功能梯度压电压磁材料矩形板自由振动问题三维精确解

研究四边简支接地的功能梯度压电压磁材料矩形板的自由振动问题.假定材料性质沿板厚方向满足指数函数分布规律,将位移、电势和磁势展开成双三角级数,由三维控制方程导出以位移、电势、磁势及其沿板厚方向的导数为状态变量的状态方程,由此得到功能梯度压电压磁材料矩形平板自由振动问题的精确频率方程.     

均布电势作用下横观各向同性功能梯度压电圆板的三维解析解

提出用直接位移法研究了横观各向同性功能梯度压电圆板在表面受均匀电势作用下的响应．由平衡方程和圆板上下表面的边界条件导出位移函数所满足的微分方程组及其边界条件．求解微分方程组给出位移函数的显示表达式,其中所含的4个积分常数可利用圆板周边边界条件确定,从而得到自由和简支功能梯度圆板受均布电势作用下的三维压电弹性力学解析解,并可退化得到均匀圆板的压电弹性力学解．如果能量正定条件和一定的可积条件得到满足,则圆板的弹性系数,压电系数和介电系数可随厚度方向的坐标作任意变化．最后给出了算例以说明材料的非均匀性对圆板弹性场和电场的影响．     

各向异性矩形板弯曲的一般解析解

建立了各向异性矩形板弯曲的横向位移函数偏微分方程的一般解. 可以求解任意边界条件下承受任意载荷作用的弯曲问题. 一般解中的积分常数可由边界条件来决定. 沿每个边有2个边界条件: 挠度(或等效剪力)、斜度(或弯矩)应分别等于沿边界的已给值. 采用该解析法对四边自由四角支承的承受均布载荷或集中载荷的方板进行了计算, 给出了精确的解.     

压电层合板的结构特性及优化分析

基于三维弹性和压电理论 ,用幂级数展开方法得到了压电层合板静态特性的三维解 ;给出了压电层与基体之间剪应力、位移、电势的三维分布图 ;讨论了工程中常用的 2类压电材料在感知和作动情况下沿压电材料厚度方向电势的分布情况 ,分析了电势可看作线性分布的条件 ;讨论了压电层及粘结层厚度变化对层合板变形的影响 ,并作了优化分析 .     

任意点载荷下含椭圆孔压电介质中广义应力和位移分析

以孔边加载下的Stroh广义应力、广义位移表达式为基础，考虑椭圆孔边界精确的电学边界条件，显式给出在任意点处作用广义点载荷时介质中广义应力函数的表达式．当椭圆孔退化成中心裂纹时，给出了导通裂纹端部的广义应力函数．所得结果为介于绝缘边界条件和导通边界条件下更一般的解．进一步推导了压电介质中一本征变形夹杂对椭圆孔边缘广义应力的影响，所得结果对研究铁电畴变区具有实际意义．     

广义Gibson地基内部作用线源荷载的基本解

针对广义Gibson地基在埋藏线源荷载作用下的静力学问题,通过将内源线荷载等效为在相同深度范围内连续的集中点荷载的累加,采用Hankel积分变换方法,再结合具体的边界条件,推导得到地基土体在内源点荷载作用下的Hankel变换域中的解,并利用Hankel逆变换将变换域内的解转换为物理域内的积分形式解。然后对该解沿深度方向积分求得了地基土体在三种沿深度分布线荷载作用下的竖向位移解,并对地基内部沿深度分布线源荷载作用下地基表面土体变形问题通过具体算例,运用数值积分计算方法,分析了地基土体的非均质性、荷载分布深度等因素对地基表面土体竖向位移的影响。结果表明:①地基土体的非均质性对地基表面竖向位移有较大影响,相对而言,线源荷载竖向分布深度及荷载分布形式对地表竖向位移的影响较小,且地表竖向位移主要受浅层荷载的影响;②荷载分布深度对地表位移的影响主要体现在土体非均质性较小情况下,且在荷载沿深度减小分布时最为显著。     

一种混合边界条件下矩形薄板弯曲问题的解析解

矩形板在每边上具有各种单一边界条件的弯曲问题.早已有不少工作进行过讨论.关于在一个边上具有不同类型边界条件的矩形板的弯曲问题,尚未见有文献讨论过,本文应用广义简支承的概念和迭加原理,给出了沿 x 方向受梯形分布载荷作用的一种混合边界条件下矩形薄板弯曲问题的解析解。这种矩形板的实际工程对象是露天钢筋混凝土水池——移动虹吸冲洗罩过滤池,它是目前水厂设计中的一种新工艺.因此,本文的结果可供工程师们设计时参考.本来的数值结果表明此解的可靠性.为了比较我们还给出了由有限元法得到的结果.     

关于混合状态Hamilton元半解析法及收敛估计

针对平面弹性混合状态问题，首先给出其Ｈａｍｉｌｔｏｎ系统形式。然后在位移边界条件下给出其半解析有限元算法的误差估计，从而根据离散后的Ｈａｍｉｌｔｏｎ方程辛算法的计算，可得到原问题的较精确数值解。     

非轴对称荷载作用下有限长圆柱厚壳的解析解

本文针对有限长圆柱厚壳承受非轴对称荷载的问题,在假设径向剪切应变沿厚度方向二次分布,径向正应变沿厚度方向一次分布的前提下,建立了包含未知量的位移表达式;采用Heaviside函数和Dirac函数表述荷载的作用形式,基于最小势能原理导出了包含七个未知函数的平衡微分方程组;在设定双三角位移函数的基础上,应用Galerkin法,求得了圆柱厚壳应力与位移的解析解.通过具体算例,将所得到解析解的计算结果与ANSYS数值解进行了对比分析,验证了解析解的可靠性.     

四端硅压力传感器的解析模型

利用正则摄动法,采用合理的边界条件,求解四端硅压力传感器二维电势的偏微分方程,得出了该传感器二维电势的解析表达式;并由此导出了随应力而变的最大输出电压的解析表达式,且给出了输出电压与器件尺寸的精确关系。该模型物理意义明确,参数提取方便,其计算结果与数值解、实验数据较好吻合,可以很方便地进行器件设计和模拟。     

用积分平均方法求解压电圆柱壳内波的轴向传播

对压电圆柱壳体内波的轴向传播进行了研究。应用积分平均方法得到了一组位移和电势耦合的拟二维动力学方程,并且求解了这组方程。发现当波沿着圆柱壳体轴向传播时,物质的径向运动、轴向运动和电势的变化相互耦合,伴有频散现象;但是扭转运动可以独立表示,并且同电场无关,无频散现象。在得到频散关系的基础上,通过数值计算模拟出压电圆柱壳体在受到端部轴向应力脉冲激励后壳体内的轴向应力和电势分布图。还讨论了压电圆柱壳体半径比对波传播的影响。     

压电弹性层合梁的电场作用下的二维解析解

由压电弹性介质的二维本构关系,通过假设电势分布和利用应力边界条件,得到其应力函数,由此假设弹性体的应力函数,利用几何方程分别得到弹性和压电体的位移,最后利用应力边界条件、应力和位移连续条件以及位移边界条件,推导出一端固支带压电层的弹性梁在电场作用下的位移、应力分布的解析表达式,并给出了算例。     

无限大压电材料薄板Ⅰ型裂纹断裂分析

研究了含中心裂纹的无限大横观各向同性压电材料薄板的平面问题。利用压电材料平面应变问题的本构方程,通过引入两个适当的函数,将力学问题转化为偏微分方程组边值问题。利用复变函数方法和待定系数法,选取适当的应力函数,借助不可导通边界条件,确定未知系数,得到满足偏微分方程组边值问题的解。推导得到裂纹尖端附近的应力强度因子、应力场、电位移场和位移场、电势场的计算公式。     

压电材料球对称问题的通解

由于压电材料的特殊性，它可以制作成各种压形式的压电振子，压电振子在应用于谐振器滤波器，延迟线，声光器件时，大都是通过逆压电铲应来激发某种振动模式的机械振动。压电中器件可以在各种不同的大小形状及各种各样的载荷和边界条件下工作，对不同的情况应有不同的分析方法。     

压电圆柱体在冲击外力作用下动应力与瞬态电势的动态效应和响应历程

提出了一种简便的求解压电圆柱体在冲击外力作用下的动应力和瞬态电势的响应历程的解析方法.在求解过程中,将压电圆柱体动力学耦合场方程的解看成是由一个满足非齐次混合边界条件的电弹性准静态解和一个仅满足齐次混合边界条件的电弹性动态解的叠加.通过有限汉克尔变换、Lap lace变换及其反变换,获得压电圆柱体在冲击外力作用下的动应力和瞬态电势的解析表达式.实例计算结果表明,对于不同材料的压电圆柱体圆心处的动应力和瞬态电势的动态集中效应有所不同,并且随着电弹性波在柱体外边界的不断反射和波头在圆心处的不断会聚碰撞,会产生各种不同的周期性振荡.     

无限大功能梯度压电材料中反平面 Yoffe型运动裂纹

假设裂纹面上的边界条件为电渗透型的,从而导出了材料系数在横观各向同性平面内梯度分布的压电体的状态方程;利用Fourier变换给出了无限大压电体中位移、应力、电势、电位移的解析表达式;并求得了裂纹尖端动应力强度因子、电位移强度因子及电场强度因子,分析了不同的非均匀材料系数、几何尺寸及裂纹运动速度对它们的影响.     

压电材料反平面应变问题的逆解法

对物理连续的压电材料反平面应变问题，提出了一个逆解法，将其机电耦合行为转化为两个完全相互独立的应力和电位移的边值问题，由此得出，凡物理连续的普通材料反平面应变问题的已知结果（剪应力），皆可作为压电材料相应问题的结果，而不必再费力求解．     

压电智能梁力电耦合位移电势分析

研究压电智能梁结构力电耦合位移电势分析的新理论新方法.首先采用智能样条有限点法,从位移模式出发,以智能本构关系、瞬时变分原理以及样条离散化为基础建立了压电智能梁力电耦合性能分析的计算模式.其次与经典理论解和通用有限元软件ANSYS的结果进行比较说明了本文研究方法的正确性和合理性.然后针对不同边界情况和不同荷载形式进行分析,最后用大量图表显示了本文研究结果.     

含曲线裂纹的压电材料反平面应变问题

用复函数的Faber级数展开方法 ,通过求解Hilbert问题研究了含任意曲线裂纹的压电材料反平面应变问题 ,获得了问题的解析解和场强度因子。结果表明 ,当边界上仅受应力和电位移载荷作用时 ,应力场与电位移载荷无关 ,电位移场与应力载荷无关。算例中分别给出了圆弧裂纹的强度因子和椭圆弧裂纹问题的无量纲强度因子。     

Micromechanics-BEM Analysis for Piezoelectric Composites

The effective material properties of piezoelectric composites are predicted using micromechanics models of the composite structure combined with a boundary element method (BEM) solution of the governing equation. The composites consist of inclusion and matrix phases. The micromechanics method gives formulae for the overall material constants as functions of the concentration matrix, while the boundary element simulation gives numerical solutions of the boundary displacement and electric potential equations for inclusion or hole problems. Numerical results for a piezoelectric plate with circular inclusions are presented to illustrate applications of the proposed micromechanics-BEM formulation.