叠层板结构Hamilton正则方程理论及其在发电机铁芯振动分析中的应用

根据文献将三维弹性力学基本方程表达成Hamilton正则方程，采用半解析法求解，即用混合变量Hamilton正则方程等参元离散板平面，而高度方向用解析法。这种方法使叠层板问题不局限于某一形状，同时只要一层板的离散单元数确定，则全部未知数的个数就确定，比传统的三维有限元未知多少得多。通过用该方法对某汽轮发电机定子铁芯的固有频率分析，为发电机铁芯的振动分析和电机铁芯的最优化设计提出了一种新方法。     

周边固支缝合复合材料层板的小波配置精细积分法

建立了缝合复合材料面内纤维弯曲几何描述模型,将拟Shannon小波配置法和缝合单层板的刚度矩阵应用到缝合层合板的Hamilton正则方程中,构造了缝合板平面方向离散、而厚度方向解析的Hamilton正则方程,然后用精细积分法求解。用拟Shannon尺度函数表示的近似解很适于求解固支边界问题。数值算例结果表明,小波配置精细积分法在缝合复合材料层板位移、应力分析方面,较低网格密度下即可获得较精确的结果。从而为缝合层合板静力学问题分析提供了一种方法。     

壁厚不连续不对称圆柱壳和开口壳的自由振动分析

视壁厚不连续不对称的圆柱壳或开口壳为层合壳。以弹性力学中的Hamilton正则方程为基础,分别应用Hamilton正则方程的半解析法构建层合壳每一层的线性方程。考虑到每两层连接界面上应力和位移的连续性,联立各层的方程得到系统的控制方程和特征方程。主要的优点是系统的控制方程不限制圆柱壳的厚度,数学模型和数值方法也适应分析壁厚不连续且壁厚不对称的复合材料层合壳问题。     

极坐标系中弹性力学平面问题的Hamilton正则方程及状态空间有限元法

本文给出了极坐标系下弹性力学平面问题的Hamilton正则方程,并提出一种求解该方程的状态空间有限元法。文中通过对Hellinger-Reissner混和变分原理的修正,导出了Hamilton正则方程及其对应能量泛函,然后采用分离变量法对其场变量进行分离变量,这样就可在θ方向采用通常的有限元插值,而沿半径r方向采用状态空间法给出解析解答,从而实现了有限元法与控论制中状态空间的结合。通过计算表明,本文方法精度高。     

正交异性层合厚板的混合状态Hamiltonian元

本文给出一种求解正交异性层合厚板混合状态Hamilton正则方程的半离散半解析方法。该方法沿板厚方向未作任何有关位移和应力的人为假设,采用状态控制方程给出解析解答,并采用分层迁移法进行计算,保持了层与层之间位移和应力的连续,大大地减少了未知量数目。      

弹性地基上四边自由矩形薄板的自由振动

将弹性地基用Winkler模型来代替。首先把弹性地基上矩形薄板的动力学方程表示成为Hamilton正则方程，然后采用辛几何方法对全状态相变量进行分离变量，并利用得到的共扼辛正交归一关系，求出弹性地基上四边自由矩形薄板的固有频率和振型的解析解表达式。由于在求解过程中不需要事先人为的选取挠度函数，而是从弹性地基上矩形薄板的动力学基本方程出发，直接利用数学的方法求出可以满足四边自由边界条件的固有频率和振型的解析解表达式，使得问题的求解更加合理化。文中的最后还给出了计算实例来验证本文所采用的方法以及所推导出公式的正确性。     

矩形悬臂厚板的解析解

首先把胡海昌提出的弹性厚板弯曲问题的简化方程表示成为Hamilton正则方程,然后利用辛几何方法对全状态相变量进行分离变量,求出其本征值后,再按本征函数展开的方法求出矩形悬臂厚板的解析解。由于在求解过程中不需要事先人为地选取挠度函数,而是从厚板弯曲的基本方程出发,直接利用数学的方法求出可以满足其边界条件的这类问题的解析解,使得问题的求解更加合理论化。最后还给出了计算实例来验证所采用的方法以及所推导出的公式的正确性。     

压电层合板的B样条小波有限元半解析法

利用小波有限元法的优越性可方便地求解压电材料与复合材料混合层合板的某些静力学问题。根据层合结构的特点,将区间B样条尺度函数作为插值函数离散结构的平面域,应用压电材料修正后的H-R(Hellinger-Reissner)变分原理推导了压电材料的Hamilton正则方程的区间B样条小波(BSWI)元列式。该BSWI元的主要特点之一是厚度方向是解析解形式的。针对具体问题的求解,为了保证各层之间力学量和电学量的连续性,进一步应用了状态转移矩阵技术。数值算例表明所提出的区间B样条小波单元是成功的。采用推导压电材料BSWI元的方法可建立磁电弹性材料类似的BSWI元。     

四边简支压电层合板灵敏度分析的精确解

为了应用弹性力学中的Hamilton 正则方程研究压电材料的灵敏度系数问题,基于压电材料的H-R(Hellinger-Reissner) 变分原理,简要地导出Hamilton正则方程算子表达式,建立了四边简支板静力学控制方程。根据灵敏度定义,在静力学控制方程的基础上联立灵敏度控制方程,得到了增维的齐次压电材料静力响应和灵敏度系数混合控制方程。应用该方程可以同时求得压电层合板的力学、电学参量及其灵敏度。该算法过程简单、运算效率和稳定性好。数值算例结果与有限差分法的结果比较表明本文方法切实有效。      

复合材料迭层板的Hamilton正则方程及其状态空间有限元法

本文给出了复合材料迭层板的Hamilton正则方程,并提出了与其对应的状态空间有限无法。文中通过对Hellinger-Reissner混和变分原理的修正,导出了Hamilton正则方程的对应范函,并采用分离变量法对其场变量进行离散,然后在一个方向上采用有限元插位,在另一方向上采用状态空间法给出控制坐标方向的解析解答,从而实现了有限元法与状态空间法的结合,并解决了迭层板计算中的直线假定问题。      

热弹性正交双曲壳广义H-R变分原理和齐次向量方程

基于热弹性体基本方程,根据弹性体修正后的H-R变分原理,建立正交双曲坐标系下热弹性体在温度梯度下的广义H-R变分原理,并推导了相应的非齐次广义Hamilton正则方程。再根据对偶变量理论,通过增加方程的维数,导出了可独立求解的齐次向量方程。齐次向量方程的导出,大大简化了热弹性层合正交双曲壳的求解过程,提高了计算精度。实例分析验证了该文方法的正确性。     

A three-dimensional semi-analytical model for the composite laminated plates with a stepped lap repair

A three-dimensional semi-analytical model of the static response and sensitivity analysis was established based on the state space methods and meshless method for the composite laminated plates with a stepped lap repair. Firstly, the meshfree formulations of Hamilton canonical equation and the linear spring-layer were deduced by the radial point interpolation method (RPIM) shape functions and the modified Hellinger–Reissner (H–R) variational principle of elastic solids. And then a three-dimensional hybrid governing equation of the static response analysis and sensitivity analysis were developed for the composite laminated plates with a stepped lap repair. The present three-dimensional semi-analytical model with no initial assumptions regarding displacement and stress accounts for the transverse shear deformation and rotary in the governing equation of structure. By using the hybrid governing equation in the response analysis and sensitivity analysis, the convoluted algorithm can be avoided in sensitivity analysis, and the response quantities and the sensitivity coefficients can be obtained simultaneously.     

Three-dimensional semi-analytical model for the static response and sensitivity analysis of the composite stiffened laminated plate with interfacial imperfections

For the stiffened composite laminated plates with interfacial imperfections, the problem of static response and sensitivity analysis was investigated in Hamilton system. Firstly, the meshfree formulation of Hamilton canonical equation for the composite laminated plate with interfacial imperfections was deduced by the linear spring-layer and the state-vector equation theory. And then, based on the equation of plates and stiffeners, governing equation of the composite stiffened laminated plate was assembled by using the spring-layer model again to ensure the compatibility of stresses and the discontinuity of displacements at the interface between plate and stiffeners. At last, a three-dimensional hybrid governing equation was developed for the static response analysis and sensitivity analysis.     

双壳耦合结构与大型发电机定子系统的振动特性分析

以圆柱壳的Hamilton正则方程为基础,推导了受弹性约束的双层圆柱壳的耦合方程,并将其应用于大型发电机定子系统的振动特性分析。分析方法是半解析法,没有应力和位移模式的假设,不限制壳的厚度,不要求两壳间的连接弹簧或其它支撑弹簧均匀分布;该方法象一般有限元方法一样适应复杂的边界条件和由多种材料构成的结构,未知量少,计算速度快,数据准备方便,适合工程应用。     

叠层厚壳动力分析的Hamilton方程及精确解

本文通过动力问题的Hellinger-Reissner变分原理,在柱坐标系下,导出了Hamilton正则方程,未采用任何有关应力或位移模式的人为假设,用状态空间法给出了薄的、中等厚度的以及强厚度的叠层闭口柱壳的精确频率,此解满足所有弹性力学基本方程,并计及了全部弹性常数,任意需要的精度均能得到.此法可通用于其它板壳的动力计算问题.     

厚度不连续悬臂梁板的自由振动分析

将厚度不连续梁板视为层合板, 分别应用Hamilton 正则方程半解析法建立每一层的线性方程。考虑到每两层连接界面上应力和位移的连续性, 联立各层的方程得到整个结构的特征方程, 其主要的优越性表现为: 控制方程不限制不连续梁板的厚度, 并能适合处理厚度不对称且不连续的层合板。本文中的方法可修改或扩展用来分析加筋压电材料层合板或带有压电材料传感器和驱动器块的板壳等问题。