求解受钉传载荷含双边非对称边缘裂纹各向异性板的解析－变分方法

以单边边缘裂纹二维应力场与位移场展开式为基础,采用分区广义变分原理研究受钉传载荷含双边非对称边缘裂纹各向异性板应力强度因子。首先建立精确满足各向异性板基本微分方程和绕钉孔的合力平衡条件及位移单值条件的应力场和位移场的级数表达式,然后应用分区广义变分方法满足边界条件及子域间的交界条件并由此确定应力强度因子。在变分方程中只存在沿板边界的线积分,简化了计算程序和输入数据,且计算结果收敛迅速、准确。给出了求解非对称边缘裂纹问题的系统计算曲线。     

板和型材均含有裂纹的加筋板应力强度因子计算

本文应用复变应力函数和分区广义变分原理,提出了确定型材和板有裂纹的加筋板应力强度因子的计算方法。采用复变应力函数使裂纹的边界条件精确地得到满足,应用分区广义变分原理使其它边界条件近似地得到满足。本文应用加筋条为角材,其中一根角材含有边缘裂纹,板含有中心裂纹的加筋板,在垂直裂纹平面的远处受均匀拉伸载荷为例,给出了应力强度因子的计算公式。对一特定的结构参数,给出了应力强度因子随裂纹长度变化曲线。     

压电材料壳的广义变分原理和状态向量方程

将三维弹性材料的H-R变分原理引入到具有机-电耦合效应的三维压电弹性材料圆柱壳问题中,建立了对应于正交各向异性压电材料圆柱壳的Hamilton型广义变分原理。通过变分运算得到了柱坐标系下的状态向量方程,该状态向量方程也是Hamilton正则方程。最后指出纯正交各向异性弹性材料壳Hamilton型广义变分原理是变分公式的特例。变分原理的建立将有利于压电材料圆柱壳静力学和动力学问题的有限元方法或半解析法的推导。     

含有层间裂纹的双金属层板复变变分解法及其在胶接件中之应用

 本文根据穆斯海里什维利公式、裂纹表面边界条件与界面连续条件得到了含有层间裂纹的双金属层板应力与位移场的本征展开式。本文进一步利用分区广义变分原理代替边界条件,确定应力强度因子。由于所有方程预先满足,在变分方程中,只有线积分。对胶接件界面裂纹的计算表明,本方法收敛迅速节省机时。     

八节点Hamiltonian等参元列式

为了使平面八节点等参元的优越性在弹性力学Hamilton正则方程的半解析法得到应用。结合弹性材料修正后的Hellinger—Reissner（H—R）变分原理和二次插值函数表达平面外应力和位移函数,建立了Hamilton正则方程的八节点等参元列式。首先简要地介绍了弹性材料修正后的H—R变分原理．然后用二次插值函数表示平面外应力和位移变量,并详细地推导了Hamilton正则方程的八节点等参元列式。数值实例结果证明了本文等参元列式的正确性。     

复合材料层合板的杂交有限元方法

结合复合材料修正后的H-R混合变分原理,直接借助应力-应变关系,推导了新的应力模式,建立了复合材料层合板的杂交等参有限元列式.利用Mathematica语言编程进行数值实例分析,其计算结果与相关文献的精确解以及Abaqus软件建模分析结果对比,实例证明该方法所得到的各个静力学量更接近精确解,并且可用较少的网格划分得到较精确的解.     

分析有限大内部开裂板的复变-变分方法及其应用

 本文利用复交函数方法导出了含内部裂纹有限大板的应力及位移的全场解。用变分原理处理边界条件,求解了含中心裂纹、孔边裂纹、偏心裂纹有限大板的应力强度因子,并对用铆接加强环加固以后的孔边开裂板进行了分析和计算。算例表明,本方法收敛快,省机时。     

含孔边裂纹有限大单块板的解析变分解法

本文利用复变函数方法导出含孔边双侧直线裂纹有限大板应力与位移的全场表达式,满足所有基本方程式、裂纹表面边界条件与复连通域位移单值条件。应用变分原理满足其余边界条件并求解应力强度因子。变分方程中只有线积分。故本方法计算效率较高。     

加筋板声响应的解析分析

解析分析建立离散加筋板模型，探讨筋和板的应变／应力的关系。引入板的应力函数和横向位移函数，通过筋和板的应变协调条件，得到加筋的弯矩和膜力，忽略面内位移的影响，考虑加筋板结构总的能量，运用Hamilton变分原理推导出加筋板结构的运动控制方程，则可以得到由应力函数和横向位移函数两个变量表示的运动控制方程。对横向位移函数采用双级数假设，根据板的变形协调方程，得到应力函数的表达式，运用伽辽金方法，最终得到横向位移函数表示的动力控制方程，求解该方程得到横向位移函数，进而得到板上各点的应力／应变响应，并用于计算典型结构件的声响应（频率、戍力）分析。     

喉衬热结构数值分析

本文采用变分原理有限元法计算喉衬内部的温度、热应变和热应力分布及其随时间变化,并给出计算程序框图。与解析解相比,温度及应力计算具有相当的精度,工程计算亦取得良好效果。     

层合圆板三维非线性问题的解析方法

 提出了一种复合材料层合圆板三维非线性问题的解析方法。分析了中等大挠度的几何非线性问题,采用摄动方法和变分原理来满足三维弹性理论基本微分方程及边界条件,得到了受横向载荷作用的正交各向异性单层固支圆板和层合固支圆板的高精确度三维非线性解析解,并图示出了板中的位移和应力分布。结果表明,该解析方法对于求解层合板的三维非线性问题是有效的。     

盘─鼓结构体─壳过渡元的“虚假应力”现象及改进方法

分析了体—壳过渡元中产生“虚假应力”现象的根本原因，给出了两种改进方法。方案一是在采用体元应力应变模型的基础上提出了一种单元内位移、应变及应力的直接修改方法；方案二是将采用壳体应变应力状态的三维体—壳过渡元推广到轴对称，给出了具体公式。通过几个算例将上述两种方法与改进前方法进行了比较，结果表明本文提出的两种方案均大大改善了轴对称问题体壳过渡元的“虚假应力”现象，相比之下，前者公式简单，更易于实现。     

双周期带涂层纤维压电复合材料反平面问题分析

 研究双周期带涂层纤维压电复合材料反平面问题。利用Eshelby等效夹杂原理引入特征应变和特征电场,并结合双准周期Riemann边值问题理论,获得了问题在反平面机械载荷和面内电载荷作用时的解析解。由本文解的特殊情形可以退化为已有结果。数值算例考察了复合材料内部应力和电场随复合材料各组分电弹参数的变化规律,研究了纤维排列方式和纤维体积分数对复合材料有效电弹系数的影响。带涂层纤维正六边形排列时的有效电弹系数与广义自洽方法的预测结果非常接近。结果对新型航空材料的设计和优化具有参考价值。     

有摩擦弹性接触问题的增量数值解法

 指出应用全量变分法于有摩擦弹性接触问题是不能普遍适用的，提出了这一类问题增量变分法的数值解法和适用于增量法的库伦摩擦力的正则条件。对可转变的边界条件限于较简单的有限个离散点的情况，可采用状态试凑法来确定可变约束条件的状态。数值计算结果表明了本文提出的增量方法的正确性。     

基于广义哈密尔顿原理Pflüger柱与简支板的有限元模型

本文首先对Pfluger柱以简单的方式与工程上习惯的形式列出它的广义哈密尔顿变分泛函,遂使这一非保守问题广义保守化。据此变分原理进行了有限元离散尝试性试验、讨论了这种有限元离散的特点、以显式提供了一种单元模型全部对称的矩阵。在证实Pfluger柱以发散型失稳之后,指出采用通常的瑞利商迭代技术便可简单地获得临界载荷。算例印证了理论也显示了数值上的效力。对于类似的简支矩形板,文中指出可利用Pfluger柱的单元矩阵简单地获得板有限条模型的有关矩阵。     

层合双曲率厚壳的状态方程及其半解析法

采用正交曲线坐标导出了角铺设层合双曲率厚壳的状态方程及其半解析法。该方法在α－β曲面内采用通常的有限元离散,而沿壳厚（ｒ）方向采用状态空间法给出解析解,从而计入了剪切效应的影响,且通过状态转移矩阵的建立,保证了层界面之间层间位移和应力的连续,减少了计算中未知量数目。     

Solving a plane problem of elasticity theory with the use of a hybrid FEM formulation

In the framework of a plane problem of elasticity theory in strength analysis based on the finite element method in the hybrid formulation, we suggest that the approximation of displacements and stresses be used as magnitudes of vector and tensor fields, respectively. The quadrilateral finite element, the displacements and stresses of which are accepted as nodal unknowns is proposed. The mixed Reissner functional is applied to form a finite element deformation matrix.