单侧摩擦约束夹杂物的瞬态弹性波散射的时域边界元分析--反平面情况

应用时域边界元法研究了瞬态SH波对单侧摩擦约束夹杂物的散射问题，假设摩擦遵守库仑定量，当入射SH波足够强时界面会出现局部滑移，发现了一种有效的迭代技术以确定边界上的未知区域（滑移和粘着区）。算例计算了无限域中圆柱埋置夹杂物对瞬态SH波的散射问题。     

MULTIPLE SCATTERING AND DYNAMIC STRESS ANALYSIS OF ELASTIC WAVES IN A FIBER—REINFORCED COMPOSITE WITH INTERFACES

Based on the theory of elastic dynamics, multiple scattering of elastic waves and dynamic stress concentrations in fiber-reinforced composite are studied. The analytical expressions of elastic waves in different regions are presented. The mode coefficients of elastic waves are determined in accordance with the continuous conditions of displacement and stress on the boundary of the multi-interfaces. By using the addition theorem of Hankel functions, the formula of scattered wave fields in different local coordinates are transformed into those in one local coordinate to determine the unknown coefficients and dynamic stress concentration factors (DSCFs). The influences of the distance between two inclusions, material properties and structural size on the DSCFs near the interfaces are analyzed. As examples, the numerical results of DSCFs near the interfaces for two kinds of fiber-reinforced composites are presented and discussed. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (19972018)     

ANALYSIS ON ACOUSTICAL SCATTERING BY A CRACKED ELASTIC STRUCTURE

The acoustical scattering by a cracked elastic structure is studied. The mixed method of boundary element and fractal finite element is adopted to solve the cracked structure-acoustic coupling problem. The fractal two-level finite element method is employed for the cracked structure, which can reduce the degree of freedoms (DOFs) greatly, and the boundary element method is used for the exterior acoustic field which can automatically satisfy Sommerfeld‘s radiation condition. Numerical examples show that the resonance frequency is lower with the crack‘s depth increase, and that the effect on the acoustical field by the crack is particularly pronounced in the vicinity of the crack tip. This mixed method of boundary element and finite element is effective in solving the scattering problem by a cracked structure.     

浅埋的圆柱形孔洞对SH波的散射与地震动

研究了浅埋的圆柱形孔洞对以任意方向入射的平面SH波的散射与地震动问题。利用复变函数和多极坐标方法构造了问题的位移解。当入射波的波长与圆孔的半径相比较小时,地震动将受到较大的影响。影响地震动有三个主要参数:(1)SH波的入射角0;(2)入射波波数,即圆柱形孔洞的半径与入射波半波长之比;(3)h/R,即圆柱形孔洞至表面的距离与圆孔半径之比。当较大时,地震动幅值变化激烈,位移幅值可出现跳动和放大的现象。当h/R增大至10～12时,位移幅值变化恢复至半空间的情况,表明圆柱形孔洞的影响可被忽略。     

三维间断位移法及强奇异和超奇异积分的处理方法

从积分方程Somigliana等式出发,导出三维状态下单位位错集度的基本解.在此基础上,建立了边界积分方程,并给出了其离散形式.对强奇异和超奇异积分,采用了Hadamard定义的有限部分积分来处理.最后,给出了计算裂纹应力强度因子的算例,并与解析解进行了比较,证实了该方法的有效性.     

强爆炸冲击波作用下天线结构的离散变量优化设计

首先建立了强爆炸冲击波作用下天线结构受精度和应力约束的连续变量优化设计数学模型 ;其次 ,根据材料特点 ,将设计变量取为离散变量 ,提出了天线结构在强爆炸冲击波作用下受精度和应力约束的离散变量优化设计数学模型。采用离散变量优化算法离散复合形法 ,对强爆炸冲击波作用下的 8m天线进行了优化计算。结果表明 ,经优化设计后 ,天线重量仅为初始重量的 4 0 %。     

求解二维结构-声耦合问题的一种半数值半解析方法

基于传递矩阵法和虚拟源强模拟技术提出了一种求解在谐激励作用下二维结构-声相互作用问题的半数值半解析法．在足够小的积分步长内，文中对任意形状弹性环沿周向曲线坐标的非齐次状态微分方程组，建立了一种齐次扩容方法．对于外声场，采用多圆形虚拟源强配置方案。并在每一条圆形配置曲线上将源强密度函数用Fourier级数展开，同时结合快速Fourier变换法，提出了一种高精度、高效率求解任意形状二维孔穴Helmholtz外问题的快速算法．在耦合方程的求解方面，根据叠加原理，将外激励和虚拟源强的Fourier级数展开项作为广义力分别作用在弹性环上，借助齐次扩容方法和精细积分法求得弹性环的状态向量，再利用流固交接条件和最小二乘法直接建立了耦合系统的求解方程．文中给出了二个典型弹性环在集中谐激励力作用下声辐射算例，计算结果表明该文方法较通常采用的混合FE-BE法更为有效．     

二维直角平面内固定圆形夹杂对稳态入射反平面剪切波的散射

利用复变函数法、多极坐标及傅立叶级数展开技术求解了二维直角平面内固定圆形夹杂对稳态入射反平面剪切（shearing horizontal, SH）波的散射问题。首先构造出介质内不存在夹杂时的入射波场和反射波场,然后建立介质内存在夹杂时由夹杂边界产生的能够自动满足直角边应力自由条件的散射波解，从而利用叠加原理写出介质内的总波场。利用夹杂边界处位移条件和傅立叶级数展开方法列出求解散射波中未知系数的无穷代数方程组，在满足计算精度的前提下通过有限项截断，得到相应有限代数方程组的解，最后通过算例具体讨论了二维直角平面水平边界点的位移幅度比和相位随量纲一波数、入射波入射角及夹杂位置的不同而变化的情况，结果表明了算法的有效实用性。     

尖端具有吸附性接触的界面裂纹对瞬态弹性波作用下的动态响应

建立并研究一类接触型界面裂纹模型对瞬态弹性波作用下的动态响应问题。文中利用积分变换和积分方程法推导了确定这类问题的奇异积分方程组。采用围道积分技术和切比雪夫多项式展开技术，得到了待定系数的非线性代数方程组。最后给出了裂纹尖端接触区大小和接触应力随时间变化的数值结果，揭示了这种接触裂纹的动力学特性及物理上的合理性。     

含孔软铁磁材料Mindlin板中弹性波散射问题

基于考虑磁弹相互作用的Mindlin板弯曲波动方程，采用波函数展开法，分析研究 了含孔软铁磁材料Mindlin板中弹性波散射与动应力集中问题，给出了问题的分析 解和数值算例. 通过分析发现：磁感应强度对动弯矩集中系数和动剪力集中系数有 增加的作用，特别是在低频的情况下.