从Levinson高阶梁理论的一致变分到高次翘曲梁理论

将矩形截面梁的截面翘曲位移设定为3次Legendre多项式的形式,利用弹性力学平面应力问题分项的不完全的广义变分原理,导出高次翘曲梁理论,得到形式简单易求解的方程。由于引入轴向拉伸的情况,使梁的平面内变形问题得以统一;计及了梁表面剪切荷载的作用,并严格满足表面剪应力边界条件;通过引入轴向位移约束参考点间距离的概念对梁端翘曲约束作更精致地描述,且使得该理论包含了变分一致或者不一致的高阶剪切梁理论。该理论的推导还表明,Levinson梁理论的变分不一致仅仅局限于有转角约束的梁端。通过算例,将高次翘曲梁理论与弹性力学平面应力问题以及Timoshenko梁理论、Levinson梁理论进行比较,初步显示出该理论的优越性。

大挠度剪切理论下复合材料夹层圆柱扁壳的广义傅里叶级数解法

大挠度剪切理论下复合材料夹层圆柱扁壳的稳定性控制方程是一组非线性高阶常系数偏微分方程，其中包含四个独立的函数，它们分别为横向挠度ｗ、参考曲面的法线转角Φｘ、Φｙ和应力函数Ｆ。本文中将这四个独立的函数表示为广义傅里叶级数，选用了两个变量分离的梁本征函数之积构成广义傅里叶级数的通项，通过梁本征函数中的待定常数使所选级数预先满足简支、固支或弹性支持边界条件。然后把以广义傅里叶级数表示的独立函数代入控制方程中便将这个非线性高阶常系数偏微分方程转化为非线性代数方程组，这样便可以寻求不同的通用程序进行求解。从而为复合材料叠层、夹层板壳在复杂边界条件下的弯曲、振动和稳定问题的求解探索出了一种通用的、有效的方法。

热-力-粘弹耦合多孔FGVM梁的动力学特性

研究了初始轴向机械力作用下三参数Winkler-Pasternak粘弹性地基上多孔功能梯度粘弹性材料(FGVM)梁在热环境中的自由振动特性。考虑满足热传导方程的稳态温度分布以及材料性质的温度相关性,采用Kelvin-Voigt模型并由含孔隙率修正的混合幂率梯度分布来表征内含均匀孔隙FGVM梁的材料属性。基于n阶广义梁理论,在Hamilton体系下建立该系统动力学模型的控制方程;应用扩展型广义Navier法得到固支-固支、固支-简支、简支-简支这3种边界FGVM梁耦合振动输出响应的精确解;通过算例主要探究了梁理论、边界条件、热-力耦合效应、粘弹性地基系数、结构内阻尼系数、孔隙率、材料梯度指标、跨厚比以及振型阶次等诸多参数对FGVM梁动力学特性的影响。

基于改进型GDQ法FGM纳米梁的热-机耦合振动及屈曲特性分析

基于Eringen非局部线弹性理论,采用n阶广义梁理论(GBT),应用改进型广义微分求积(MGDQ)法数值研究了初始轴向机械力及热载荷共同作用下功能梯度材料(FGM)纳米梁的耦合振动及耦合屈曲特性。考虑了材料性质的温度相关性,且温度沿梁的厚度方向按不同类型稳态分布,采用Voigt混合幂率模型表征FGM纳米梁的材料属性。在Hamilton体系下统一建立描述结构耦合振动及屈曲问题力学模型的控制微分方程。通过引入梁边界条件控制参数,实施了3种典型边界FGM纳米梁耦合振动响应MGDQ法求解的MATLAB统一化编程。基于屈曲与振动这两类静动态响应之间的二元耦联性,通过编写相应循环子程序用来获得屈曲静态响应。与已有研究结果对比表明:该分析方法切实可行、行之有效,极大地提高了计算效率。最后,分析了梁理论、边界条件、尺度效应非局部参数、初始轴向机械力、温度分布、升温、热-机耦合效应、材料组分梯度指标、跨厚比等诸多参数对FGM纳米梁振动及屈曲特性的影响。

基于二元耦联性解耦下多孔FGM梁的热-力耦合振动与屈曲特性

采用一种改进型广义微分求积(MGDQ)法,数值研究了初始轴向机械力作用下含均匀孔隙的功能梯度材料(FGM)梁在热环境中的耦合振动及耦合屈曲特性。考虑了材料性质随温度的相关性,温度沿梁的厚度方向按不同类型稳态分布,采用含孔隙率修正的Voigt混合幂率模型来表征多孔FGM梁的材料属性。采用一种n阶广义梁理论(GBT),在Hamilton体系下统一建立描述该系统耦合振动及屈曲问题力学模型的控制方程。通过引入边界控制参数,可实施3种典型边界梁动态响应MGDQ法求解的MATLAB统一化编程。基于两种静动态力学行为之间的二元耦联性,编写循环子程序用来获得屈曲静态响应,该分析方法极大地简化了解耦过程并提高了计算效率。通过算例主要探究了梁理论、边界条件、温度分布、升温、初始轴向机械力、热-力耦合效应、孔隙率、梯度指标、跨厚比等诸多参数对多孔FGM梁振动及屈曲特性的影响,同时刻画并揭示了两种静动态力学行为之间的二元耦联性。

湿-热-机-弹耦合FGM梁的稳定性及振动特性

研究了初始轴向机械载荷作用下Winkler-Pasternak弹性地基上功能梯度材料(FGM)梁在湿-热环境中的稳定性及振动特性。假设温度和湿度沿梁厚度方向稳态分布,材料的物性依赖于温度且按Voigt混合幂律模型连续分布。首先,基于一种扩展的n阶广义梁理论,应用Hamilton原理,统一建立了以轴向位移、弯曲变形项挠度及剪切变形项挠度为基本未知函数FGM梁的屈曲及自由振动方程,采用Navier解法获得了FGM简支梁静动态响应的精确解。其次,通过算例验证并给出了该广义梁理论阶次n的理想取值,丰富梁理论的同时,可供验证或改进其他各种剪切变形梁理论。最后,着重探讨了3种湿-热分布下湿度与温度增加、初始轴向机械载荷、跨厚比、地基刚度、梯度指标等诸多参数对FGM梁稳定性和振动特性的影响。

基于不同本构关系的夹层梁颤振分析

研究了超声速流中粘弹性夹层梁的稳定性。对夹层梁阻尼层分别采用Kelvin模型本构关系与Maxwell模型本构关系,根据微元受力平衡及力矩平衡原理得到两种粘弹性模型本构关系的夹层梁在超声速气动力下的振动控制方程。使用Galerkin离散方法得到两种模型振动方程的特征根。对比分析了两种粘弹性模型对夹层梁振动频率及振动稳定性的影响。计算结果显示,在一定的气动力下,夹层梁因不同阶频率的耦合而产生颤振;对夹层梁阻尼层选择不同粘弹性模型本构关系不会对颤振点及颤振的发散产生明显影响。

功能梯度压电材料梁的热-机-电耦合振动及屈曲特性分析

为提高梁理论对静动态响应预测的可靠性和准确性,基于一种n阶广义梁理论,研究外驱动电压及轴向机械载荷共同作用下功能梯度压电材料(Functionally graded piezoelectric material,FGPM)梁在热环境中的耦合振动及屈曲特性。考虑温度沿梁厚按不同类型稳态分布,采用Voigt混合幂率模型表征FGPM梁的材料属性,应用Hamilton原理统一实施静动态建模,采用Navier法求解FGPM简支梁的动态响应。分析不同梁理论、不同温度分布、热-机-电耦合效应、材料组份梯度指标、跨厚比等诸多参数对梁振动频率和屈曲临界载荷特性的影响,揭示多因素影响下FGPM梁耦合屈曲和耦合振动这两类静动态力学行为之间的二元耦联性。结果表明,通过改变外驱动电压大小和极化方向均可实现FGPM梁在热-机-电耦合作用下的振动控制以及稳定性安全设计。

湿-热-机耦合作用下多孔功能梯度梁的振动及屈曲特性

采用一种拓展的n阶广义梁理论(GBT),研究了轴向机械载荷作用下多孔功能梯度材料(FGM)梁在湿热环境中的振动及屈曲特性。考虑了材料的物性随温度变化,湿-热沿梁厚按三种不同类型分布,采用含孔隙率的修正Voigt混合率模型描述多孔功能梯度梁的材料属性,在宏-细观力学模型框架下应用Hamilton原理统一建立了系统的自由振动及屈曲方程,采用Navier法求解FGM简支梁的静动态响应。通过算例验证并讨论了GBT阶数n的理想取值,可用于丰富梁理论。探讨了湿热效应、湿-热-机耦合、孔隙率、材料梯度指标、跨厚比对FGM梁振动及屈曲特性的影响。结果表明:湿-热加剧降低了FGM梁的频率和临界载荷,且不同类型的湿热分布对其减小程度有显著差异;随着孔隙率增大,梁结构的整体刚度虽有所弱化,但在湿热环境中频率反而增大,稳定性增强;湿-热效应对多孔FGM细长梁频率和稳定性影响十分显著,但对短粗梁的影响比较有限。

FGM梁临界屈曲载荷的改进型GDQ法分析

研究了功能梯度材料(FGM)梁在轴向静载荷作用下的屈曲问题.首先,基于一阶剪切变形梁理论(FSBT),应用最小势能原理,建立了以轴向位移、挠度及转角为基本未知函数功能梯度Timoshenko梁屈曲的控制微分方程.其次,通过引入边界条件控制参数,采用一种改进型广义微分求积法(MGDQ)数值研究了4种典型边界功能梯度Timoshenko与Euler梁的屈曲特性.算例结果表明:本文的分析方法切实可行、行之有效.最后,着重分析了梁理论、边界条件、梯度变化指数、跨厚比对FGM梁临界屈曲载荷的影响.

高阶矢量贝塞尔涡旋波束的单球形气溶胶粒子散射特性研究

运用广义洛伦兹-米散射理论(GLMT)研究了高阶矢量贝塞尔涡旋波束的单球形气溶胶粒子的散射特性,将直角坐标系下沿z轴方向传播的贝塞尔波束的电磁场强度各分量表达式转化成球坐标系下各个分量的表达式,使用GLMT中的积分局部近似法计算贝塞尔涡旋波束的波束因子,进而计算在轴入射的高阶矢量贝塞尔涡旋波束的单球形气溶胶粒子散射。以硝酸铵球形粒子为例,通过数值计算,讨论了不同拓扑荷数和半圆锥角矢量贝塞尔涡旋波束与气溶胶粒子作用的微分散射截面随散射角变化的分布,以及消光截面、散射截面和吸收截面随均匀球形气溶胶粒子尺寸参数的变化情况。结果表明,随着贝塞尔涡旋波束拓扑荷数的增大,粒子微分散射截面值逐渐减小;拓扑荷数一定的贝塞尔涡旋波束随着光束半圆锥角的增大,消光截面、散射截面和吸收截面各值整体上趋向减小。