函数和其它一些必要的辅助函数。用特征线法求得了等效粘弹体的应力和速度,进而得到了三层复合材料中心的应力、速度,进一步就得到了层中任意点的应力和速度。对于一个可由精确理论(射线理论)给出计算结果的问题,将粘弹比拟理论的结果和射线理论的结果进行了比较,结果表明,粘弹比拟理论对三层复合材料的瞬态波传播问题是相当成功的。     

磁电热弹耦合材料三维多裂纹超奇异积分法

用超奇异积分方程法将多场耦合载荷作用下磁电热弹耦合材料内含任意形状和位置三维多裂纹问题转化为求解一以广义位移间断为未知函数的超奇异积分方程组问题,退化得到内含任意形状平行三维多裂纹问题的超奇异积分方程组;推导出平行三维多裂纹问题的裂纹前沿广义奇异应力场解析表达式、定义了广义(应力、应变能)强度因子和广义能量释放率;应用有限部积分概念及体积力法,为超奇异积分方程组建立了数值求解方法,编制了FORTRAN程序,以平行双裂纹为例,通过典型算例,研究了广义(应力、应变能)强度因子随裂纹位置、裂纹形状及材料参数变化规律,得到裂纹断裂评定准则. 最后,分析了裂纹间干扰、屏蔽作用及其在工程实际中的应用.      

Lamb波在复合材料板中传播的谱有限元模拟

众所周知Lamb波在复合材料中的传播呈各向异性的特点,经典有限元法模拟这类问题效率不高,所以,本文采用谱有限元法进行研究。先建立了一种新的谱有限板单元,该单元以Gauss-Lobatto-Legendre点作为节点,使质量矩阵是对角矩阵;另外,该单元采用了扩展的位移场,能够较好地模拟板结构的三维特性。然后,对复合材料板结构中Lamb波在对称模式与反对称模式下的传播速度进行了求解,将计算结果与Mindlin板谱单元的结果以及三维弹性理论的结果进行了比较,并讨论了Lamb波在反对称层合板中的传播特点。最后,模拟了Lamb波在含和不含损伤复合材料层合板中的传播,数值结果表明所建立的谱有限板单元可以较好地模拟出Lamb波在复合材料板结构中的传播特性。     

周期性加筋板中的波传播特性

本文利用周期性结构的交互变分原理分析加筋板的波传播特性。并引进升阶谱有限元以提高计算精度,验证了该方法在高频区域的有效性。最后,分析了加筋板的长宽比,加筋状态及边界条件对结构波传播的影响。     

VIBRATION CONFINEMENT OF THICKNESS-SHEAR AND THICKNESS-TWIST MODES IN A FUNCTIONALLY GRADED PIEZOELECTRIC PLATE

We analyze shear-horizontal vibrations of a functionally graded piezoelectric plate of polarized ceramics or crystals of 6mm symmetry.The material of the central portion of the plate is different from that of the rest of the plate.It is shown that when the material properties of the central portion and the rest of the plate satisfy certain conditions,there exist trapped thicknessshear and thickness-twist modes whose vibrations are mainly confined within the central portion and decay quickly outside the central portion.The effects of the functionally graded material properties on the behaviors of the trapped modes are examined.     

平板边界层中Tollmien-Schlichting波的共振干涉

本文采用频率分析法对Tollmien Schlichting波(T.-s.波)的共振干涉现象进行实验研究。结果表明,在不稳定的层流边界层的临界层附近测得的功率谱中,T.-s.波的能量集中在一个较窄的频段,其中有一至三个峰值分别对应于中性曲线内侧的T.-s.波的特征频率和最大增长率频率。T.-s.波的共振干涉将各特征分量的能量在它们的亚谐波分量通过中性曲线下支到达最大增长率点的相应R_8范围内传给它们的亚谐频,非特征频率的分量则迅速衰减,共振干涉的多次重复,使边界层逐步湍流化。     

平板湍流边界层底层的不稳定波

湍流边界层底层的相干结构及猝发现象对决定边界层的特性有很重要的意义,但直至现在对相干结构的性质及起因仍不清楚。在本文中,对湍流边界层的底层进行了非线性稳定性分析,发现该处确可产生不稳定波,可能用以说明相干结构的起因。     

THE BEHAVIOR OF TWO COLLINEAR CRACKS IN MAGNETO-ELECTRO-ELASTIC COMPOSITES UNDER ANTI-PLANE SHEAR STRESS LOADING

In this paper, the behavior of two collinear cracks in magneto-electro-elastic composite material under anti-plane shear stress loading is studied by the Schmidt method for permeable electric boundary conditions. By using the Fourier transform, the problem can be solved with a set of triple integral equations in which the unknown variable is the jump of displacements across the crack surfaces. In solving the triple integral equations, the unknown variable is expanded in a series of Jacobi polynomials. Numerical solutions are obtained. It is shown that the stress field is independent of the electric field and the magnetic flux.     

GAS WAVE IN FUNCTIONALLY GRADED MAGNETO-ELECTRO-ELASTIC COUPLED STRUCTURE

研究了由均匀磁电弹半空间和功能梯度磁电弹层组成的耦合结构中间隙波的传播特性.假定功能梯度层的材料性能沿厚度方向呈指数变化,且其表面机械自由,但承受两种电磁边界条件.首先推导了频散方程,然后结合数值算例分析了功能梯度层材料性能的梯度变化、厚度及电磁边界条件对相速度的影响,结果对功能梯度磁电弹材料在声波器件中的应用具有参考价值.     

THE EFFECT OF BILINEAR BEHAVIOUR ON THE DIRECTION AND MAGNITUDE OF THE PEELING MOMENT IN A BI-MATERIAL BEAM

In this work a bi-material beam exhibiting partly bilinear behaviour under a uniform temperature change is analyzed. The essence of solution is based on the approach of Timoshenko’s mechanics of materials. The main aim of the present analysis is to understand the effect of the bilinear behaviour on the peeling moment. This theoretical mechanics model mentioned here can give us useful insights to improve the resistance against the delamination.     

基于带状单元法的电磁弹性多层板复频散特性分析

超声波在弹性介质中传播时理论上可以分为传播、非传播及衰减模式,且分别与实、虚及复波数相对应,可用复频散特性来进行描述.这一性质在电磁弹性多层板结构中同样存在.该文利用带状单元法对其进行了分析和计算.首先,利用能量守恒定律并结合介质的本构方程、平衡方程及相应边界条件构建了结构的带状单元模型,然后利用该模型获得了电磁弹性多层板的频散方程,最后以一个由压电材料BaTiO3和压磁材料CoFe2O4构成的三层板为数值分析对象,给出了波在其中传播时的复频散特性,并利用计算结果证明了当前相关文献中材料常数引用的不合理性.     

TRANSIENT-STATE RESPONSE OF WAVE PROPAGATION IN MAGNETO-ELECTRO-ELASTIC SQUARE COLUMN

This is a continued work in studying the wave propagation in a magneto-electroelastic square column （MEESC）. Based on the analytic dispersive equation, group velocity equation and steady-state response obtained in our previous paper ＇Steady-state response of the wave propagation in a magneto-electro-elastic square column＇ published in CME, the dynamical behavior of MEESC was studied in this paper. The unlimited column is an open system. The transientstate response in the open system subjected by arbitrary external fields was derived when the propagating wave pursuing method was introduced.     

梁中复合应力波的传播

采用有限差分法讨论了梁中复合应力波的传播．给出了粘塑性悬臂梁当自由端受突加弯矩载荷作用时梁内复合应力波传播的基本图象。指出，在冲击早期响应阶段．截面横向转动惯性效应起着重要作用，是不可忽视的。标志弹塑性边界的塑性效，一开始由自由端向固定端运动，但在反射卸载波的迎面作用下，会出现回退现象。在波动早期阶段，固定端主要处于弹性变形状态。此外，还对弹塑性梁中复合应力波的控制方程进行了必要的讨论。