Transient analysis on surface heated piezoelectric semiconductor plate lying on rigid substrate

Based on the thermo-electro-elastic coupling theory, the mathematical model for a surface heated piezoelectric semiconductor (PS) plate is developed in the time domain. Applying the direct and inverse Laplace transformations to the established model, the mechanical and electrical responses are investigated. The comparison between the analytical solution and the finite element method (FEM) is conducted, which illustrates the validity of the derivation. The calculated results show that the maximum values of the mechanical and electrical fields appear at the heating surface. Importantly, the perturbation carriers tend to concentrate in the zone near the heating surface under the given boundary conditions. It can also be observed that the heating induced elastic wave leads to jumps for the electric potential and perturbation carrier density at the wavefront. When the thermal relaxation time is introduced, all the field quantities become smaller because of the thermal lagging effect. Meanwhile, it can be found that the thermal relaxation time can describe the smooth variation at the jump position. Besides, for a plate with P-N junction, the effect of the interface position on the electrical response is studied. The effects of the initial carrier density on the electrical properties are discussed in detail. The conclusions in this article can be the guidance for the design of PS devices serving in thermal environment.     

水下超声速细长锥型射弹超空泡形态的计算方法

采用理想可压缩流体无旋定常流动以及超空泡尾部Riabushinsky闭合方式假定,基于细长体理论和匹配渐近展开法,建立了描述水下超声速条件下细长锥型射弹超空泡流动的积分微分方程.求解得到了考虑压缩性影响的超空泡形态二阶近似解,改进了超空泡形态的计算精度.分析了超声速射弹高速冲击条件下流体压缩性对超空泡形态的影响.流体压...     

弹性大变形问题中的应力状态描述、奇异性问题和余能原理

对弹性大变形理论中的3方面问题进行了综述.首先,对各种应变度量的共轭应力进行综述.大变形问题引起的应力状态描述的复杂性引起了许多学者的兴趣,对这个问题的研究也促进了大变形弹性理论的发展.在各种特定问题中,人们提出了不同的应力张量来描述应力状态,如Caucby应力张量、第一类和第一二类Piola-Kirchhoff应力张...     

混凝土静态力学性能的细观力学方法述评

混凝土力学特性是大坝、海洋平台等工程结构抗震设计及仿真分析的前提条件之一,也是目前研究的薄弱环节. 混凝土是一种典型的非均质材料,其宏观力学特性由细观组成来决定.本文总结了目前研究混凝土宏观力学特性的细观力学分析方法,细观有限元法及理论分析法; 阐述了界面过渡区(ITZ)对混凝土性能的影响,简单介绍了混凝土界面过渡区问题的研究现状;介绍了作者提出的混凝土宏观力学性能研究的细观单元等效化分析方法.最后对其未来发展的一些方向和有待进一步研究的问题作了总结.      

结构动力响应精细时程法的一种并行算法

结构动力响应精细时程法的并行算法分为两类：基于特解的并行算法和基于直接积分法的并行算法;后者因为不需知道荷载的具体形式而更具应用价值。精细时程法的时程积分由齐次方程的通解和非齐次项的积分构成,基于直接积分法的并行算法很好地并行了非齐次项的积分,而对通解项采用串行计算。设计了一种不均衡步数的负载分配策略,能够减少处理器等待自身初值的时间,相对均衡步数的分配策略,能够获得更高的加速比,给出了相应的证明和算例验证。     

基于连续小波变换的风速时程特性识别与分析

由于风速时程属于频域宽和频率变化剧烈的时变信号,需用具有良好时频局部化特性和弹性时．频窗口的小波变换进行分析。本文的目的是在风速时程的描述上较全面地了解风速的时频特性。利用小波分析方法在时域和频域的良好局部化性质,聚焦到风速时程的任意细节并加以分析,快速、准确地提取样本的局部谱密度特征,特别是对在整个时程记录中,具有相同功率谱但时频内容有差别的风速时程。用小波变换分析试验得到的风速时程,并研究和识别试验得到的曲线和实测风速曲线的时频特性、能量关系和局部谱密度特征。     

滚压强化的残余应力的数值仿真及工艺分析

表面滚压强化,由于在表层引起加工硬化和残余压应力,可以十分有效地提高构件、零件疲劳强度,而滚压强化的有限元数值仿真,将成为分析优化滚压强化工艺的重要手段.本文建立了连续多、圈滚压工艺的有限元数值仿真模型,获得了比较合理的滚压变形与残余应力结果.在此基础上对滚压工艺做了进一步分析.结果表明,滚压变形的进给量太大.滚压的转速太快都容易造成工件表层残余应力分布的不均匀甚至形成残余拉应力;在滚压与未滚压的过度区域,从表面到心部的近1mm范围内,均未出现人们通常所担心的残余拉应力.这将在工程生产实践中,为滚压工艺制订提供重要的依据.     

非稳态载荷下轮轨滚动接触及其钢轨波磨研究

利用有限元法,考虑材料反复滚压条件下棘轮效应和局部滑动的影响,研究了非稳态机车和车辆车轮载荷作用下轮轨滚动接触的弹塑性应力、应变和变形,进而分析了塑性流动型钢轨波浪形磨损的形成和发展过程以及波谷和波峰处材料的力学行为.结果表明:在非稳态载荷作用下,钢轨接触表面产生不均匀塑性变形引起的波磨,波磨发展速率呈衰减趋势,最终趋于稳定状态;在相同载荷下,与车辆车轮相比,机车车轮对钢轨波磨影响较大;波谷处的残余应力、应变和变形大于波峰处.     

地下水位上升下黄土斜坡稳定性分析

黄土高原一些地区,由于塬上引水灌溉使得地下水位不断抬升,造成黄土滑坡频繁发生。地下水位变化严重影响着黄土斜坡的稳定性。基于饱和-非饱和渗流理论和延伸的摩尔-库伦破坏准则,结合室内饱和和非饱和试验结果,针对泾阳南塬一典型黄土斜坡,考虑地下水位上升情况下,对其进行了瞬态饱和-非饱和渗流分析;然后将计算得到的瞬态孔隙水压力分布用于斜坡的极限平衡分析。结果表明:地下水位上升对暂态渗流场和斜坡稳定性有明显影响;考虑非饱和渗流和吸力强度的边坡稳定分析方法更加符合实际情况。     

关于材料力学中小变形问题的讨论

着重讨论了材料力学中小变形假设下采用原尺寸原理和以直代曲方法所引起的相对误差,得出小变形假设的适用范围. 主要通过对称结构、非对称结构和超静定对称结构,分析应用原尺寸原理所得的结果与根据实际变形计算的结果之区别,得出小变形的定义是个相对的概念,与结构的初始角度和允许的应变有关;小变形假设的适用范围是由工程中的允许误差来确定的.