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2010年 31卷 3期
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217
利用时滞控制非线性饱和控制减振系统减振频带漂移
赵艳影;徐鉴;严志刚
本文主要研究非线性饱和控制减振系统中由于内共振频率偏差引起的减振频带的漂移问题,在该减振系统中考虑时滞对振动系统减振频带漂移以及减振频带宽度的影响,从而利用时滞来控制系统减振频带的漂移问题。采用多尺度方法得到了主共振和1:2内共振同时发生时系统运动方程的解析解。研究结果表明,对原始的无时滞减振系统,由于内共振频率偏差的存在,使得系统的减振频带向主共振点上、下两个方向漂移,并且内共振频率偏差的绝对值越大减振频带漂移的程度也越大,使得减振频带的分布不合理,造成主共振点附近减振效果明显下降。然而,根据内共振频率偏差的变化,适当调节系统中的时滞参数,可以消除减振频带的漂移,同时又能够增大减振频带的宽度。研究还表明,内共振频率偏差的绝对值越大时滞对消除减振频带漂移以及增大减振频带宽度的作用越显著。本文结论对于非线性振动系统的结构振动控制在定性和定量方面都具有参考价值。
2010 Vol. 31 (3): 217-227 [
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228
形状记忆合金纤维复合材料薄壁梁的主动变形模型
任勇生;刘廷瑞;杨树莲;王晓辉
提出具有变形主动驱动作用的SMA纤维混杂复合材料单闭室薄壁截面梁的力-位移本构关系模型。基于变分渐进法导出具有SMA主动纤维的复合材料薄壁空心梁的二维截面刚度系数以及截面内力(矩)与位移(转角)关系方程,含SMA纤维层合板材料性能由混合率进行预测。基于Tanaka的SMA应力应变关系以及Lin的线性相变动力模型,导出了SMA诱发的轴力、扭矩与弯矩的数学表达式。由本文建立的具有拉伸-扭转-弯曲静变形耦合的一般公式出发,讨论周向均匀刚度配置以及周向反对称刚度配置特殊情形,并给出了简化的本构方程。在不考虑SMA纤维含量和温度变化的情况下,本文的模型可以退化为普通纤维复合材料单闭室薄壁截面梁的已有结果。通过数值计算揭示了SMA对弯曲-扭转静变形特性的作用规律,分析了SMA纤维含量与初始应变、驱动温度和复合材料铺层角的影响。
2010 Vol. 31 (3): 228-236 [
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237
塑性损伤本构模型的自由能势函数研究
邵长江
自由能势函数是不可逆热力学量及其共轭量的标量泛函,是广义标准材料模型的重要组成。论文根据损伤状态、过程、作用和伪势的定义和定理,分析了损伤耗散势的数学和物理含义,探讨了损伤耗散势的理论基础和描述耗散势的一般理论方法。研究了耗散势、损伤作用和自由能势函数的相互关系,给出了满足上述基本原理的自由能表达式,基于增量最小原理的变分形式得到了损伤理论基本方程的数值离散方程。
2010 Vol. 31 (3): 237-243 [
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244
基于能量辨识的非线性静电-结构系统的自由度缩减建模方法
林谢昭;应济;陈子辰
为了建立静电致动微板的自由度缩减模型,给出了一种系统能量函数辨识的建模方法。从von Karman应变-位移关系式出发,推导出以广义模态坐标为变量的系统总弹性势能以及电容的多变量多项式表达式。使用一系列静态非线性有限元计算的结果,拟合得到这些多变量多项式的未知系数,再由Lagrangian方程获得原系统自由度缩减模型。利用该模型对器件的静/动态特性进行仿真,计算的费用很低。与有限元结果比较,验证了建模方法的正确性。
2010 Vol. 31 (3): 244-251 [
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252
非理想界面弹性层/压电柱结构中SH波的传播特性
王艳红
研究了各向同性弹性层与压电柱之间非理想连接时沿周向传播的SH波的频散特性。弹性层表面机械自由;弹性层与压电柱之间应力连续、位移间断。通过求解控制方程,将问题的解用Bessel函数表示,利用界面条件和边界条件得到频散方程,然后对其进行数值求解,分析了界面性态、材料常数和几何尺寸对SH波传播特性的影响。
2010 Vol. 31 (3): 252-257 [
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258
2D编织陶瓷基复合材料应力-应变行为的试验研究和模拟
陶永强
本文对2D编织陶瓷基复合材料拉伸应力-应变行为进行了试验研究和理论模拟。将2D编织结构简化为:正交铺层结构和纤维束波动结构。基于基体随机开裂、纤维随机断裂的统计分布理论,得到正交铺层结构的应力-应变关系;基于体积平均方法,将纤维束波动部分分割为若干子单元;由于纤维束的波动使各子单元材料方向与加载方向不一致,因此考虑了各子单元的线性行为和非线性行为对材料响应的影响,同时引入强度分析模型,得到纤维束波动部分的应力-应变关系。结合正交铺层部分和纤维束波动部分的应力-应变关系,得到2D编织结构的应力-应变行为,理论与试验吻合较好。
2010 Vol. 31 (3): 258-268 [
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269
温度梯度水分扩散系数对非饱和双重孔隙岩体中THM耦合影响的有限元分析
张玉军
建立了一种饱和–非饱和遍有节理岩体的双重孔隙—裂隙介质热—水—应力耦合模型,并研制出相应的二维有限元程序。通过一个假定的位于非饱和双重孔隙—裂隙岩体中的高放废物地质处置库算例,就温度梯度水分扩散系数不同的三种工况,考察了岩体中的温度、孔隙水压力、饱和度、地下水流速和主应力的变化、分布情况。结果显示:各工况计算域中温度场及应力场基本相同, 当岩体温度梯度水分扩散系数较大时,近场的负孔隙水压力上升到很高的数值,负裂隙水压力有所下降,饱和度亦有相应的变化,当温度梯度水分扩散系数小到一定程度后,其影响也将逐渐消失。
2010 Vol. 31 (3): 269-277 [
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278
基于结构应力的焊接接头多轴高周疲劳寿命估算
武奇;邱惠清
本文对承受弯扭组合载荷下的焊接接头危险点焊趾处进行了疲劳应力分析。结合结构应力考察了在比例载荷和非比例载荷下焊趾处临界面上的应力分量;建立了基于结构应力和修改的Wohler曲线法的临界面上多轴疲劳寿命估算方法;采用该方法对某管板焊接接头进行了多轴估算,将评定结果与文献中的疲劳试验数据做了比较,同包括欧洲钢结构规范3在内的其他的多轴疲劳评定方法相比,本文提出的多轴寿命估算结果最好,而且该方法具有网格划分不敏感性。
2010 Vol. 31 (3): 278-285 [
摘要
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286
脆性固体碎裂过程中的最快卸载特性
周风华;郭丽娜;王礼立
脆性固体在高应变率拉伸过程中常破碎为多块碎片。本文通过一个一维理论模型,研究动态脆性碎裂过程中固体内部载荷卸载规律,以及碎片尺度的计算方法。假设一维固体中裂纹等间距分布、同时起裂,研究均匀应变率拉伸作用下裂纹阵列的扩张过程。采用线弹性波动方程组描述未断裂固体的动力学关系,采用粘滞断裂模型(cohesive fracture model)描述裂纹的扩张行为,形成完整的初边值问题。采用沿特征线的有限差分计算格式求解控制方程组,得到固体在碎裂过程不同时刻下单位裂纹体内部的应力分布曲线,以及单位裂纹体平均应力随时间的变化规律,确定单位裂纹体达到完全断裂所需要的时间。在给定应变率下,分析不同裂纹间距下的碎裂卸载时间,以及使单位裂纹体以最快速度完全卸载所对应的最佳裂纹间距,并以此间距估算脆性固体在自然动态碎裂过程中的平均碎片尺度。进一步研究了具有不同粘滞性断裂特性的脆性固体的碎片尺度计算数值的差异。
2010 Vol. 31 (3): 286-295 [
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296
厚壁胞体多孔结构接触强度研究
解芳;
选用H59黄铜为材料,制备了含圆形单孔、双孔、三孔以及四孔的圆柱体试样,采用型号为YE-600的液压式压力试验机对试样进行压缩试验,探讨了布孔方式对厚壁胞体多孔结构接触强度的影响;并用有限元法探讨了多孔结构的破坏机理。结果表明:双孔材料水平布孔方式优于垂直布孔方式;三孔材料斜正三角形布孔方式优于正三角形布孔方式;四孔材料正方形布孔方式优于菱形布孔方式;微孔分布半径的增大和微孔个数的增加均有助于提高厚壁胞体多孔结构的接触强度;裂纹萌生于微孔边缘且离初始接触点最近的地方,它由最大拉伸主应力引起并沿着微孔拉应力集中区进行扩展。
2010 Vol. 31 (3): 296-301 [
摘要
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302
相关正态变量情况下基于自适应超球重要抽样的可靠性灵敏度分析的转换法
万越;吕震宙;范宇
针对相关正态变量的可靠性灵敏度分析问题,在将相关正态变量转换成独立正态变量的基础上,首先建立了基于Monte Carlo模拟的转换法,并对其可靠性灵敏度估计值作了方差分析。为了提高可靠性灵敏度分析的效率,又将Monte Carlo转换法与自适应超球重要抽样法相结合,建立了相关正态变量可靠性灵敏度分析的自适应超球重要抽样转换法。所建立方法利用可靠性灵敏度分析所需抽样样本提供的信息,通过迭代逐步确定最优超球半径,并且利用逐步迭代过程中失效域中的最可能失效点形成内插来进行最优半径的搜索,极大地提高了算法的稳健性和效率。由于自适应重要抽样转换法融合了Monte Carlo法的普适、稳健和超球重要抽样的高效性,因此它们对于高度非线性隐式极限状态方程、多个失效模式串、并和混联系统、多个最可能失效点问题均具有很强的适应性,算例结果充分证明了所提方法的稳健、高效、精确和普适性。
2010 Vol. 31 (3): 302-309 [
摘要
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简报
310
两相材料V形切口应力强度因子边界元分析
程长征;牛忠荣;
建立了边界元法计算两相材料粘结V形切口奇异应力场的新途径。在V形切口尖端挖出一小扇形,将该扇形弧线边界的位移和面力表示为有限项奇性指数和特征角函数的线性组合,其组合系数即为广义应力强度因子,将该组合回代到在被挖去小扇形后的剩余结构内建立的边界积分方程,离散后可求解出组合系数,获得两相材料粘结V形切口尖端的应力强度因子。算例证明了本文方法的有效性。
2010 Vol. 31 (3): 310-318 [
摘要
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319
应用于弹性问题的重心有限元法
宋晓光;张景涛
摘要:通过几何的方法构造了在任意多边形上的具有重心型格式的平均值插值函数,并利用Galerkin法提出了应用于弹性问题的重心有限元法。重心有限元法的插值函数在多边形单元间是协调的,能够方便的施加本质边界条件。重心有限元法的插值函数对于不同边数的多边形单元具有统一的表达形式,编程实现简便易行,能够方便的应用于复杂几何区域的求解。通过重心有限元法分别进行了小片试验、悬臂梁和复合材料的有效模量的数值模拟。小片试验的计算精度达到了机器精度;悬臂梁的计算结果与解析解的吻合程度较高;复合材料的有效模量的数值模拟结果与传统有限元和解析解吻合得较好,变化趋势合理。
2010 Vol. 31 (3): 319-324 [
摘要
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编辑部公告
Acta Mechanica Solida Sinica入选2021年国际影响力TOP期刊榜单
祝贺!AMSS和《固体力学学报》编委清华大学张一慧教授喜获第三届“科学探索奖”
祝贺!《固体力学学报》编委湖南大学姜潮教授喜获第三届“科学探索奖”
2020年度Acta Mechanica Solida Sinica 影响因子达到2.161
重要通知
固体力学学报2020年第2期和第3期刊出《固体材料的多尺度与多场耦合力学》专辑
Acta Mechanica Solida Sinica (AMSS) 入选“2019中国最具国际影响力学术期刊”
余寿文教授、黄玉盈教授获得AMSS特别贡献奖(Special Contribution Award)
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