功能梯度材料圆板的三维弹性分析

基于线弹性理论的基本方程,选用两个位移分量和两个应力分量作为状态变量,利用状态空间法建立了功能梯度材料轴对称圆板的三维状态方程.根据微分求积法,将状态方程在径向进行离散,考虑周边固支的边界条件,采用打靶法数值求解了材料常数沿板厚按幂率变化的轴对称弯曲问题和自由振动问题,为求解功能梯度材料三维弹性响应提供了一种方法.并且给出了功能梯度材料三维圆板的静动态响应受组分材料分布以及板厚径比变化的影响规律.     

材料属性温度相关变厚度FGM圆板自由振动DQM求解

基于一阶剪切理论和哈密顿原理,研究了功能梯度材料(FGM)变厚度圆板在热环境中的自由振动问题。假设材料性质沿厚度幂指数连续变化且材料属性与温度相关,推导了问题的运动微分方程。用微分求积法(DQM)计算了变厚度FGM圆板横向振动的无量纲频率,并与各向同性等厚度圆板的固有频率进行了比较。讨论不同均匀和非均匀温度场、材料梯度变化、厚度系数变化以及不同边界条件对FGM圆板固有频率的影响。     

旋转分数导数黏弹性矩形板横向自由振动分析EI北大核心CSCD

针对分数导数型本构关系描述的旋转黏弹性矩形板的横向自由振动问题。从分数导数Kelvin-Voigt三维本构方程出发,基于板的平面问题,得到了分数导数Kelvin-Voigt二维本构关系,运用Hamilton原理建立旋转分数导数黏弹性矩形板的运动微分方程;采用微分求积法离散运动微分方程与边界条件,得到系统的复特征方程,分析分数导数阶数、宽长比、径长比以及厚长比对系统无量纲复频率虚部的影响。结果表明:随着旋转角速度的增大,前三阶无量纲复频率虚部(固有频率)增大;随着分数导数阶数的增大,无量纲复频率虚部减小;第三阶复频率虚部受到各参数的影响比第一阶、第二阶较大。     

功能梯度圆板的三维瞬态热弹性分析

基于线性热弹性理论的基本方程,采用两个位移分量,两个应力分量,温度变量和一个热流分量作为状态变量,应用状态空间理论,建立了功能梯度材料轴对称圆板结构在动态热载荷作用下的状态方程,考虑了运动惯性项以及热传导过程中的耦合效应,根据微分求积法,将状态方程沿径向进行离散.采用Laplace变换和打靶法,数值求解了材料常数按幂率变化的周边固支圆板在热冲击下的热响应.为求解功能梯度结构三维热弹性瞬态响应提供了一种方法.分析了组分材料分布对功能梯度圆板的热响应行为,包括板内温度变化,横向挠度以及板内应力分量的影响规律.     

磁场中导电旋转圆板的磁弹性非线性共振

研究旋转运动圆形薄板在磁场中受到机械载荷作用时的磁弹性非线性共振问题。根据哈密顿原理推导出旋转运动圆板在磁场中的磁弹性非线性振动方程,基于电磁理论给出了旋转板所受电磁力的表达式;通过位移函数的设定并应用伽辽金积分法,得到横向磁场中旋转导电圆板的磁弹性轴对称振动微分方程。应用平均法对系统非线性主共振问题进行求解,得到稳态运动下的幅频响应方程。通过数值计算,得到固支边界条件下圆板的幅频特性曲线以及振幅随磁感应强度、转速、激励力等参数的变化规律曲线图,分析了不同参数对旋转板共振幅值及非线性特性的影响。     

弹性边界径向功能梯度压电环板面内振动

基于二维线弹性体理论,推导了弹性边界径向功能梯度压电(FGPM)环板面内自由振动的控制微分方程,利用微分求积法(DQM)将控制微分方程和边界条件离散化,得到求解频率的特征方程。假设材料的物性参数按幂函数形式变化,通过数值求解得到了径向FGPM环板面内自由振动的无量纲频率。考虑了弹性边界和电学开路组合边界条件下径向FGPM环板的梯度指数p、内外径比η、弹性边界的弹性刚度k和压电效应对无量纲频率的影响,最后研究了径向FGPM环板模态特性。     

温度影响下FGM圆环板的面内自由振动分析

基于二维弹性理论和Hamilton原理,假设材料物理性质随温度变化且沿圆环板径向按照幂律梯度分布,导出了温度影响下FGM薄圆环板面内自由振动的运动微分方程。用微分求积法(DQM)计算了温度影响下FGM圆环板面内自由振动的无量纲频率,并与各向同性材料圆环板面内自由振动的无量纲频率进行了比较,说明该分析方法的有效性。同时考虑了沿圆环板径向均匀升温和非均匀升温两种情况下,几何参数、材料性质和温度变化对面内自由振动频率的影响。     

磁场中旋转运动圆板磁弹性超谐-组合共振

针对磁场中的旋转运动导电圆板,基于弹性理论和电磁原理,给出旋转圆板的动能、应变能和电磁力表达式。应用Hamilton原理,推导出几何非线性下圆板的磁弹性横向振动方程。针对横向磁场中双频外载作用下圆板的轴对称振动问题进行分析,利用辽金积分法得到夹支约束下旋转板的无量纲化振动微分方程;应用多尺度法求解非线性方程,得到超谐-组合联合共振下系统的幅频响应方程,并对稳态解的稳定性进行分析,得出稳定解的判定条件。由算例给出了旋转运动圆板共振幅值随频率参数、磁场及力幅的变化规律曲线图,分析了转速、磁场等参量对共振稳态解的影响;通过分析所绘制动相平面图上奇点附近相轨迹的变化趋向,进一步阐明了稳态解的多值性和稳定性。     

考虑非局部应变梯度效应的轴对称压电纳米圆板热-力-电耦合振动EI北大核心CSCD

基于非局部应变梯度理论和Mindlin板理论,研究了热‐力‐电多场耦合下轴对称压电纳米圆板的振动特性。通过Hamilton原理推导了非局部应变梯度本构框架内的运动方程,采用微分求积法数值求解了理论模型微分方程组,分析了压电纳米圆板的振动固有频率受内尺度参数与外场参数的影响。压电纳米圆板的固有频率随着非局部参数的增大而减小,随着应变梯度特征参数的增大而增大。当非局部参数小于应变梯度特征参数时,纳米圆板表现出刚度硬化行为;当非局部参数大于应变梯度特征参数时,表现出刚度软化行为。当非局部参数等于应变梯度特征参数时,纳米圆板的刚度退化为相应的经典连续介质理论结果。此外,固有频率随着径向压力和正电压的增大而减小,随着径向拉力和负电压的增大而增大,随着温差的增加而小幅减小。特别地,研究发现当径向载荷和电压增大到一定程度时,纳米圆板出现了振动失稳现象,并分析了非局部参数与应变梯度特征参数对失稳临界径向载荷及临界电压的影响。     

微分求积法处理轴向变速黏弹性梁混杂边界条件

给出了一种利用微分求积法处理非线性轴向变速黏弹性梁的混杂边界条件的方法。利用微分求积法数值求解具有混杂边界轴向变速黏弹性梁的控制微分方程,将混杂边界条件直接引入到控制微分方程高阶导数的微分求积解权系数矩阵中。使用这种方法研究了非线性轴向变速黏弹性梁主参数共振的稳态幅频响应,并对算例的微分求积解和解析近似解做了比较。     

温度变化对受静电力作用微圆板的影响分析

以考虑温度效应时,受静电力作用的微圆板静力弯曲变形微分方程为基础,该文首先针对轴对称问题的特点,利用级数展开和求极限法则,对圆板静力弯曲变形微分方程进行了改进。改进后的微分方程消除了圆心处的奇异性。其次,利用改进后的圆板静力变形弯曲微分方程,对周边固支圆板受静电力和温度变化作用下的受力变形进行分析。分析过程分为3个阶段:正常模式、过渡模式和接触模式。在数值求解圆板弯曲变形微分方程时,主要将非线性微分方程的求解化成迭代求解两个未知量的问题,一个未知量是形成静电场力的电压,而另一个未知量是圆板的一个边界条件。在实例中,给出了部分计算结果,包括:温度变化对不同阶段圆板受力变形的影响,温度变化对吸合电压的影响,以及不同温度变化下,圆板的几何尺寸对吸合电压的影响,从而可以更好地了解温度变化的作用和影响。     

Buckling and vibrations of two-directional FGM Mindlin circular plates under hydrostatic peripheral loading

An analysis is presented for the effect of hydrostatic peripheral loading on the free axisymmetric vibrations of functionally graded moderately thick circular plates on the basis of first-order shear deformation theory. The mechanical properties of the plate material are supposed to vary according to a power-law in both the radial and transverse directions. The numerical solution of the governing differential equation derived by using Hamilton's energy principle for such simply supported and clamped boundary conditions has been obtained employing the harmonic differential quadrature method choosing zeros of Chebyshev–Gauss–Lobatto as the grid points. The effect of different parameters has been analyzed on the frequency parameter for the first three modes of vibration. The critical buckling loads for both the plates have been computed by putting the frequencies to zero. Three-dimensional mode shapes for particular plate have been plotted. Obtained results have been compared.     

Thermo elasticity solution of functionally graded,solid, circular,and annular plates integrated with piezoelectric layers using the differential quadrature method

Static analysis of functionally graded (FG) solid circular/annular plates imbedded in piezoelectric layers under thermo-electro mechanical load is investigated using the differential quadrature method. The plate has various edge boundary conditions and its material properties are assumed to vary in an exponential law with the Poisson ratio to be constant. The method is validated by comparing numerical results with the results obtained in the literature. The effects of the gradient index, thickness to radius ratio, and edges boundary conditions on the thermoelastic behavior of FG solid circular and annular plates are investigated.     

Elasticity solution of functionally graded circular and annular plates integrated with sensor and actuator layers using differential quadrature

Based on three-dimensional theory of elasticity axisymmetric static analysis of functionally graded circular and annular plates imbedded in piezoelectric layers is investigated using differential quadrature method (DQM). The plate has various edges boundary conditions and its material properties are assumed to vary in an exponential law with the Poisson ratio to be constant. This method can give an analytical solution along the graded direction using the state space method (SSM) and an effective approximate solution along the radial direction using the one-dimensional DQM. The method is validated by comparing numerical results with the results obtained in the literature. Both the direct and the inverse piezoelectric effects are investigated and the influence of piezoelectric layers on the mechanical behavior of plate is studied. The effects of the gradient index, thickness to radius ratio, and edges boundary conditions on the static behavior of FG circular and annular plates are investigated.     

Differential quadrature Trefftz method for irregular plate problems

Differential quadrature Trefftz method (DQTM) is developed to deal with plate problems defined in irregular domains. DQTM divides the solution into two parts, a particular solution for inhomogeneous biharmonic equation and the general solution for homogeneous biharmonic equation. For the former, differential quadrature method based on the interpolation of the highest derivative (DQIHD) is involved. For the latter, polynomial basis functions are adopted instead of fundamental solutions. We will show that DQTM not only keeps the advantages of traditional differential quadrature method (DQM), high efficiency and accuracy, but also has no difficulties to deal with geometrically irregular domains.     

功能梯度Levinson圆板弯曲解的均匀化和经典化表示

基于Levinson三阶剪切变形理论,研究了材料性质沿厚度任意连续变化的功能梯度材料圆板的轴对称弯曲问题。首先,建立了功能梯度材料圆板在Levinson板理论下轴对称弯曲问题位移形式的控制微分方程,其中考虑了拉-弯耦合和三阶剪切变形效应。然后,利用载荷等效关系以及均匀板的经典理论控制微分方程,导出功能梯度圆板在Levinson剪切变形理论下弯曲解与经典理论下均匀圆板的挠度之间的解析转换关系,给出了转换系数的计算公式。由此,可将功能梯度材料圆板在Levinson三阶剪切理论下的弯曲问题转化为相应均匀薄圆板在经典理论下的弯曲问题求解,以及转换系数的计算问题。     

DQE方法及其在平板振动分析中的应用

介绍一种新的数值方法－DQE方法用以分析具有不连续几何形状和具有集中质量平板的自由振动,其基本思想是根据平板的具体情况将求解区域分割为几个单元,在每个单元内部用DQ方法将其控制方程离散,各单元之间的连接点上应用平衡条件和连续条件,再加上边界约束条件可得到问题的特征方程。作为数值算例,计算了具有集中质量平板和L型平板的固有频率,并与已有数值结果作了比较。     

连续变密度圆形和环形薄膜的轴对称振动

本文采用打靶法数值分析了质量密度沿径向连续变化的圆形和环形薄膜的轴对称横向自由振动。针对密度以半径的二次函数变化的情形,计算了系统的一阶大有频率,并与文献（７）中分别用Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｍｅｔｈｏｄ和Ｒａｙｌｅｉｇｈ’ｓ Ｑｕｏｔｉｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ所得结果进行了比较,显示出本文结果的精确性和方法的优越性。然后,数值求解了密度沿半径以指数函数变化的非均匀圆形和环形膜