高阶梯度对纳米纤维应变分布的影响

研究纳米纤维受拉力作用时静态应变的轴向分布规律.根据弹性梯度理论,提出一个新的本构模型.讨论高阶应变梯度对纳米纤维轴向应变分布的影响.忽略轴向应变高阶小量,通过基本方程和变分原理得到平衡控制方程,再通过变分法和残余权值法,导出全部的经典和非经典边界条件.得到的解析计算结果显示出高阶应变梯度对尺度和边界效应的影响.     

功能梯度材料梁的非线性研究

研究了热/机械载荷作用下几何非线性对功能梯度材料梁的位移及应力的影响。首先根据一阶剪切变形梁理论推导了机械载荷条件下功能梯度材料梁位移和应力的平衡方程,热载荷条件通过求解一维热传导方程即可获得;然后采用解析法和摄动技术两种方法对平衡方程求解,并利用非线性应变-位移关系分析非线性对位移和应力的影响;最后引入算例采用不同方法计算功能梯度材料梁的位移及应力并对比分析。数值计算结果表明,几何非线性对梁的位移和应力的影响是显著的,材料常数和边界条件对梁的非线性弯曲也有一定的影响。这种求解非线性平衡方程解析解的新方法对高阶剪切变形和层理论有一定的指导意义。     

弹塑性平面应变固结问题的解耦分析

针对弹塑性平面应变固结问题提出了解耦的计算方法,基于数值建模方法建立了多路径的土的弹塑性本构模型,该模型能考虑塑性剪应变εpv 与体应变p交叉作用及应力路径的影响.将该模型引入弹塑性固结问题中,建立了相应的扩散方程.讨论了此类液-固耦合问题的解耦条件及对应的应力路径.推导了平面应变扩散方程的基本解,该基本解与固体域控制方程构成了半数值半解析求解体系,编制了有限元程序,计算了一个典型平面应变固结沉降算例.对比分析表明该方法能有效地简化计算,能较好反映应力路径对固结的影响.     

基于积分法的轴对称拉深成形凸缘区应力、应变数值解

在平面应力、平面应变和等效应变与位置半径反比假设条件下,对轴对称拉深成形凸缘区的应力、应变的解析解进行比较.在平面应力假设条件下,给出了基于直接积分法的凸缘区应力、应变计算流程,简化了参数方程的求解过程,得到了考虑厚度变化的应力应变数值解.理论分析和有限元模拟结果表明,3 种假设条件下的径向应力数值解与有限元模拟结果都相差较小,平面应力假设条件下的应力、应变数值解与有限元仿真结果更接近.采用0.87mm 厚的ST16钢板进行了圆筒形件拉深成形实验,测量了凸缘区的应变,分析表明,平面应力假设条件下得到的应变数值解与实验结果更相符, 有限元仿真结果与实验结果接近且趋势-致.     

高耸结构满应力截面设计

讨论了高耸结构满应力截面设计问题,首先建立了高耸结构的力学模型,然后通过考虑一个微元体的平衡得到了高耸结构截面应力计算公式,最后得到了高耸结构满应力设计控制方程,由于该方程无法得到解析解,利用ＭＡＰＰＬＦ软件给出了两个算例的数值解。第１个算例是２４ｍ高１００ｍ＾３水塔支筒载面设计,主要考虑了风荷载及自得的影响,最后得到两个算例直径变化曲线,根据满应力设计的结果与工程结果比较,体积得到了大大地优化。     

绕板式高压容器的应力分析

将绕板式容器看作是内筒、层筒及保护筒三者的组合体,并把绕板层筒视为一正交各向异性材料的整体筒,绕板层内部间隙和滑移引起的附加应变等效为层筒弹性系数的变化,通过理论分析与推导,得到层筒径向应力的求解方程。对一内直径为605mm绕板容器进行了应力数值计算、电测应力和爆破试验,计算值与实测值符合较好,误差小于2.7%,远比按单层简体计算精确。     

两端均布、轴向线性分布压力作用下厚壁圆筒空间轴对称问题的解析解

构造了一个新位移函数, 使其满足双调和函数和对应的边界条件. 基于拉甫方法, 应用所构造的位移函数推导出厚壁圆筒内外壁在线性分布压力作用下的应力解析解, 得到了位移及线应变的计算公式. 通过对解析解分析, 当筒的长度趋于无穷时可得到厚壁圆筒著名的Lame公式. 所得结果不仅能够适用于厚壁圆筒受均匀压力的情况, 也适用于厚壁圆筒内、外面沿轴向受不同斜率线性分布压力而两端受均布压力作用的情况.     

圆拱结构静力分析的直接刚度法

为了研究圆拱在复杂受力状态下的内力及位移大小,考虑了圆拱的轴向变形,对其平衡方程、几何方程、物理方程进行了分析,建立了圆拱轴向位移和径向位移的控制方程;并对三类典型荷载作用下的圆拱结构分别进行了研究,求得了用基函数向量以及积分常数向量表达的圆拱轴向位移和径向位移的解析解;根据位移边界条件,得到了位移系数;根据圆拱内力方程,建立了以矩阵形式表达的刚度平衡方程;经矩阵变换得到了圆拱分析的刚度矩阵模型以及等效节点力向量。同时,通过算例,与理论解析解和传统有限元模型中的经典直梁单元进行对比与分析,验证了单元的精度及效率。研究结果表明:通过直接刚度法求得的圆拱刚度矩阵及等效节点力模型,可用于各类圆拱结构的静力数值分析,得到圆拱内力及位移的精确解。     

随机变延迟微分方程平衡方法的收敛性和稳定性

利用全隐式数值方法—平衡方法讨论一类随机变延迟微分方程的收敛性和稳定性. 首先, 证明该方程数值解以1/2阶均方收敛到精确解; 其次, 证明该方法能保持解析解的均方稳定性; 最后, 通过数值实验验证理论结果的正确性.     

考虑材料应变硬化和包辛格效应的厚壁筒自增强理论模型

提出了一种以材料的实际拉-压应力应变曲线为基础,考虑材料应变硬化行为和包辛格效应的厚壁管自增强理论模型．本模型通过直接对实际材料拉-压应力应变曲线进行四段拟合得到所需参数,因此能更好地反映材料的应力-应变特性,给出更精确的残余应力计算结果．模型预测的残余应力和实验测试结果与其他3种自增强理论模型预测结果进行了比较,结果表明,该模型的预测结果和实验测试值吻合,比其他理论模型给出了更精确残余应力预测结果．讨论了包辛格效应和屈服准则对筒壁残余应力的影响．理想弹塑性模型、线性强化模型以及幂硬化模型等都是本模型的特例．     

弹性半空间地基上正交异性矩形中厚板的弯曲

为了分析弹性半空间地基上正交异性矩形中厚板的弯曲解析解,将3个广义位移变量描述的弹性半空间地基上四边自由正交各向异性矩形中厚板的弯曲控制方程,与基于弹性半空间地基受任意竖向荷载作用下的静力位移积分解建立的板与地基变形协调方程相结合,用三角级数法,得出弹性半空间地基上四边自由正交异性矩形中厚板受任意竖向荷载作用下的弯曲解析解,即得出了地基反力、板的挠度及板的内力的解析表达式。研究结果表明,该方法克服了数值法的弊端,取消了Winkler地基模型或双参数地基模型的假设,从而得到板的内力及地基反力更合理、更精确的分布规律。     

具有薄壳理论同样精度的圆锥壳简化解

采用新的变量转换公式，通过量级分析，略去h/R量级的小量，从而将圆锥壳有矩问题求解的基本微分方程式转换成一个二阶复常系数的常微分方程式，求解该方程式，导出了具有薄壳理论同样精度的圆锥壳的简化解，这一简化解较圆锥壳的精确解简单，无须利用复杂的贝塞尔函数，与具有√h/R精度的等效圆柱壳的解相比，其精度同精确解一样为h/R，该简化解可用于圆锥壳的边界效应，以及锥－柱，锥－锥结合壳结合处的应力计算分析。     

饱和粘弹性土层中空心圆柱桩的轴对称竖向振动

考虑桩的径向变形以及饱和土层对桩的径向力作用, 分别将空心圆柱桩和饱和土层视为单相弹性介质和饱和粘弹性介质. 基于弹性动力理论及不可压饱和多孔介质理论, 研究了饱和粘弹性土层中端承弹性空心圆柱桩竖向振动的动力特性. 利用Helmholtz 分解和变量分离法, 在频率域得到了空心圆柱桩竖向稳态振动的轴对称解析解以及桩头复刚度的解析表达式,给出了空心圆柱桩桩头动刚度因子和等效阻尼随激励频率的响应曲线, 数值考察了饱和土和桩的材料、几何等参数对桩头动刚度因子和等效阻尼的影响. 研究结果表明, 虽然空心圆柱桩精确轴对称解析解的桩头静刚度与经典Euler 杆模型桩的桩头静刚度几乎相等, 但其桩头动刚度因子和等效阻尼存在较大区别, 并且空心圆柱桩的内外径比(即桩壁厚比) 会对桩头动刚度因子和等效阻尼特性产生显著的影响. 因此, 经典Euler 杆模型桩的适用范围具有一定局限性, 应采用轴对称模型进行更加精确的分析.     

双马达驱动弹性圆柱负载的动力学分析

为了考察双马达驱动系统输出力矩同步性对弹性负载变形与应力分布的影响，研究了简化的双力矩驱动弹性圆柱负载模型.基于连续弹性体的振动理论，建立双力矩驱动弹性圆柱负载的一维扭转振动方程，给出了弹性圆柱负载变形与剪应力的解析解.对解析解的分析表明，当输入力矩完全同步时，变形与剪应力中的奇数阶模态响应将被抑制；数值计算结果表明，当输入不相同的阶跃转矩时，负载的最大剪应力水平将显著增加.     

功能梯度悬臂梁弯曲问题的解析解

将功能梯度悬臂梁作为平面应力问题处理．根据正交各向异性弹性体的基本方程，引入应力函数，假设所有材料常数沿厚度方向按同一函数规律变化，采用弹性力学半逆解法，求得功能梯度悬臂梁在端部集中力和力矩作用下的解析解．所得到的解，对任意梯度函数均成立，且退化到各向同性均匀弹性情况下的结果，与已有的理论解相一致．对弹性模量分别按指数函数和幂函数梯度变化的算例进行了分析，结果显示功能梯度梁的轴向位移仍近似直线变化．     

基于复杂接触摩擦的圆柱体镦粗的上限解

为了提高计算圆柱体镦粗单位镦粗力上限解的精度,提出了一种基于复杂接触摩擦圆柱体镦粗的上限解法.根据翁克索夫等人提出的镦粗时接触面上摩擦切应力按照库仑摩擦定律、最大摩擦定律及线性分布摩擦定律的组合分布,利用上限法求得了圆柱体镦粗时单位镦粗力上限解,该解和主应力法解析解完全相同,比通常假设接触面上摩擦切应力为某一常数或按库仑摩擦定律分布的上限解要精确得多,同时还指出了圆柱体镦粗时按库仑摩擦定律求单位镦粗力上限解的适用条件.     

Optimization of axial symmetrical FGM under the transient-state temperate field

A numerical procedure for analyzing the temperature distribution in a hollow axisymmetric cylinder, made of functionally gradient material (FGM), was investigated. Based on the thermal elasticity theory and the arbitrary difference precise integration (ADPI) method, temperature distribution through the FGM cylinder in the ring section under a transient-state temperature field was developed and presented. A genetic algorithm (GA) was applied to the thermal stress optimal design of an FGM hollow cylinder, and as a result, the minimum thermal stress distribution in the FGM cylinder was obtained. A corresponding numerical procedure regarding to a ceramic-metal FGM cylinder was performed, and the computational results were discussed.     

两种特殊调制光纤中高次谐波输出的理论模拟

从薛定谔方程和激光场、谐波场的传播方程组成的自洽模型出发,采取了一种简化模型,数值模拟了超强超短激光脉冲与充有较高压强的惰性气体在周期调制光纤中的高次谐波输出。计算结果表明,较高次谐波的转换效率得到增强,与实验结果相一致,从而验证了简化模型的可行性。在此基础上,引入了线性啁啾调制光纤,通过进一步的理论模拟,发现在线性啁啾调制光纤中,高次谐波的效率可得到进一步提高,同时也有利于产生脉宽窄的单阿秒脉冲。     

剪切变形对厚壁圆形贮液池的影响

将池壁厚度较大的圆形贮液池当作中厚壳圆筒,考虑剪切变形的影响,建立贮液池结构分析的中厚壳理论,其微分方程与Winkler地基上Timoshenko梁的微分方程一致,当贮液池池壁剪切刚度取无穷大时,其可退化成相应薄壳理论,是一个通用模型.利用初参数法,推导微分方程的解和有限元列式,分析底部固结、顶部自由圆形贮液池在三角形分布荷载和池顶弯矩作用下,其环向力系数、弯矩系数随池壁厚度、高度的变化,并与不考虑剪切变形影响的计算结果进行比较.数值计算结果表明:在圆形贮液池中考虑剪切变形影响的挠度等计算结果偏小;壁厚越大,计算结果越小;剪切变形对环向力和径向位移的影响比对弯矩和剪力的影响大,其影响程度与贮液池结构、边界条件及作用荷载形式有关.