横观各向同性功能梯度圆板弯曲问题的精确解

对周边为弹性支承边界条件下的横观各向同性功能梯度材料圆板轴对称弯曲问题进行了分析.将位移函数写成傅里叶-贝塞尔级数的形式,根据横观各向同性功能梯度材料基本方程,并针对指数函数形式的梯度分布情况,对功能梯度圆板轴对称弯曲问题的位移和应力进行了精确分析.并通过具体算例,分析了在圆板上、下表面荷载作用下,材料性质的不同梯度变化对圆板结构响应的影响.分析结果表明,材料性质的梯度变化对圆板的力学性能有显著影响.     

均布载荷作用下正交各向异性固支梁的解析解

针对均布载荷作用下正交各向异性梁在两端固支条件下的平面应力问题，求解了应力和位移的解析解.在求解过程中,构造了一个含待定系数的应力函数,通过Airy应力函数解法,给出了应力和位移的表达式.对固支端边界条件采用两种处理办法,利用应力和位移边界条件,确定应力函数中的待定系数,得到了应力和位移的解析解结果.结果表明,该解析与由Nastran程序计算的有限元数值结果相比,解析解落在有限元数值的附近,两者较为吻合.该解析解对于跨高比较大的梁有较高的精度,并可退化到各向同性梁的结果.     

功能梯度压电旋转圆环的三维解析解

基于三维压电弹性力学方程,采用直接位移法,给出横观各向同性功能梯度压电旋转圆环的三维解析解.设功能梯度压电材料参数是厚度坐标Z的任意函数,广义位移分量是径向坐标r的幂函数的线性组合,其中含有9个待定的位移函数,它们是坐标Z的函数.结合相应的边界条件,求解控制方程,通过直接积分确定位移函数和相应的积分常数,从而确定旋转圆环的力场和电场.算例展示一种材料的梯度指标对力场和电场的影响.     

线性荷载作用下两端固支浅梁和短梁的解析解

针对已有的三种简化固定边界条件,通过半逆解法假设应力函数,求解了线性荷载作用下两端固支浅梁和短梁的解析解.运用有限元软件ANSYS分别对线性荷载作用下两端固支浅梁和短梁进行分析,与所求的解析解对比,结果表明,假设固定端截面中点两个方向的位移和固定端截面顶点纵向位移为零的简化边界条件和有限元结果符合较好,准确度较其它简化边界条件也更高,可以用于计算线性荷载作用下两端固支浅梁和短梁弯曲的位移和应力.     

无网格基底函数对梁固有特性计算精度的影响

无网格法是基于移动最小二乘理论构造场函数,构造场函数中权函数和基底函数对无网格法的计算精度有很大影响.为了比较基底函数对无网格法计算精度的影响,本文利用Schmidt正交化方法构造出正交多项式基底函数.运用该正交多项式基和幂函数多项式基,选取了样条型权函数分别构造位移场函数,对弹性结构动力学基本方程进行无网格化离散,得到梁结构无网格动力学方程.采用罚函数方法满足本征边界条件,求解并得到了梁结构固有频率和模态的两种无网格解,与解析解进行了比较和精度分析,并结合均匀悬臂梁结构验证了得出的结论.     

基于Chebyshev-Ritz法分析多裂纹梁自振特性

基于弹性力学平面应力理论,利用Chebyshev-Ritz法分析多裂纹梁的自振特性. 根据裂纹情况将裂纹梁分成若干个梁段,用边界函数与第一类Chebyshev多项式的乘积构造各梁段的位移函数,具有很好的收敛性,能够适用于不同的几何边界条件. 用Ritz法得到各梁段的振动方程,根据各梁段之间的位移连续条件整合方程,建立整个裂纹梁的振动特征方程. 计算结果与有限元分析和相关文献数据吻合很好. 分析裂纹深度和位置对自振特性的影响. 随着裂纹深度的增大,裂纹梁的频率减小,振型的幅值变大,且影响的程度会受裂纹的位置影响.     

微分求积法求解功能梯度材料梁的弯曲问题

基于Reddy三阶剪切变形理论,研究了功能梯度材料梁的线性弯曲问题,假设功能梯度材料性质只沿梁厚度方向变化,且服从幂函数规律,推导了问题的控制方程,考虑固支边界条件,并选用合适的计算结构,用微分求积法对其进行数值求解.利用数值结果考察了材料的梯度性质,载荷条件、细长比等对梁弯曲行为的影响.结果表明:相同条件下,FGM梁...     

功能梯度Timoshenko梁的静力弯曲分析

基于Timoshenko梁变形理论,建立功能梯度材料梁在均布载荷作用下的弯曲控制方程,寻找均匀梁和非均匀梁的控制方程的相似性,将功能梯度材料梁的弯曲求解转化为均匀梁的弯曲求解与相似转换系数的计算。通过理论推导和相似性分析证明,功能梯度Timoshenko梁的弯曲解与同样尺寸、边界条件和载荷条件下的均匀材料Timoshenko梁的弯曲解成正比,这个比例常数完全由材料的非均性质参数确定。     

均布荷载作用下简支磁电弹性梁的解析解

对磁电弹性材料构成的两端简支梁,在均布荷载作用下的弯曲问题按平面应力问题进行了研究.从横观各向同性磁电弹性体的三维基本方程出发,简化得到平面问题的基本方程,给出了用四个拟调和函数表达的四个特征根互异情况下的通解,进而以试凑法推导出了均布荷载作用下简支磁电弹性梁的位移、电势、磁势、应力、电位移和磁通密强度的解析解,所得解有易于理解、便于校对、形式统一简洁的特点.并且将计算结果与压电材料和弹性材料相应结果进行了分析、比较,发现应力σz与τxz材料常数无关,且与各向同性弹性梁结果一致;位移和电势受材料常数影响较大,而应力和电位移影响较小.所得结果为验证各种数值计算方法提供了参考依据.     

功能梯度材料结构拓扑优化设计研究

在航天飞行器材料与结构的设计中,提高性能和减轻重量始终是两大主要任务.功能梯度材料(FGM)的概念是针对高速航天器中材料的应力缓和问题提出的;拓扑优化则是现代优化设计中减重设计的重要手段.文章根据拓扑优化的概念和功能梯度材料的概念之间存在的紧密联系,本质上都考虑了材料属性的连续性改变,基于SIMP模型,并采用凸规划求解策略以及周长控制方法,实现了功能梯度MBB梁和功能梯度夹层结构中夹芯的拓扑构型设计,设计结果揭示了功能梯度材料中性能指数和材料模型对优化构型中材料分布的影响规律.     

Elasticity solution of laminated beams subjected to thermo-loads

According to the two-dimensional(2-D) thermo-elasticity theory, the exact elasticity solution of the simply supported laminated beams subjected to thermo-loads was studied. An analytical method was presented to obtain the temperature, displacement and stress fields in the beam. Firstly, the general solutions of temperature, displacements and stresses for a single-layered simply supported beam were obtained by solving the 2-D heat conduction equation and the 2-D elasticity equations, respectively. Then, based on the continuity of temperature, heat flux, displacements and stresses on the interface of two adjacent layers, the formulae of temperature, displacements and stresses between the lowest layer and the top layer of the beam were derived out in a recurrent manner. Finally, the unknown coefficients in the solutions were determined by the use of the upper surface and lower surface conditions of the beam. The distributions of temperature, displacement and stress in the beam were obtained by substituting these coefficients back to the recurrence formulae and the solutions. The excellent convergence of the present method has been demonstrated and the results obtained by the present method agree well with those from the finite element method. The effects of surface temperatures, thickness, layer number and material properties of the plate on the temperature distribution were discussed in detail. Numerical results reveal that the displacements and stresses monotonically increase with the increase of surface temperatures. In particular, the horizontal stresses are discontinuous at the interface.     

功能梯度材料厚板的三维弹性分析

基于三维弹性理论给出了功能梯度材料厚板的基本方程,并用有限元软件-Ansys,采用三维各向同性有限单元,按照复合材料层合板模拟均布荷载下的厚板,讨论了四边简支的边界条件,梯度指数和板的厚宽比等因素对板的无量纲挠度以及无量纲应力的影响。三维数值模型给出的挠度和应力分布不同于基于Kirchhoff-Love直法线假设的经典层合板理论给出的挠度和应力分布。     

简支深梁用和函数法的级数解答

引用和函数法求解弹性力学平面问题, 对简支深梁受三角形荷载作用时的应力进行了分析,同时给出了该问题的付立叶级数解答,该方法不仅将求解弹性力学的偏微分方程组解耦成非耦联的几个偏微分方程,而且其结果与传统的Airy应力函数得到的解答完全一致, 证明了该方法的正确性和适用性,该方法拓展了将经典的弹性力学解析法用于解决工程实际问题的空间。     

Three-dimensional analysis of functionally graded piezoelectric plate with arbitrarily distributed material properties

An orthotropic functionally graded piezoelectric rectangular plate with arbitrarily distributed material properties was studied, which is simply supported and grounded（electrically） on its four lateral edges. The state equations of the functionally graded piezoelectric material were obtained using the state-space approach, and a Peano-Baker series solution was obtained for the coupled electroelastic fi elds of the functionally graded piezoelectric plate subjected to mechanical and electric loading on its upper and lower surfaces. The influence of different distributions of material properties on the structural response of the plate was studied using the obtained solutions.     

一种剪滞翘曲位移函数的解析构造法

针对剪力滞问题,提出了一种解析的求解方法.通过对控制微分方程解的形式进行研究,构造出一种针对不同余弦剪力分布的剪滞翘曲函数;进而对任意给定的外荷载作用下的剪力分布进行级数展开,并单独求取各剪力分量对应的正应力;最终通过对正应力进行叠加并求取剪力滞分布.采用能量变分法推导了基于任意剪滞翘曲位移函数的求解公式,并编制了通用求解程序.分别以矩形简支箱梁(不带悬臂板)受集中荷载和带悬臂箱梁受均布荷载为例,进行了计算对比.研究表明:相比于已有方法,所提出的方法对不同荷载作用形式具有更好的适应性,且由于是采用级数展开的思想,适用于任意荷载作用情况下的剪力滞分析.     

连续深梁的自重应力

本文讨论连续深梁在自重作用下的应力分析问题.利用体积应变函数将耦联的控制偏微分方程组解耦成为非耦联的,然后利用有限积分变换法求解所得非耦联的控制微分方程,从而得到给定问题的解答。本文所述方法可用以求解具有其他边界条件和载荷的深梁的应力分析问题.文末对连续深梁的自重应力进行了数值计算,并与有限元法结果进行了比较,二者吻合良好。     

考虑支座宽度影响多跨连续深梁用和函数法的级数解答

引用一种新的解析法—和函数法求解弹性力学问题,对多跨连续深梁受均布荷载作用时的应力进行了分析,同时,考虑支座宽度的影响,消除解答在下边界某些点上的发散性且满足结构整体的平衡条件,从而更能反映结构的实际应力分布状况,该方法不涉及Airy应力函数。将传统的解析方法用于解决工程实际问题开辟了新途径。     

两端固定深梁的自重应力

本文讨论两端固定深梁在自重作用下的应力分析问题,利用体积应变函数将耦联的控制偏微分方程组解耦成为非耦联的,然后利用有限积分变换法求解所得非耦联的控制偏微分方程,从而得到给定问题的解答。文中所述方法可用以求解具有其它边界条件和载荷的深梁的应力分析问题。文末对两端固定深梁的自重应力进行了数值计算,并与有限元素法的结果进行了比较,二者吻合良好。     

Behavior of two parallel symmetry permeable cracks in functionally graded piezoelectric materials subjected to an anti-plane shear loading

The behavior of two parallel symmetry permeable cracks in functionally graded piezoelectric materials subjected to an anti-plane shear loading was investigated. To make the analysis tractable, it was assumed that the material properties varied exponentially with coordinate vertical to the crack. By using the Fourier transform, the problem could be solved with the help of two pairs of dual integral equations, in which the unknown variables were the jumps of the displacements across the crack surfaces. To solve the dual integral equations, the displacement on the crack surfaces was expanded in a series of Jacobi polynomials. The normalized stress and electrical displacement intensity factors were determined for different geometric and property parameters for permeable electric boundary conditions. Numerical examples were provided to show the effect of the geometry of the interacting cracks and the functionally graded material parameter upon the stress intensity factors of cracks.