熱、電、磁和力耦合作用下對(duì)稱結(jié)構(gòu)瞬態(tài)響應(yīng)及奇異波動(dòng).pdf

1、彈性物體中耦合場(chǎng)理論的創(chuàng)立和發(fā)展，對(duì)處在高溫、高壓和強(qiáng)電磁場(chǎng)作用下的結(jié)構(gòu)元件的強(qiáng)度、可靠性分析具有非常重要的意義。研究熱、電、磁和力耦合場(chǎng)作用下軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)和熱壓電層合結(jié)構(gòu)的動(dòng)應(yīng)力、瞬態(tài)電勢(shì)、電位移和磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量擾動(dòng)的響應(yīng)歷程與分布規(guī)律具有挑戰(zhàn)性，一直是熱、電、磁和力耦合場(chǎng)領(lǐng)域值得探索的重大課題之一。 本論文研究工作分為二大部分：(1)研究熱、磁和力耦合場(chǎng)作用下，圓筒和層合圓筒結(jié)構(gòu)的動(dòng)應(yīng)力和磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量擾動(dòng)的響應(yīng)歷程與分布規(guī)律以及

2、這些物理量之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)；(2)研究熱、電、磁和力耦合場(chǎng)作用下，壓電圓筒的動(dòng)應(yīng)力、瞬態(tài)電勢(shì)、電位移和磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量擾動(dòng)的響應(yīng)歷程與分布規(guī)律以及這些物理量之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)；研究熱、電和力耦合場(chǎng)作用下，壓電圓柱體、層合壓電圓柱體和壓電層合球殼結(jié)構(gòu)的動(dòng)應(yīng)力、瞬態(tài)電勢(shì)和電位移的響應(yīng)歷程與分布規(guī)律以及這些物理量之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。 在第一部分工作中，提出一種簡(jiǎn)便解析方法求解了在熱沖擊和力載荷作用下處在均勻磁場(chǎng)中厚壁圓筒的熱磁彈性耦合問題。在求解過

3、程中，將熱磁彈性動(dòng)力學(xué)方程的解分為準(zhǔn)靜態(tài)解和動(dòng)態(tài)解的疊加。準(zhǔn)靜態(tài)方程通過直接積分可容易得到準(zhǔn)靜態(tài)解，利用有限Hankel變換、Laplace變換及其反變換得到動(dòng)態(tài)解，從而給出動(dòng)應(yīng)力和磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量擾動(dòng)的解析式，得到圓筒結(jié)構(gòu)的動(dòng)應(yīng)力和磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量擾動(dòng)的響應(yīng)歷程和分布規(guī)律。 其次，給出了在熱沖擊和力載荷作用下處在均勻磁場(chǎng)中層合圓筒的動(dòng)應(yīng)力和磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量擾動(dòng)響應(yīng)歷程和分布規(guī)律的解析方法。在求解過程中，將層合圓筒的每一個(gè)單層作為研究對(duì)象，

4、給出了層合圓筒結(jié)構(gòu)每一單層的熱磁彈性方程的解析表達(dá)式，利用層與層的連接條件和層合圓筒的內(nèi)、外邊界確定了層合圓筒的熱磁彈性方程解析解中的待定常數(shù)，得到了層合圓筒內(nèi)的熱磁彈性動(dòng)應(yīng)力響應(yīng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量擾動(dòng)響應(yīng)的精確解析解。 通過實(shí)例討論和分析，在均勻磁場(chǎng)中圓筒結(jié)構(gòu)的固有頻率不僅與圓筒材料的參數(shù)有關(guān)，而且還與圓筒結(jié)構(gòu)所處均勻磁場(chǎng)的磁導(dǎo)率和磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)；在均勻磁場(chǎng)中圓筒結(jié)構(gòu)在熱載荷和力載荷作用下呈現(xiàn)拉壓交變應(yīng)力狀態(tài)，得到了不同載荷形式對(duì)層

5、合圓筒結(jié)構(gòu)內(nèi)動(dòng)應(yīng)力和磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量擾動(dòng)響應(yīng)歷程的影響規(guī)律；給出了層合圓筒結(jié)構(gòu)的層合模式和層合材料對(duì)均勻磁場(chǎng)中的層合圓筒受熱沖擊和力載荷作用下動(dòng)應(yīng)力和磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量擾動(dòng)的響應(yīng)歷程和分布規(guī)律的影響機(jī)理。 在第二部分工作中，提出一種簡(jiǎn)便的求解均勻磁場(chǎng)中壓電圓筒結(jié)構(gòu)在熱載荷和力載荷作用下的動(dòng)應(yīng)力、電勢(shì)、電位移和磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量擾動(dòng)的解析方法。在求解過程中，將壓電圓筒結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)耦合場(chǎng)方程的解看成是準(zhǔn)靜態(tài)解和動(dòng)態(tài)解的疊加，通過對(duì)非齊次動(dòng)態(tài)方程進(jìn)行有

6、限Hankel變換，借助一個(gè)函數(shù)遞推方法求出了熱彈性場(chǎng)和電磁場(chǎng)的相互作用導(dǎo)致的第二類Volterra積分方程中的待定函數(shù)，得到均勻磁場(chǎng)中的壓電圓筒在熱沖擊和電激勵(lì)載荷作用下的熱電磁彈性動(dòng)力學(xué)耦合問題的解析解；用類似的求解方法，得到了壓電圓柱體在熱載荷和力載荷作用下的熱電彈性動(dòng)力學(xué)耦合問題的解析解。 其次，研究了在熱沖擊載荷和電激勵(lì)作用下層合壓電圓柱體和壓電層合球殼的動(dòng)應(yīng)力、電勢(shì)和電位移的響應(yīng)歷程和分布規(guī)律。在求解過程中，將層合壓

7、電圓柱體和壓電層合球殼的每一個(gè)單層作為研究對(duì)象，給出了層合結(jié)構(gòu)每一單層的熱電彈性方程的解析表達(dá)式，利用層與層的徑向位移、徑向應(yīng)力、電勢(shì)和電位移的連接條件及層合結(jié)構(gòu)的內(nèi)、外邊界條件求出了單層解中的待定常數(shù)，得到了層合壓電圓柱體和壓電層合球殼的熱電彈性應(yīng)力、電勢(shì)和電位移的精確解析解。 通過對(duì)實(shí)例討論和分析，得到了均勻磁場(chǎng)中壓電圓筒在熱載荷、電激勵(lì)和力載荷作用下的應(yīng)力、電勢(shì)、電位移和磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量擾動(dòng)的響應(yīng)歷程和分布規(guī)律；給出了在熱沖擊

8、載荷作用下壓電圓柱體結(jié)構(gòu)中心處動(dòng)應(yīng)力和電勢(shì)的奇異波動(dòng)的具體解析表達(dá)式；揭示了層合壓電圓柱體結(jié)構(gòu)內(nèi)熱電彈性波在柱心或柱心附近存在奇異波動(dòng)現(xiàn)象，探討了熱電彈性波在層合壓電圓柱體結(jié)構(gòu)內(nèi)的奇異波動(dòng)的機(jī)理；同時(shí)，研究了熱電彈性瞬態(tài)波在壓電層合球殼結(jié)構(gòu)層間處反射引起的波的疊加和會(huì)聚作用所導(dǎo)致壓電層合球殼層間界面處動(dòng)應(yīng)力的集中現(xiàn)象，為層合結(jié)構(gòu)由熱電彈性瞬態(tài)波產(chǎn)生層間裂紋和分層所導(dǎo)致的器件失效提供理論依據(jù)。 本文在上述領(lǐng)域內(nèi)給出了大量首次發(fā)表的