充液圆柱壳的波传播和功率流特性研究

以一无限长弹性充液圆柱壳为研究对象，分别用Ｆｌｕｇｇｅ壳体理论与Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ方程分析管壁结构波运动和管内声场，通过管壁内表面的运动协调条件，建立此耦合系统的运动微分方程。分析了耦合波的传播特点。重点讨论在自由传播波作用时，由壳体中各内力传播的功率流，从能量角度分析了各种波的传播特点。     

三明治耦合板的能量辐射传递模型EI北大核心CSCD

该研究的目的是将能量辐射传递法(radiative energy transfer method,RETM)推广到三明治耦合板模型中。推导了三明治板的振动控制方程,获得结构的波传播特性参数。基于波法推导了三明治耦合板的能量传递系数。根据能量密度控制方程,得到能量密度和功率流强度的核函数。根据惠更斯原理,结构内部的能量可由实源辐射的直接场能量与边界虚源的反射场能量叠加得到。求解第二类Fredholm积分方程获得边界虚源的强度。数值算例结果与模态叠加和功率流分析(power flow analysis,PFA)对比,验证了所建模型的正确性和准确性。对L型耦合三明治板求解,获得其能量密度和功率流分布特征。     

梁与正交各向异性板弯曲波的传递特性研究

以正交各向异性板与各向同性梁耦合系统弹性波传递特性为研究对象,基于弯曲波传播的动力学分析,推导出子系统间的功率流传递系数(power flow transmission coefficient,PTC)和耦合边界处的耦合损耗因子(coupling loss factor,CLF)表达式.计算分析了内损耗因子、频率和方向...     

基于波传播方法和多元分析的正交各向异性圆柱壳振动特性研究

采用Flügge经典薄壳理论和波传播方法讨论了正交各向异性圆柱壳的自由振动问题。波传播法利用梁边界简化对应圆柱壳的边界条件,自由振动问题转换为求解关于圆频率的6次方程;通过参数化求解过程,获得了一定范围下正交各向异性圆柱壳自由振动的解空间。针对该空间应用多元统计方法讨论了圆柱壳的几何参数、材料特性参数对于频率的影响,分析了这些参数和频率的关联程度;基于方差分析讨论这些因素对频率的影响重要程度,并采用自组织映射技术研究了解空间的特性。该方法具有一般性,能够考虑正交各向异性圆柱壳在复杂边界和受外力的情况。     

横观各向同性饱和土体的实用波动方程

假定饱和土体土骨架及渗透系数具有横观各向同性，土颗粒不可压缩，建立了横观各向同性饱和土体实用波动方程，推导出横观各向同性饱和土体平面简谐波的波速弥散方程，结果显示横观各向同性饱和土体存在四个体波，其中一个为ＳＨ波，其余三个当波沿水平面或垂直水平面传播时，才分别是ＳＶ波、Ｐ１波和Ｐ２波。最后，用数值方法分析了ＳＨ波、ＳＶ波、Ｐ１波和Ｐ２波沿水平面和垂直面传播时的波速弥散曲线与特征衰减曲线，以及各个弹性波沿与水平面成４５°方向传播时的波速弥散曲线。     

基于三维弹性理论的碳纤维板中Lamb波建模

基于主动Lamb波的结构健康监测是目前复合材料结构损伤监测技术研究的热点之一,了解Lamb波的传播特性对进行可靠的损伤监测非常重要.本文结合经典三维弹性理论与Lamb波的运动位移方程,对碳纤维复合材料板中传播的Lamb波传播特性进行了建模研究,在此基础上推导了碳纤维板的相速度频散曲线,并讨论了Lamb波传播方向与坐标轴之间的夹角及碳纤维铺层方向对频散曲线的影响,建模结果证明了这种建模方法的正确性.     

三维耦合简正波-抛物方程理论

引言 海洋中存在着非常复杂的海底地形、底质变化、以及声速剖面的三维变化.这些环境变化会对声传播产生强烈的影响,人们因此不得不考虑三维海洋环境中声场计算的问题.Abawi等[1]将耦合简正波理论和抛物方程方法结合起来,提出了耦合简正波-抛物方程(CMPE)理论.CMPE理论在垂直方向采用本地简正波分析,在水平与方位角方向采用抛物方程方法求解简正波幅度方程,可以充分发挥抛物方程法水平方向计算速度快的优点,并克服抛物方程在频率增高和海深增加时计算速度急剧下降的缺点.彭朝晖等[2]在此基础上,结合我国学者提出的广义相积分(WKBZ)理论[3]和波束位移射线简正波(BDRM)理论[4],提出了一个快速预报声在水平变化海洋环境中传播的数值方法.本文在文献[2]工作的基础上,将二维问题推广至三维(CMPE3D).     

磁电弹功能梯度材料板中的波动特性

假设材料常数和电、 磁常数沿板厚方向呈梯度变化, 将电磁功能梯度材料板沿厚度方向划分为层单元, 建立单元的控制方程, 然后根据单元之间的连续条件将单元控制方程装配成系统的控制方程, 求解控制方程, 得到不同模态波的弥散曲线, 分析了电磁参数对波的弥散特性的影响, 同时研究了材料梯度对弹性位移、 静电势和静磁势分布的影响, 并对磁电功能梯度材料中波的六个特征波面进行了分析。计算结果表明材料梯度引起弹性位移、 静电势、 静磁势的分布集中于材料参数梯度减少的方向, 材料为正交各向异性弹性材料。      

非理想界面正交各向异性层/压电半空间结构中Love波的传播特性

研究了正交各向异性层与压电半空间非理想连接时Love波的传播特性。其中,界面条件由剪切滞后模型表征,正交各向异性层表面机械自由。首先,对压电材料和正交各向异性材料的波动方程进行求解,然后利用界面条件和边界条件推导了显函形式的频散方程,最后进行了数值计算,分析了界面性态、压电材料性能和正交各向异性程度对频散特性的影响。分析结果表明：Love波的传播速度随着界面约束强度的降低而减小;当不理想程度较高时,正交各向异性程度和压电材料性能对Love波的传播速度影响不大。     

L型耦合板结构能量传递系数特性的研究

采用功率流有限元等能量方法研究高铁车厢等大型耦合结构的振动传递特性时,能量传递系数是必须首先要解决的关键问题之一。将L型耦合板结构用两耦合的半无限板代替,同时考虑了结构中传递的弯曲波、面内的纵向波和剪切波,采用行波方法对耦合边界处的波型转换进行了研究,对各传递系数进行了求解。在此基础上,讨论了入射波的入射角、板厚、入射波激励频率(20 rad/s~2e6 rad/s)等对波型变换和能量传递系数的影响规律,结果表明板厚和频率对波型变换有着重要影响,同时板厚和激励频率的增加会使面内纵向波和剪切波的作用越来越大,不可忽略。     

求解平面固体几何大变形问题的有限质点法

有限质点法是基于向量式力学提出的一种新兴的数值计算方法。它采用物理计算模式,将分析域定义成一组质点的集合,并根据牛顿第二定律描述质点的运动,从而取代了传统数值方法中数学连续体的概念。该方法通过虚拟逆向运动分离刚体位移和变形位移,并采用变形坐标的形式来计算内力,再利用显式时间积分逐步求解质点运动方程。分析中可以通过描述各质点的轨迹来追踪整体的运动行为。该文阐述了有限质点法的基本概念和原理,推导了平面固体的内力求解公式,并将其应用于平面固体几何大变形问题的数值计算,通过自编程序对实例计算的结果表明,该方法有良好的精度和收敛性,对于求解平面固体的大位移、大转动问题是有效的、可行的。     

刚性背衬条件下覆盖层弹性对水下爆炸冲击波载荷的影响规律

先前的研究求解夹芯结构水下爆炸响应时，认为与水接触的板为刚性，其纵向的弹性很少考虑。基于波动理论建立了考虑冲击波、流固耦合和空化一维理论模型求解具有不同刚度和厚度的弹性覆盖层的响应。理论模型通过有限元结果得到验证。开展了包括破水波和重构波的传播以及重构波前辐射的压力波的空化的形成、扩展过程的研究。并利用理论模型预测覆盖层阻抗和厚度对湿表面压力峰值和传递的冲量的影响。     

线载荷作用下面内运动正交各向异性板的亚谐波共振

研究面内运动正交各向异性薄板在线载荷作用下的亚谐波共振问题。给出面内运动正交各向异性薄板的动能和势能表达式,并推得几何非线性下正交各向异性条形板的非线性振动方程。针对简支边界约束情况,考虑三阶模态并运用伽辽金积分法,推得关于时间变量的无量纲化达芬型非线性振动微分方程组。应用多尺度法对非线性系统的亚谐波共振问题进行求解,得到了稳态运动下关于不同阶模态的共振幅值响应方程。应用李雅普诺夫稳定性理论,对解的稳定性进行分析,得到了稳态解的稳定性判别式。通过数值算例,得到了振幅特性变化曲线图,分析了速度、线载荷、材料属性等参量对系统共振特性的影响,结果表明,系统呈现较为明显的非线性共振特征。     

前屈曲耦合变形对FGM圆板稳定性的影响

功能梯度材料结构沿厚度方向具有非均匀性,在其本构关系中会存在拉伸-弯曲耦合效应。在某些条件下,由于这个耦合效应的存在会引起前屈曲耦合变形,因此只要施加面内外载荷,就会伴随该载荷而产生耦合挠度。该文基于经典非线性板理论,导出了计及前屈曲耦合变形时功能梯度圆板稳定性问题的基本方程,并给出了判断功能梯度圆板是否发生屈曲现象的方法。用打靶方法对所得方程进行了数值求解,并利用数值结果研究了在不同边界条件和不同外因素下前屈曲耦合变形对功能梯度圆板稳定性的影响。     

直线型正交异性复合材料圆板的大挠度弯曲

本文研究了复合材料直线型正交各向异性圆板的大挠度弯曲问题。首先通过周向刚度分析建立了非轴对称挠曲函数的形式:然后采用伽辽金法求解卡门方程, 其中应力函数是通过求解其非线性协调方程而精确得到的。由此,对周边固支而径向位移约束和自由两种边界条件求解了几种各向异性性质的复合材料园板;并讨论了非轴对称位移项引起的影响。计算结果表明, 非轴对称位移项的影响随着材料正交各向异性强度的增大而更加显著。当材料刚度系数比E₁/E₂=40时, 其对挠度的影响可达17％。      

Wick型随机WBK浅水波方程的白噪声泛函解

WBK浅水波方程是数学物理中的重要方程之一,对其研究有重要意义。经典方法都是在确定状态下研究波方程的性质和精确求解。随机分析和白噪声理论的建立和发展为波方程的研究提供了新的内容、方法和工具,因此,研究随机状态下波方程就成为可能。本文就是研究随机状态下WBK浅水波方程的精确求解问题:在Kondratiev分布空间(S)-1中,利用Hermite变换和齐次平衡法研究Wick-型随机WBK浅水波方程的精确求解,给出其白噪声泛函解,并给出了该方程在系数F(t)取不同白噪声泛函时的几个例子。     

叠层板在两项简谐激励作用下的组合共振分析

研究了在四边简支的边界条件下,正交各向异性矩形叠层板在两项横向简谐激励作用下的非线性组合共振及其稳定性问题。在给出了正交各向异性叠层板的振动微分方程的基础上,利用伽辽金法导出了相应的无量纲化达芬型非线性强迫振动方程。应用多尺度法对组合共振问题进行求解,得到了系统在稳态运动下的幅频响应方程。基于李雅普诺夫稳定性理论,得到了解的稳定性判定条件。通过数值算例,对几种复合材料薄板的共振特性进行了分析,分别给出了不同条件下系统运动的响应图、幅频图和动相平面图,讨论了不同参数对系统非线性动力学行为的影响。     

混凝土结构烟囱爆破拆除的动力响应特征分析

烟囱定向控制爆破倒塌过程中,爆破作用不仅使爆破位置的结构产生破坏,而且爆破产生的应力波对上部结构产生很大的作用,为了探讨其产生的原因,利用运动行波的运动方程,求解不同起爆条件下行波的运动规律,以及不同时刻爆炸应力波在烟囱中产生的应力作用行为和结构质点位移,发现了最大拉应力、结构质点位移可能出现的时刻和位置,并拟合绘制出了最大拉应力、质点位移的分布曲线。对高100m混凝土结构烟囱的爆炸作用进行计算分析,认为烟囱定向控制爆破的起爆宜采用低段别、短延期时差的起爆网路。     

波纹夹层板线性弯曲分析的无网格伽辽金法

提出了一种求解波纹夹层板结构线性弯曲问题的无网格模型。将波纹夹层板看成两侧平板和中间波纹板核的复合结构,用正交各向异性板等效近似波纹板核。先基于一阶剪切变形理论,由无网格伽辽金法建立各板的刚度方程,再通过位移协调条件将各板刚度方程叠加,以得到整体刚度方程。采用全转换法处理位移边界。算例表明：该文所提出的无网格模型分析波...     

纤维增强复合板中声弹Lamb波的波结构分析

基于线性三维弹性理论和"增量变形力学"理论,采用勒让德正交多项式展开法,推导了在水平和垂直方向施加初应力时,沿纤维增强复合板的非主对称轴方向传播的声弹Lamb波的波动方程,并对波动方程进行数值求解。为了验证方法的准确性,将该文方法求解的各向同性材料的相速度频散曲线与Disperse^?软件的计算结果进行比较,两者吻合良好。以单层单向纤维增强复合材料板为例,计算了无初应力状态下的波结构应力曲线,并与应力自由边界初始条件的一致性进行了比较。研究了水平和垂直方向初应力效应对Lamb波频散曲线的影响。针对声弹效应较为敏感的Lamb波A0模态,着重分析了初应力效应对波结构位移分布曲线的影响。