任意厚度叠层圆柱壳动力响应的状态变量法

基于三维弹性力学基本方程,通过引入状态空间理论,建立了叠层闭口柱壳在任意荷载作用下的状态方程,并给出在简谐荷载作用下动力响应问题的解析解。此解满足所有边界条件和层间连续条件,适合任意厚跨比。由于状态方程中的诸力学量正好是叠层壳的层间必须协调的应力和位移诸量,因此该文方法便于求解叠层结构。算例表明,利用该文方法可以方便地进行动力响应分析。     

具有固支边横观各向同性叠层地基板的三维解

抛弃任何有关位移或应力模式的人为假定,引入δ－函数,导出具有固支边横观各向同性叠层地基板在任意荷载作用下的状态方程。给出薄的、中厚的强厚的叠层地基板的精确解。其解满足弹性力学的所有方程,并计及每一叠层的5个弹性常数。可求出层间和板内任意处的位移和应力分量以及地基反力。     

复合材料叠层圆柱壳体的弹性理论解

本文采用三维各向异性弹性理论直接求解纤维增强的复合材料叠层圆柱壳体在轴向载荷作用下的位移场和应力场.所得结果对纤维增强叠层圆柱壳体的可靠性设计和强度破坏的分析有一定的实用价值。     

计及层间水的水下双层圆柱壳声振特性研究

建立了计及层间水的水下双层圆柱壳声振模型.基于精细积分法,获取内外壳的场传递矩阵,采用两种思路推导了环形板的点传递矩阵,分别提出了外流场和层间水的声压近似表达式,组装得到计及层间水的水下双层圆柱壳声振耦合方程,并考虑了内外壳两端弹性边界的影响,结合内外壳和外流场及层间水的声固耦合作用,实现计及层间水的水下双层圆柱壳振动和水下辐射声场解.将理论值与模型试验结果进行对比,验证了该双层圆柱壳声振模型的可靠性和有效性,并分析了四类约束刚度对水下双层圆壳声振特性的影响规律.结果表明:弹性约束位置对于高阶模态的固有频率影响比低阶模态大;水下双层圆柱壳约束边界的轴向刚度、周向刚度和径向刚度对水下辐射噪声均较大.     

压磁压电层合复合材料圆柱壳表面局部分层屈曲

摘要：
基于复合材料层合壳理论,利用压磁压电纤维材料的本构关系,考虑在温度和电场、磁场作用下,推导含压磁压电材料的局部非对称分层子层壳的总势能及屈曲控制方程.分析子层屈曲时,考虑了面内横向位移.通过对不同铺层形式的计算,给出了温度、电场、磁场荷载作用下,压磁压电复合材料层壳的几何参数、物理参数对任意方向椭圆形的局部分层屈曲临界应变值的影响规律. 关键词：
压磁压电复合材料; 复合材料层合圆柱壳; 局部分层屈曲; 温度载荷; 电场强度; 磁场强度; 临界应变 中图分类号： O 341
文献标志码： A     

径向水平井造斜器内钻杆的弯曲状态分析

分析了连续管钻杆弯曲状态的各种影响因素及影响程度。结果表明 ,由于连续管材料变形强化度低 ,钻杆塑性变形有限 ,在分析钻杆反复弯曲应力状态时 ,可不考虑强化和塑性变形的面积效应。采用弹性刚塑性材料模型及平面应力假设 ,建立了内压作用下钻杆弹性层与曲率的关系以及钻杆的极限弯矩、应变中性层与轴向力、内压的关系。分析结果表明 ,钻杆弯曲主体的中性层随弯曲曲率的变化很小 ,但内压和轴向力对中性层的位置有明显影响 ;在内压和沿程阻力作用下 ,钻杆的弯曲表现为横截面变形的压弯特征和轴向弯曲的拉弯特征。这为控制钻杆的截面变形和设计造斜器滑道提供了理论基础。     

热机载荷下形状记忆合金梁超静定问题分析

基于梁的弯曲变形理论及形状记忆合金材料的应力-应变关系,在考虑形状记忆合金材料相变临界应力与临界温度关系的情况下,分析了形状记忆合金超静定梁在非纯弯曲条件下的非线性力学行为.为了直观描述梁在拉压两侧相变的不对称性,引入拉压不对称系数,分析了各相变阶段横截面上的应力分布,通过求解平衡方程,得到了横截面中性轴位移、曲率以及相边界沿轴向的变化情况.结果表明:随着温度的升高,曲率减小;相边界不对称性越明显;中性轴最大位移在梁上的位置随之改变,且最大位移值不变.     

含脱层层合简支梁的屈曲模态

基于二维弹性力学理论,研究在轴向荷载作用下含脱层层合简支梁的屈曲模态.由位移法求得各单层梁受均布轴压时的弹性力学解,采用配点法联合各层得到整个系统的解.在层间界面上取与级数项数相等的点,将各点处的界面方程与梁上下表面的边界方程联立求解,得到屈曲临界载荷,返回特征方程得到梁的屈曲模态.研究了脱层界面的接触问题,在脱层处的每个配点上分别使用界面接触和界面自由模型进行计算,分析各配点处脱层表面竖向位移及法向应力的状态,迭代求得真实解.算例分析了不同脱层尺寸和脱层位置对层合梁屈曲模态的影响,并考虑了脱层间的接触.
     

径向水平井造斜器内钻杆的弯曲状态分析

分析了连续管钻杆弯曲状态的各种影响因素及影响程度，结果表明，由于连续管材料变形强化度低，钻杆塑性变形有限，在分析钻杆反复弯曲应力状态时，可不考虑强化和塑性变形的面积效应，采用弹性－刚塑性材料模型及平面应力假设，建立了内压作用下钻杆弹性层与曲率的关系以及钻杆的极限弯矩，应变中性层与轴向力，内压的关系。分别结果表明，钻杆弯曲主体的中性层随弯曲曲率的变化很小，但内压和轴向力对中性层的位置有明显影响，在内压和沿程阻力作用下，钻杆的弯曲表现为横截面变形的压弯特征和轴向弯曲的拉弯特征，这为控制钻杆的截面变形和设计造斜器滑道提供了理论基础。     

任意形状隧道围岩应力与位移的解析延拓求解

考虑隧道断面开挖轮廓线为任意不规则形状的情况,基于复变函数方法中的解析延拓法对弹性半无限空间内隧道的围岩应力与位移进行求解,建立了任意形状隧道围岩中任意一点处的应力值和位移值的隐式解析表达式。然后以圆形断面隧道作为特例,同时考虑隧道衬砌等内支撑法向反力作用的影响,求解出弹性半空间内任意一点处的应力值和位移值解析解的具体显式表达式,其中假设隧道埋深与隧道直径之比较大,从而不用考虑重力梯度的影响,将重力简化为作用在边界上的均布外荷载。最后与已有的非均匀受压圆断面水平巷道围岩的应力和位移解公式进行对比,证明了该方法的准确性。该求解方法拓展了解析延拓法的应用,并能快捷地评估任意断面形状隧道开挖中的围岩应力状态及位移变形情况。     

循环加卸载下饱和岩石变形破坏的损伤与能量分析

以中关铁矿深部饱水闪长岩单轴循环加卸载的室内力学试验结果为基础,结合线弹性损伤力学理论,针对饱和岩石在单轴循环加卸载作用下的变形、损伤及能耗特性进行了研究.结果表明:每一级加载与卸载过程的应力-应变曲线均呈内凹形,随着循环次数及应力水平的增加,塑性滞回曲线向应变增大的方向移动,且应变中不可恢复的变形逐渐减小;轴向应变、横向应变和体应变的绝对损伤参数与累积损伤参数均随循环次数及应力水平的增大而增大,且三者的变化趋势基本一致;能量耗散值与循环的次数近似呈线性关系,后一循环的能耗不等于前几次循环能耗之和.     

混合式基层沥青路面动态响应测试结果特征分析

依托遂广高速公路沥青路面动态响应试验段,进行了系统采集数据的有效性分析,并基于沥青混合料、级配碎石和土体经典力学理论,评价了单后轴和双后轴货车作用下路面结构内部水平应变和竖向力学指标时程曲线的力学基本特征.研究结果表明:移动荷载作用下,沥青层层底纵向应变先后出现压—拉—压循环交变应变,沥青层层底横向应变表现为压—拉两个过程,沥青层层底纵向和横向应变应分别采用应变幅值和拉应变峰值作为路面在荷载作用下实际应变变化值,且沥青层层底横向应变测值受轮胎作用位置影响较大;同时,荷载驶离传感器后,沥青层层底水平应变响应存在明显残余应变,而土基顶面竖向压应力并不存在残余应力;双后轴货车后轴对应的路基顶面竖向压应力和沥青层层底横向应变叠加效应显著高于其他指标.现场试验证实,路面结构动态计算分析中,路基可简化为弹性体,沥青混合料材料应考虑其黏弹性特征,级配碎石过渡层应考虑其永久变形特性.     

基于纤维模型的FRP约束混凝土圆柱本构模型研究

在OpenSees平台上采用纤维模型模拟FRP约束混凝土圆柱的受力性能时需要开发相应的本构模型.基于Jiang和Teng提出的分析型骨架本构模型,将不同峰值应力、应变计算公式的计算结果与试验结果进行比较,选择了更为精确的计算公式,并将其引入该骨架模型.该模型还考虑了箍筋对核心混凝土的约束作用,采用FRP极限环向抗拉应变折减系数得出FRP片材在环向受拉破坏时的极限拉应变.根据是否考虑钢筋的疲劳采用两种不同钢筋本构关系对试件进行模拟.采用该模型不但可以得到构件的轴向应力应变关系,还可以计算横向应变与轴向应力的关系,模拟结果与试验结果吻合较好.     

静水压荷载下功能梯度圆环的弹性屈曲

管道屈曲问题中,结构通常被考虑为平面应力圆环,但若存在轴向位移约束,其状态更接近平面应变圆环的状态.文中从理论上研究静水压作用下平面应力和平面应变功能梯度材料圆环的弹性屈曲问题.假定材料沿厚度方向弹性物性按照幂律分布连续变化,结合一阶剪切变形理论和Kárman几何关系,应用虚位移原理,导出结构的基本平衡方程;采用本征值方法得到了屈曲控制方程和结构屈曲临界荷载的解析解.通过算例比较了平面应力和平面应变状态下结构理论屈曲性能,同时考察了结构径厚比和材料组分参数的影响.结果表明:平面应变功能梯度材料圆环屈曲临界荷载略高于平面应力的结果;当材料组分参数介于0.1至10区间内时,两种圆环的屈曲临界荷载均下降得较为明显.     

柔性结构非线性分析的杆单元有限元法

本文根据非线性弹性理论，采用拉格朗日坐标描述法，在三维整体坐标系下，直接根据应变的定义建立了精确应变的非线性几何关系．从而可以考虑任意次高阶位移的影响，得到了轴向应力应变的直接关系，根据虚功原理推导了杆单元非线性有限元增量方程及切线刚度矩阵，利用Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ法进行了实例计算．结果表明本法精度很高，适合于柔性结构分析、设计时采用．     

冲击载荷下叠层连接材料的建模与计算

叠层连接材料由于其不同层的材料差异使得层间作用力具有不确定性。该文针对叠层连接材料的特点,在复合材料损伤破坏模型基础上,根据小变形弹性理论建立了叠层连接材料的简化单层等效力学模型。为了验证等效力学模型的正确性,将计算结果同Hopkinson压杆实验的结果进行对比,并在此基础上利用实验数据确定等效力学模型计算所需材料参数,采用ANSYS/LS-DYNA有限元计算软件数值模拟计算了筒状壳体在冲击载荷下的动力学响应。研究结果表明:叠层连接材料等效力学模型可以减少计算时间,并保证必要的计算精度,准确地描述叠层连接材料在冲击载荷作用下的力学性能。     

加卸载下原煤力学特性及渗透演化规律

基于自主研发的煤岩热流固耦合试验系统,在考虑实际开采方式的条件下,进行轴压升高和围压降低的加卸载试验,分析研究不同加卸载速率下原煤的力学特性和渗透演化规律.结果表明:加卸载过程中,轴向应力的加载速率越大,峰值应力附近的曲线平台越长,峰值应力、轴向应变和环向应变也越大,体应变则越小.不同加卸载速率比下含瓦斯煤变形模量均先迅速减小后缓慢减小,到破坏时再迅速降低,而后逐渐保持稳定趋势;在相同轴向应变时,加卸载速率比越小,煤样的变形模量越大.加卸载过程中,煤样的偏应力、渗透率与应变的关系可分为三个阶段:初始压密与弹性阶段、屈服破坏阶段和破坏后阶段.加卸载速率比越小,煤样达到峰值应力时,含瓦斯煤的渗透率和体积变形越大.     

分级循环荷载下泥岩和砂岩的阻尼特性试验研究

为研究岩石在不同应力水平循环荷载作用下轴向与径向变形的应力应变滞后关系及径向阻尼比与轴向阻尼比的关系,在MTS815岩石力学试验系统上对饱和泥岩与饱和砂岩进行变幅分级循环荷载试验。研究结果表明:同一岩石在循环荷载作用下的径向滞回环与轴向滞回环形状保持一致;对于砂岩,在加载时应变相位超前于应力相位,在卸载时应变相位滞后于应力相位,由此导致滞回环加卸载段都呈下凸状;对于泥岩,在加载时应变相位同步或滞后于应力相位,在卸载时应变相位滞后于应力相位。应力幅值不变时,随着循环次数的增加,阻尼比趋向于稳定,应力幅值越大,阻尼比越大。泥岩的阻尼比大于砂岩的阻尼比,泥岩和砂岩的径向阻尼比都大于轴向阻尼比,且在循环加载的初始阶段,泥岩和砂岩的径向阻尼比增长速率较快。随着径向应变与轴向应变比的增大,径向阻尼比与轴向阻尼比的比值逐渐减小,两者之间的关系为线性关系。     

自由变形结构弹塑性分析的新方法

考虑目前塑性力学实验与理论上存在的众多分歧,从材料弹塑性变形的本质入手,研究受力构件应力分布与变形间的关系.对于一个受力结构,其内应力引起应变,受力较小时应力仅引起弹性应变,εij=Gijklσkl.受力较大后,应力的作用不仅产生弹性应变,也产生塑性应变,εij=εije+εijp.在小变形、弹性变形与塑性变形不耦合情况下,结构中的应力与弹性应变仍呈线性关系而与不受塑性变形的影响.按照以上思想对梁、轴受力结构进行了弹塑性分析,得出在弹塑性下梁、轴内应力呈线性分布,卸载后结构内有残余的塑性变形,而无残余应力.新认识比原有认识更符合结构弹塑性变形实际情况,并具有普遍意义.     

粉质黏土冻结状态下的单轴压缩能量演化规律

为研究不同负温条件下粉质黏土的能量变化规律,以粉质黏土为研究对象,开展负温单轴压缩试验,并基于能量分析原理对不同冻结温度下粉质黏土能量演化规律进行研究.研究结果表明:冻结粉质黏土的单轴抗压强度、弹性模量以及外界吸收的总能量均与负温绝对值基本呈线性关系;总能量、弹性应变能及耗散能在同一应变下均随着负温绝对值的增大而增大,弹性应变能与轴向应变呈上凸曲线并与轴向应力同时达到峰值,在峰后跌落阶段迅速释放且保留一定残余值;由于不同冻结温度下粉质黏土内未冻水含量不同,单位温差下同一轴向应变值吸收总能量增长值与最终冻结温度绝对值成正比关系,且最终冻结温度绝对值对不同轴向应变条件下吸收总能量的贡献基本相同.