弹性模量受温度影响有限长杆的广义热弹耦合问题

应用Lord和Shulman（L-S）广义热弹性理论,研究了材料特性参数随温度线性变化的两端固定杆受移动热源作用时的热弹动态响应．计算得到了杆内温度及位移的分布规律,分析了移动热源速度、弹性模量以及热松弛时间对温度和位移的影响．从分布图上可以观察到,温度及位移随移动热源速度的增大而减小,随温度变化的弹性模量对位移有显著的影响,而对温度几乎没有影响;无量纲温度、位移的峰值随热松弛时间的增加而增大。     

温度相关中空柱的分数阶电磁热弹问题研究

基于分数阶广义热弹性理论,研究了材料特性参数与温度相关的无限长中空柱体的广义电磁热弹耦合问题的动态响应。中空柱体初始置于一恒定磁场中,内表面受热冲击作用。给出了介质的Maxwell电磁方程组及分数阶广义热弹性理论下电磁热弹耦合的控制方程。借助拉普拉斯变换及其数值反变换对控制方程进行了求解,得到了无量纲的温度、位移、应力及感应的电磁场等的数值解。计算结果表明,分数阶参数对温度、径向应力、环向应力、感应的电场和感应的磁场影响较大,对位移影响较小。温度相关性参数的增大,会导致各变量绝对值幅度的减小。     

分数阶热弹理论下温度依赖材料特性问题研究

基于Youssef提出的分数阶广义热弹理论,研究材料特性随温度变化的含有球腔无限大体边界受热冲击的动态响应。借助拉普拉斯变换及其数值反变换技术,得到了模型的无量纲温度,位移以及应力的变化趋势。结果表明:当材料特性参数随温度变化时,热波传播距离在减小,无量纲温度、位移以及应力受到显著影响。     

特性参数与温度相关的二维广义热弹问题的动态响应

基于Green-Lindsay广义热弹性理论,研究了材料特性参数与温度相关、受热冲击作用的半无限大体的二维热弹动态响应问题。采用了有限元法,对得到的非线性有限元方程在时域中进行了直接求解,得到了无量纲的温度、位移、应力等物理量的分布规律。结果表明:各物理量的幅值随时间的增大而增大,且其非零值仅处在一个有限的区间内;与温度相关的特性参数对各物理量有显著影响,体现在各物理量的幅值随之降低。     

材料特性参数随温度变化的球腔广义热弹问题

根据分数阶广义热弹性理论,研究了与温度相关的球形空腔无限大体受到的热冲击动态响应、弹性模量和热传导率为温度的线性函数。基于分数阶热弹性理论的控制方程式通过拉普拉斯变换进行求解,得到了无量纲的温度、位移、环向应力和径向应力的分布规律。重点分析温度相关参数对所考虑物理量的影响。分析结果表明:分数阶参数对所涉及到的物理量都有不同程度的影响,温度相关参数对各物理量的幅值都有不同程度的降低影响。     

细陶瓷棒的脉冲热流波动传播行为

用脉冲激光模拟微小圆柱陶瓷棒的脉冲内热源情形,实验研究了脉冲内热源对圆柱陶瓷端面温度场变化施加的影响.实验发现,陶瓷棒端面存在温度波动等非傅里叶导热现象.并且用存在内热源项的双曲导热控制方程和热量波动传播理论解释并定性地模拟了这种非傅里叶导热过程,得到了热流波动传播的实验证据.实验与理论计算结果表明,热弛豫时间τ对微小空间尺度下非均质材料的急速传热过程起着主导作用.     

温度影响下转动变截面纳米梁的自由振动分析

基于Euler-Bernoulli梁理论,利用Eringen非局部弹性原理推导得到温度影响下转动变截面纳米梁自由振动的控制微分方程并进行无量纲化,采用微分变换法(DTM)对无量纲控制方程及其边界条件进行变换,计算了温度影响下转动变截面纳米梁在两端夹紧-简支和夹紧-自由两种边界条件下横向自由振动的无量纲固有频率。再将控制微分方程分别退化到无转动的纳米梁和转动的悬臂梁,求解了梁在一端夹紧一端自由边界条件下自由振动的无量纲固有频率,并将得到的结果与现有文献作了比较,证明DTM对求解该问题的有效性。最后考虑不同无量纲升温、无量纲轮毂半径、非局部纳米参数、无量纲转速和截面变化系数对于纳米梁自振频率的影响。     

拉压弹性模量不等材料杆的过屈曲分析

基于杆的过屈曲问题,考虑拉压弹性模量不等材料,建立位移形式的过屈曲控制方程.通过对压应力区和拉应力区的应力分析,推导内力和变形的物理关系,考虑非线性变形,研究拉压性能不同杆的过屈曲平衡路径.通过具体问题的数值结果,分析拉压弹性模量不等材料杆的过屈曲问题的力学特征.     

形状记忆合金悬臂梁变形特性分析

基于梁的弯曲变形理论,建立了形状记忆合金梁的非线性控制方程,研究了拉压不对称系数对悬臂梁在集中载荷作用下的非线性变形的影响,分析得出相变各阶段梁截面应力分布,自由端的挠度以及相边界变化情况。结果显示,拉压不对称系数越大,中性层位移越大且最大值越靠近固定端;拉压不对称系数对受压侧相边界影响大于受拉侧;随着载荷增加,相边界整体向自由端移动且移动越来越慢。     

具有尺度效应的双变量非线性梁的后屈曲分析

基于双变量变形理论,通过引入非线性项,建立了双变量变形梁的非线性后屈曲模型。在哈密尔顿原理的基础上,考虑偶应力理论和表面弹性理论及冯卡门非线性应变,推导了双变量梁后曲屈的非线性微分控制方程和边界条件。进而将归一化的控制方程及边界条件通过微分求积法及牛顿迭代法求解了不同边界条件下的后曲屈行为。对比了偶应力理论及弹性理论对微梁后屈曲行为的影响,研究了梁的厚度、长厚比及边界条件对双变量梁的后屈曲行为的影响。从而验证了偶应力和表面效应使得后屈曲路径变化。该模型得到了长厚比不同屈曲荷载变化的速率不同的结论。     

不同移动载荷速度下简支桥梁的变形及振动响应研究

利用奇异函数,基于梁挠曲线近似微分方程及横向强迫振动的微分方程,分别利用积分法及分离变量法推导出移动载荷作用下简支桥梁的弯曲变形方程及振动响应方程。应用Mathcad软件,研究不同移动载荷速度对简支梁静、动态变形的影响规律。结果表明:随移动载荷速度的增加,在相同时间内,简支梁的最大挠度和最大振动位移先增大后减小,呈近似抛物线规律分布;对于简支梁的给定截面,其最大静挠度不随载荷移动速度的改变而变化,但达到最大挠度所需的时间随着载荷移动速度的增大而减少;移动载荷速度一定时,简支梁不同截面最大挠度值随载荷的移动方向呈先增大后减小的趋势。     

粘弹—粘塑相似性的一个非线性原理

根据蠕变试验结果,我们发现某些粘弹性材料的特性在下述意义上相似于热流变性简单材料的特性:相应于不同应力的蠕变函数对数与时间对数的曲线具有相同的形式,而它们都是主曲线的移位。其次,为进一步描述热流变性简单材料的各向异性特性,依照内变量理论,本文采用了一个映射应力张量代替各向同性蠕变势中的真实应力张量。根据Betten蠕变势理论是基于最大耗散率原理.从而,按照涉及蠕变条件的著名Lagrange方法,可以得到各向异性热流变简单材料的流变法则。本文从这一流变法则导出本构方程。这里,“各向异性”的意义是指“包括损伤”,即“包括分布缺陷”.文中发展的理论是建立在内蕴时间概念上的,这一内蕴时间是取为应力张量的函数,从而可将它视为材料函数。通过内蕴时间理论的热力学分析,我们发现若能恰当地定义内蕴时间,使得广义内耗(Hemholz自由能对内变量的偏导数)正比于相应内变量对内蕴时间的变化率,则所研究的各向异性热流变简单材料(即考虑损伤的热粘塑性材料)的本构方程形式就与广义内耗正比于相应内变量速率的粘弹性材料的本构方程形式完全一样。这样,类似于线性范围内的弹-粘弹对应性原理的概念,本文建立了非线性的粘弹-粘塑相似性理论。这一成果大大有利于裂隙流变性材料中裂纹扩展过程的研究,从而充实了流变断裂学的内容。     

球形抗震支座优化设计

通过有限元方法对球形抗震支座进行结构优化设计,在给定位移和力的边界条件下,求得结构的位移及应力响应值,以质量为目标函数,各部件厚度为设计变量,结构最大应力为状态变量进行优化,目标是在质量最小的基础上,使其应力分布更加均匀合理。通过优化设计,不仅改善了支座应力集中状况,同时减轻了结构质量并减少了材料浪费,提高了支座的可靠性和安全性。     

正交各向异性功能梯度材料周期裂纹问题研究

研究了正交各向异性功能梯度材料含平行周期裂纹的平面 I 型和 II 型断裂问题. 考虑正交各向异性的主轴方向分别为平行和垂直于带的边界, 运用 Fourier 变换, 将混合边值问题的求解转化为求解第一类 Cauchy 奇异积分方程, 获得了周期裂纹尖端应力场. 结果显示了非均匀材料参数, 材料力学性质和裂纹间距对应力强度因子的影响,对功能梯度材料的设计及应用有参考价值.     

正交各向异性功能梯度材料周期裂纹问题研究

研究了正交各向异性功能梯度材料含平行周期裂纹的平面I型和II型断裂问题.考虑正交各向异性的主轴方向分别为平行和垂直于带的边界,运用Fourier变换,将混合边值问题的求解转化为求解第一类Cauchy奇异积分方程,获得了周期裂纹尖端应力场.结果显示了非均匀材料参数,材料力学性质和裂纹间距对应力强度因子的影响,对功能梯度材料的设计及应用有参考价值.     

旋转压电体的广义压电热弹耦合问题的有限元法

基于具有2个热松弛时间的Green和Lindsay(G-L)广义热弹性理论,研究了无限大旋转厚压电板在上下表面受到条带状热冲击时的广义压电热弹性问题.为避免采用积分变换法求解带来精度降低问题,采用有限元法在时间域内对控制方程直接进行求解,得到了压电板在热冲击作用下的无量纲温度、无量纲位移、无量纲应力及无量纲电势等的变化...     

激光焊接金刚石锯片温度场模拟分析

根据金刚石锯片结构及激光焊接特点,本文建立了基于高斯面热源与体热源组合的面-体移动热源模型。同时,对不同厚度、不同材料的金刚石锯片进行了复合热源焊接温度场的模拟,并得出激光焊接参数对温度场的影响规律,通过对熔池截面的分析,初步优化焊接参数。     

论流变断裂学的理论基础Ⅱ——粘弹正交各向异性和裂纹尖端弹粘塑性衰坏区

在本文,假设材料对于因裂纹扩展而发生的应力和应变变化是线粘弹性的。应用Sobotka的二维流变模型,推导出由材料非匀质性引起的具有流变效应的非对称剪切形变本构方程。其次,建立了粘弹性裂纹体裂纹尖端衰坏区弹粘塑性边界值问题的解的变分法。衰坏区的粘塑特性取决于局部粘塑性势,此局部粘塑性势确立了广义塑性应变率与广义应力间的关系。提出了容许应力历史空间内广义应力场的几何结构。这种结构直接包含广义应力历史的极值原理。这里,用广义应力和应变历史列出了边界值问题的公式,并给出解的存在的充要条件。     

非局部断裂与尺寸效应

根据流变断裂学的理论和方法,结合非局部场理论和不可逆热力学,对裂纹扩展过程中的变形、热力平衡、热流变响应以及断裂的尺寸效应进行了探讨.由于变形的非协调性.以及裂纹扩展过程中新表面的产生,导致体积与表面物理量的相互转换,而使局部化假设失效,文中导出了一组更为广泛的描述裂纹扩展过程的局部热力平衡方程以及相应的边界条件,本文将断裂作为变形的极限行为,首次将它引入本构方程,把裂纹扩展表面能作为本构变量,给出了裂纹扩展对热流变响应的影响的一般形式,进一步揭示了Griffith表面能的本质和断裂的不可逆性,从而把流变与断裂在不可逆热力学基础上更紧密地结合起来了。最后,从一般的角度研究了断裂的尺寸效应,并指出非均质是产生尺寸效应的重要原因之一。     

裂纹扩展过程中裂尖塑性流变区温度场的理论和实验研究

本文根据流变断裂学理论,结合非平衡态热力学,对裂纹扩展过程中裂尖塑性流变区由于内耗热而形成的温度场,进行了理论和实验研究。在理论上分析了材料内部的不可逆变化及熵产生、熵流等内耗机制,得到内耗热源函数,指出裂尖温度场的成因,从而进一步得到控制温度场分布和变化的热传导方程。在讨论内耗对裂纹扩展的影响时,我们推出耗散型能量守恒方程的微分和积分形式以及裂纹扩展的耗散型控制方程。在实验研究中,我们测定了裂尖区的温度场,从而验证了本文的理论,指出经典断裂力学的不足。