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通过倾斜界面耦合的弹性层散射能量计算模型的混合求解方法
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作者 李欣然 陕耀 周顺华 《力学学报》 北大核心 2025年第4期969-986,共18页
过渡段动力稳定性问题已成为制约400 km/h及以上高铁运营关键难题,亟需从波动和能量的角度探究由基础非均匀引发的线路系统动力响应放大机理.将高铁过渡段车致弹性波传播问题提炼为非均匀介质刚性基弹性层中波的散射问题,采用模态叠加法... 过渡段动力稳定性问题已成为制约400 km/h及以上高铁运营关键难题,亟需从波动和能量的角度探究由基础非均匀引发的线路系统动力响应放大机理.将高铁过渡段车致弹性波传播问题提炼为非均匀介质刚性基弹性层中波的散射问题,采用模态叠加法+有限差分法的混合求解方法构建倾斜界面耦合刚性基弹性层散射计算模型,该模型优势体现在设置有限差分区域有效模拟弹性层材料非均匀变化的同时,保留了两侧连续介质区,这样可在实现网格数量控制的同时,获取各导波模式散射系数并由此分析反射及透射场各导波模式对能量的分配及运载情况,模型两类区域间建立的数学关系也可成功反映模型计算精度与参与计算导波模式数量间正向关系.结果表明:当弹性层耦合界面由垂直转为倾斜后,使原本占据主体能量的透射场基阶模式导波能量发生转移,界面偏转越多,散射场能量的分配越分散,这直接体现在透射场基阶模式能量占比下降上;入射波入射锐角界面时,反射场及透射场的高阶模式导波容易获得更多的能量;在高阶模式导波波函数值沿弹性层厚度起伏分布特征作用下,高阶模式导波分配到更多能量的原因可能与导波复杂传播方向与其位移活跃区间产生更多匹配有关. 展开更多
关键词 高铁过渡段 散射能量 导波模式叠加 有限差分 混合方法
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考虑表面效应的功能梯度夹层纳米板屈曲和后屈曲研究
2
作者 肖俊华 王杰 《固体力学学报》 北大核心 2025年第2期177-191,共15页
功能梯度材料制成的微纳结构元件的力学性能截然不同于常规材料制成的宏观结构.本文基于Kirchhoff板理论以及考虑剪切变形的Mindlin板理论,研究了表面效应影响下功能梯度夹层纳米板的屈曲和后屈曲行为.通过平衡分析导出了屈曲和后屈曲... 功能梯度材料制成的微纳结构元件的力学性能截然不同于常规材料制成的宏观结构.本文基于Kirchhoff板理论以及考虑剪切变形的Mindlin板理论,研究了表面效应影响下功能梯度夹层纳米板的屈曲和后屈曲行为.通过平衡分析导出了屈曲和后屈曲的控制方程,得到了单轴和双轴压缩下临界屈曲载荷的解析解.利用Galerkin方法,给出了加载边可动和不可动两种边界条件下临界后屈曲载荷解答.数值结果表明,表面效应对功能梯度纳米层合板稳定性的影响与组成板的材料的体积分数有关,也与结构表面积与体积的比值有关.考虑剪切变形会减小功能梯度纳米层合板的屈曲和后屈曲的临界载荷;对于较薄纳米层合板可以忽略剪切变形的影响. 展开更多
关键词 表面效应 功能梯度材料 矩形层合板 屈曲 后屈曲
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变节点余能原理基面力元法单元模型性能研究
3
作者 王耀 胥民尧 +1 位作者 纵岗 侯长超 《应用数学和力学》 北大核心 2025年第3期353-370,共18页
为了解决疏密单元网格交界面节点位移不协调、求解方程构造复杂及空间可扩展性能差的问题,基于余能原理基面力元法提出了一种可变节点数量及位置的单元模型,并针对任意单元类型建立了一种具有统一形式的显式求解方法.首先,建立了一种二... 为了解决疏密单元网格交界面节点位移不协调、求解方程构造复杂及空间可扩展性能差的问题,基于余能原理基面力元法提出了一种可变节点数量及位置的单元模型,并针对任意单元类型建立了一种具有统一形式的显式求解方法.首先,建立了一种二维可变边中节点单元模型,介绍了边中节点的柔度贡献矩阵及节点位移显式表达式;随后,将该模型扩展到三维层次,建立了一种可变面中节点单元模型,并将节点柔度贡献矩阵及节点位移表达式扩展到三维单元.基于上述模型,建立了平面及空间问题的疏密网格悬挂单元模型,并通过端部承受弯矩荷载、集中荷载及拉伸荷载的悬臂梁算例,论证了平面及空间可变节点单元模型、疏密网格悬挂单元模型的数值精度和适用性.研究表明,基于余能原理基面力元法建立的平面及空间可变节点单元模型具有较高的数值精度;此外,疏密网格之间的交界面无需进行任何处理措施,也无需构造插值函数或约束函数,仅依靠疏密网格交界面共用的边中节点(2D)及面中节点(3D)即可确保疏密网格交界面的节点位移协调;同时,模型和方法独立于单元类型、单元维度、节点数量及分布等因素,具有优异的空间可扩展性能及易于程序化的特点. 展开更多
关键词 基面力元法 变节点单元 余能原理 悬挂单元模型
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均匀拉伸开孔加筋无限板的应力半解析算法
4
作者 王小明 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第1期181-188,共8页
为了研究均匀拉伸开孔加筋无限板的应力计算方法,本文提出半解析计算方法。以复变函数为数学工具,推导开孔无限光板在面内受集中力作用下的应力函数,由此引入复变函数表达的应力函数的影响函数和位移影响函数。板筋之间的拉压力看作是... 为了研究均匀拉伸开孔加筋无限板的应力计算方法,本文提出半解析计算方法。以复变函数为数学工具,推导开孔无限光板在面内受集中力作用下的应力函数,由此引入复变函数表达的应力函数的影响函数和位移影响函数。板筋之间的拉压力看作是沿加强筋长度连续分布的无数个集中力,通过板筋之间的位移协调条件,即板筋接触面上的质点的位移相同,列出位移协调方程,这一方程是奇异积分方程。将所有连续分布的集中力离散成有限个集中力,运用数值解法求解这一方程,则可以求出所有板筋间的集中力。运用数值方法,推导了开孔单筋无限板、开孔双筋无限板和开孔三筋无限板的板筋作用力计算方程。求出板筋间作用力后,加筋板中板的应力函数则为应力函数的影响函数与各个集中力乘积后的累加求和再加上相应位置的开孔光板应力函数。求出板的应力函数后,板的应力则可以求出;求出板筋作用力后,筋的应力也可以求出。通过算例验证,半解析算法的结果与有限元计算结果吻合一致。 展开更多
关键词 应力集中 开孔加筋无限板 复变函数法 影响函数 应力分析 板筋作用力 开孔板 孔边应力
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鉴史驭法寻优创新——评《结构拓扑优化ICM方法新进展》
5
作者 铁军 叶红玲 《力学与实践》 2025年第5期1069-1074,共6页
评介隋允康和彭细荣教授的专著《结构拓扑优化ICM方法新进展——概念深化及理论拓展》,其中ICM(independent continuous and mapping)意思是独立、连续和映射,该方法是结构拓扑优化的主流研究方法之一。该书借助于鉴史(力学史)和驭法(... 评介隋允康和彭细荣教授的专著《结构拓扑优化ICM方法新进展——概念深化及理论拓展》,其中ICM(independent continuous and mapping)意思是独立、连续和映射,该方法是结构拓扑优化的主流研究方法之一。该书借助于鉴史(力学史)和驭法(方法论),总结了自2014年以来ICM方法的发展成果:深入阐述了ICM方法的阶跃函数的离散本质及对其光滑逼近的近似连续本质、逼近的快慢特性和多种映射策略;介绍了ICM方法的数学基础、求解算法和本体理论等方面的拓展性研究成果,包括可分离凸规划转换为求解对偶规划显式模型(dual programming-explicit model,DP-EM)解法、互逆规划理论及其优化应用等;探讨了该领域忽视的结构拓扑优化合理化建模问题;发展了包含疲劳寿命性能的局部性能约束的结构拓扑优化解法;归纳了破损-安全设计理论的演化,给出了位移、应力及频率约束的破损-安全拓扑优化问题的建模及求解;移植ICM方法至国际上广泛应用的变密度方法中。该书可供结构优化领域从事科研的师生和技术人员借鉴和参考。 展开更多
关键词 结构拓扑优化 ICM方法 力学史和方法论 书评
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无限平板中任意双孔问题的复变函数解法 被引量:2
6
作者 曾祥太 王少杰 +1 位作者 吕爱钟 刘伟平 《工程力学》 北大核心 2025年第3期32-41,共10页
许多工程中都存在含孔洞的结构,外荷载作用下孔边不可避免地产生应力集中,为了保证结构的安全和稳定,准确了解开孔结构的应力分布情况具有重要的工程实践价值。目前对单孔和特定形状双孔问题的研究较多,可以使用一些方法获得解析解,而... 许多工程中都存在含孔洞的结构,外荷载作用下孔边不可避免地产生应力集中,为了保证结构的安全和稳定,准确了解开孔结构的应力分布情况具有重要的工程实践价值。目前对单孔和特定形状双孔问题的研究较多,可以使用一些方法获得解析解,而对任意形状双孔问题的研究较少。复变函数方法对于任意双孔问题是适用的,关键要找到对应的映射函数。该文提出了可将任意无限双连通域保角变换成同心圆环域的映射函数一般形式,建立了一种优化求解具体映射函数的方法。针对无限平面中的任意双孔问题,基于弹性复变函数理论建立了应力边界条件,借助该映射函数将问题变换至易求解的同心圆环域,双解析函数则变换成洛朗级数,最后使用幂级数法将洛朗级数解出获得了问题的应力解析解。获得的应力解析解和ANSYS数值解进行了对比。使用该方法研究了双隧洞问题在不同荷载和不同间距时洞边应力分布的影响规律。 展开更多
关键词 无限平面 任意双孔 复变函数方法 映射函数 幂级数解法
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表层嵌贴CFRP-混凝土结构的弹性半解析解 被引量:1
7
作者 王恒佳 潘军 +1 位作者 彭晖 赵冰 《长沙理工大学学报(自然科学版)》 2025年第1期91-100,共10页
【目的】深入了解表层嵌贴碳纤维复合材料-混凝土结构的力学性能,探究环氧树脂胶内部位移和应力分布规律。【方法】将开槽内的环氧树脂胶及碳纤维复合材料板条简化为二维平面应变模型,并考虑切应力沿胶层厚度方向的分布规律来建立环氧... 【目的】深入了解表层嵌贴碳纤维复合材料-混凝土结构的力学性能,探究环氧树脂胶内部位移和应力分布规律。【方法】将开槽内的环氧树脂胶及碳纤维复合材料板条简化为二维平面应变模型,并考虑切应力沿胶层厚度方向的分布规律来建立环氧树脂胶位移的控制方程,用复数项级数法得到控制方程的弹性半解析解。【结果】弹性半解析解可以描述切应力沿胶层厚度方向的分布规律:切应力呈开口向下的抛物线形分布越靠近加载端,抛物线的弧度越大。将弹性半解析解结果与有限元模拟结果对比,可发现:水平位移峰值的解析结果与二维有限元模拟结果相差4.66%,与三维有限元模拟结果相差14.79%;切应力峰值的解析结果与二维有限元模拟结果相差3.58%,与三维有限元模拟结果相差17.85%。将弹性半解析解结果与试验结果对比,发现解析结果与试验结果在线弹性范围内基本吻合。【结论】弹性半解析解可直接计算线弹性阶段内环氧树脂胶的位移及切应力,可为表层嵌贴碳纤维复合材料板条‒混凝土结构的安全性评估与设计提供一种新的、简便的、高效的计算方法。 展开更多
关键词 表层嵌贴 碳纤维复合材料 混凝土结构加固 环氧树脂胶 弹性半解析解 切应力分布
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广义时滞马尔可夫跳变系统的H_(∞)性能分析 被引量:1
8
作者 孙欣 王雪 《沈阳师范大学学报(自然科学版)》 2025年第2期115-123,共9页
针对带有扰动的广义时滞马尔可夫跳变系统,基于李雅普诺夫第二方法进行了H_(∞)性能分析。首先,对无扰动的广义时滞马尔可夫跳变系统构造合适的Lyapunov-Krasovskii泛函(L-K泛函),通过选取增广型L-K泛函和多重积分型L-K泛函,构建了一个... 针对带有扰动的广义时滞马尔可夫跳变系统,基于李雅普诺夫第二方法进行了H_(∞)性能分析。首先,对无扰动的广义时滞马尔可夫跳变系统构造合适的Lyapunov-Krasovskii泛函(L-K泛函),通过选取增广型L-K泛函和多重积分型L-K泛函,构建了一个新的L-K泛函;其次,利用Wirtinger积分不等式及合适的积分不等式对L-K泛函求弱无穷小算子中的积分项进行处理;接着,结合自由权矩阵方法获得了保守性更低的广义时滞马尔可夫跳变系统随机容许性条件。在此基础上,对带有扰动的广义时滞马尔可夫跳变系统进行了H_(∞)性能分析,所得的方法对外部扰动输入的抑制效果较好;最后,通过求解线性矩阵不等式的2个数值算例验证了所用方法的可行性和有效性。 展开更多
关键词 广义时滞马尔可夫跳变系统 随机容许性条件 Wirtinger积分不等式 H_(∞)性能分析
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广义混合奇异元及应力强度因子分析
9
作者 贺立 卿光辉 《应用力学学报》 北大核心 2025年第1期91-98,共8页
采用位移法求解裂纹的应力强度因子,不方便引入裂纹边上已知的应力边界条件,模型有失理性与客观。融合奇异元的思想,提出了用于分析含裂纹二维结构的应力强度因子的广义混合奇异元列式,基于该列式的有限元模型兼顾了裂纹尖端力学参量的... 采用位移法求解裂纹的应力强度因子,不方便引入裂纹边上已知的应力边界条件,模型有失理性与客观。融合奇异元的思想,提出了用于分析含裂纹二维结构的应力强度因子的广义混合奇异元列式,基于该列式的有限元模型兼顾了裂纹尖端力学参量的奇异性和裂纹边应力边界条件的引入。实例分析表明,该方法的应力强度因子结果收敛稳定可靠。同时分析了应力边界条件对数值结果的影响,结果表明考虑裂纹边应力边界条件时应力强度因子精度更高。 展开更多
关键词 奇异性 广义混合奇异元 应力强度因子 裂纹 应力边界条件
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基于非协调广义混合元的应变能释放率分析
10
作者 胡景扬 刘艳红 何雨轩 《应用力学学报》 北大核心 2025年第3期559-565,共7页
为了改进位移有限元法与虚拟裂纹闭合技术相结合的模型求解应变能释放率精度不高的问题,将非协调广义混合法与虚拟裂纹闭合技术融合,提出计算含裂纹板结构应变能释放率的非协调广义混合元方法。非协调广义混合元方法与虚拟裂纹闭合技术... 为了改进位移有限元法与虚拟裂纹闭合技术相结合的模型求解应变能释放率精度不高的问题,将非协调广义混合法与虚拟裂纹闭合技术融合,提出计算含裂纹板结构应变能释放率的非协调广义混合元方法。非协调广义混合元方法与虚拟裂纹闭合技术的承接关系简洁直观。非协调广义混合元方法可同时引入有限元模型的位移边界条件和应力边界条件,有限元模型理论性客观,且避免了传统混合法对角线上存在零元素会导致求解不稳定的弊端。另一方面,该方法的线性方程组可与位移有限元法的线性方程组共享相同的求解器,数值结果稳定。从理论上讲,通过该方法求得的位移、应力和节点力的数值结果精确度会更高。数值算例分析表明,通过非协调广义混合元与虚拟裂纹闭合技术相融合的方法求解所得应变能释放率的数值结果收敛稳定可靠,在相同网格密度下,数值结果精度优于非协调位移有限元方法。 展开更多
关键词 非协调广义混合元 应变能释放率 虚拟裂纹闭合技术 断裂力学
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带有学习、恶化、资源和工期窗口的单机排序
11
作者 赵玉芳 冯婉婷 李美琦 《沈阳师范大学学报(自然科学版)》 2025年第2期124-132,共9页
研究带有学习效应、恶化效应、资源分配和工期窗口分配的单机排序问题。工件的实际加工时间与工件所分配的资源量、工件位置和工件开始加工时间都有关。总惩罚成本包括工期窗口开始时间、工期窗口大小、最大完工时间、权重与位置相关的... 研究带有学习效应、恶化效应、资源分配和工期窗口分配的单机排序问题。工件的实际加工时间与工件所分配的资源量、工件位置和工件开始加工时间都有关。总惩罚成本包括工期窗口开始时间、工期窗口大小、最大完工时间、权重与位置相关的提前、延误、提前惩罚、延误惩罚。目标是找到最佳工期窗口位置、资源分配量及最优排序,使总惩罚成本与资源消耗成本之和极小化。另外,还研究了2个问题:1)在资源消耗成本有限的条件下,极小化总惩罚成本;2)在总惩罚成本有限的条件下,极小化资源消耗成本。证明了上述问题都是多项式可解的,给出了时间复杂度,用算例验证了算法的有效性。 展开更多
关键词 单机排序 学习效应 恶化效应 资源分配 工期窗口分配
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基于机器学习与Shap可视化对冠心病患者死亡生存分析与可解释性分析
12
作者 刘瑞银 李唯 《沈阳师范大学学报(自然科学版)》 2025年第4期362-365,共4页
心血管疾病是全球重大公共健康问题,特别是心力衰竭引发的死亡率极高。为提升对心力衰竭患者生存率的预测能力,研究引入多种机器学习分类算法,并结合Shap可解释性分析方法,系统评估影响冠心病风险的关键特征变量。基于2015年采集的299... 心血管疾病是全球重大公共健康问题,特别是心力衰竭引发的死亡率极高。为提升对心力衰竭患者生存率的预测能力,研究引入多种机器学习分类算法,并结合Shap可解释性分析方法,系统评估影响冠心病风险的关键特征变量。基于2015年采集的299例心力衰竭患者临床数据,在模型训练与验证过程中,通过生物统计检验及特征重要性排序识别出血清肌酐和射血分数为影响生存率的核心指标。结果表明,使用这2个关键特征构建的模型在预测准确性上优于基于全变量的数据集,且具备良好的可解释性。研究结果为心血管疾病的早期诊断与个体化干预提供了理论依据与技术支持。 展开更多
关键词 心血管心脏病 SHAP 特征排名 特征选择 机器学习
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Galerkin-Vlasov approach for bending analysis of flexoelectric doubly-curved sandwich nanoshells with piezoelectric/FGP/piezoelectric layers using the nonlocal strain theory 被引量:1
13
作者 Tran Van Ke Do Van Thom +2 位作者 Nguyen Thai Dung Nguyen Van Chinh Phung Van Minh 《Acta Mechanica Sinica》 2025年第2期7-40,共34页
Flexoelectricity refers to the link between electrical polarization and strain gradient fields in piezoelectric materials,particularly at the nano-scale.The present investigation aims to comprehensively focus on the s... Flexoelectricity refers to the link between electrical polarization and strain gradient fields in piezoelectric materials,particularly at the nano-scale.The present investigation aims to comprehensively focus on the static bending analysis of a piezoelectric sandwich functionally graded porous(FGP)double-curved shallow nanoshell based on the flexoelectric effect and nonlocal strain gradient theory.Two coefficients that reduce or increase the stiffness of the nanoshell,including nonlocal and length-scale parameters,are considered to change along the nanoshell thickness direction,and three different porosity rules are novel points in this study.The nanoshell structure is placed on a Pasternak elastic foundation and is made up of three separate layers of material.The outermost layers consist of piezoelectric smart material with flexoelectric effects,while the core layer is composed of FGP material.Hamilton’s principle was used in conjunction with a unique refined higher-order shear deformation theory to derive general equilibrium equations that provide more precise outcomes.The Navier and Galerkin-Vlasov methodology is used to get the static bending characteristics of nanoshells that have various boundary conditions.The program’s correctness is assessed by comparison with published dependable findings in specific instances of the model described in the article.In addition,the influence of parameters such as flexoelectric effect,nonlocal and length scale parameters,elastic foundation stiffness coefficient,porosity coefficient,and boundary conditions on the static bending response of the nanoshell is detected and comprehensively studied.The findings of this study have practical implications for the efficient design and control of comparable systems,such as micro-electromechanical and nano-electromechanical devices. 展开更多
关键词 Analytical solution Flexoelectric effect Nonlocal strain gradient theory Static bending of nanoshell
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配置节点策略的绝对节点坐标平面梁单元
14
作者 王佳 张钰龙 王腾飞 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第7期1405-1411,共7页
针对传统绝对节点坐标梁单元计算效率和收敛率较低的问题,本文提出了基于配置节点策略的绝对节点坐标有限元多节点平面梁单元的构建方法。单元位移场采用非均布的P阶勒让德多项式二阶导数的零点和单元边界点作为节点进行离散插值,单元... 针对传统绝对节点坐标梁单元计算效率和收敛率较低的问题,本文提出了基于配置节点策略的绝对节点坐标有限元多节点平面梁单元的构建方法。单元位移场采用非均布的P阶勒让德多项式二阶导数的零点和单元边界点作为节点进行离散插值,单元的弹性能和动能采用P点的龙贝格数值积分算法进行计算,这种配置使单元节点与数值积分点重合。采用P-1阶拉格朗日插值函数建立单元的位移场,使用增强的连续介质力学方法推导单元的弹性力及刚度阵,基于配置节点策略,推导了多节点绝对节点坐标平面梁单元。通过经典算例分析,验证了该单元在静力学及动力学方面的表现,讨论了单元的收敛性、精确性及计算效率。 展开更多
关键词 绝对节点坐标法 配置节点策略 配置节点绝对节点坐标梁单元 多节点梁单元 增强连续介质力学 p-细化方法 勒让德多项式 拉格朗日插值
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吸附引起的翘曲及其对微悬臂梁静态响应的影响 被引量:2
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作者 王振兴 张能辉 《力学季刊》 北大核心 2025年第1期64-75,共12页
为满足新的检测需求并实现高灵敏度,微梁生物传感器技术在信号解读模型的发展方面遭遇挑战.我们通过对表面吸附作用下微梁准静态检测信号的3D有限元模拟,揭示了微梁横截面翘曲的非对称分布特征,然而现有考虑剪切变形的理论模型无法描述... 为满足新的检测需求并实现高灵敏度,微梁生物传感器技术在信号解读模型的发展方面遭遇挑战.我们通过对表面吸附作用下微梁准静态检测信号的3D有限元模拟,揭示了微梁横截面翘曲的非对称分布特征,然而现有考虑剪切变形的理论模型无法描述这种非对称翘曲变形.针对这一问题,首先,将分子完全吸附简化为作用于微梁表面的均匀分布表面应力,通过3D有限元模拟获得翘曲零点分布规律.然后,利用平面弹性理论的半逆解法,在变形后的横截面上确定与非对称翘曲特征相适应的切应力分布和剪力,由此改进了Timoshenko梁理论,建立了预测微梁准静态检测信号的新模型.最后,通过比对实验结果和有限元模拟验证解析模型.结果表明,本文改进模型预测与有关微梁实验吻合良好,且在现有吸附-微梁静态实验所选用的几何尺寸范围内(长厚比200~500,长宽比3~7),本文改进模型关于微梁自由端挠度的预测误差(3%以内)均小于其它理论预测;剪切效应与轴力效应对微梁挠度的贡献为负,且剪切效应对微梁挠度的贡献明显大于轴力效应的贡献.本文模型和结论为微梁生物传感器静态检测信号的解读和有关设计提供了一种新的思路. 展开更多
关键词 生物吸附 微梁 表面应力 翘曲效应 信号解读模型
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面向SiO_(2)/Si异质结构的纳米SiO_(2)导波层表面效应及弹性理论失效判定
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作者 明威 张涛 +3 位作者 文芷菁 李乐康 巩鹏杰 张广明 《物理学报》 北大核心 2025年第15期344-352,共9页
随着微纳声学器件的快速发展,其核心声学结构已进入纳米尺度范畴,表面效应对薄膜材料性能的影响日益凸显,经典弹性理论面临挑战.本文基于表面弹性理论,引入表面能密度研究纳米尺度下的表面效应,采用傅里叶积分变换法推导出纳米尺度SiO_(... 随着微纳声学器件的快速发展,其核心声学结构已进入纳米尺度范畴,表面效应对薄膜材料性能的影响日益凸显,经典弹性理论面临挑战.本文基于表面弹性理论,引入表面能密度研究纳米尺度下的表面效应,采用傅里叶积分变换法推导出纳米尺度SiO_(2)/Si异质结构薄膜表面牵引力下应力场与位移场的解析表达式.结果显示,若以表面应力分布与经典理论相差3%作为判断标准,在激励区域宽度2a的5倍范围内,材料的微观特性彰显主导地位.随着激励区域不断减小,在激励区域内及边界附近表面应力分布较经典理论更加集中,剪切应力于边界处有极大值,材料表面刚度与抗变形能力增加,横向与纵向位移较经典理论减小.纳米尺度异质结构存在显著表面效应,导致应力和位移分布明显偏离弹性理论,经典弹性假设在相应纳米尺度范围不再适用.以上结果表明,在纳米尺度固体表面中,超高频纳米波长声波传播将明显受到尺度效应影响,经典弹性波理论在纳米尺度存在失效现象,这对纳米声学理论研究具有参考价值. 展开更多
关键词 表面弹性理论 纳米尺度 表面效应 失效现象
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A general viscoelastic foundation model for vibration analysis of functionally graded sandwich plate with auxetic core
17
作者 Mofareh Hassan Ghazwani Ali Alnujaie Pham Van Vinh 《Defence Technology(防务技术)》 2025年第4期40-58,共19页
This study presents a significant advancement in the vibration analysis of functionally graded sandwich plates with auxetic cores by introducing a general viscoelastic foundation model that more accurately reflects th... This study presents a significant advancement in the vibration analysis of functionally graded sandwich plates with auxetic cores by introducing a general viscoelastic foundation model that more accurately reflects the complex interactions between the plate and the foundation.The novelty of this study is that the proposed viscoelastic foundation model incorporates elastic and damping effects in both the Winkler and Pasternak layers.To develop the theoretical framework for this analysis,the higher-order shear deformation theory is employed,while Hamilton's principle is used to derive the governing equations of motion.The closed-form solution is used to determine the damped vibration behaviors of the sandwich plates.The precision and robustness of the proposed mathematical model are validated through several comparison studies with existing numerical results.A detailed parametric study is conducted to investigate the influence of various parameters,including the elastic and damping coefficients of the foundation,the material gradation,and the properties of the auxetic core on the vibration behavior of the plates.The numerical results provide new insights into the vibration characteristics of sandwich plates with auxetic cores resting on viscoelastic foundation,highlighting the significant role of the two damping coefficients and auxetic cores in the visco-vibration behavior of the plates. 展开更多
关键词 Damped vibration Viscoelastic foundation Sandwich plates Auxetic core Honeycomb core Negative Poisson's ratio
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Rayleigh wave propagation in an elastic half-space with an attached piezoelectric semiconductor layer considering flexoelectricity and size-effects
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作者 Linyao WANG Aibing ZHANG +3 位作者 Chuanzeng ZHANG Jianke DU ZMXIAO Jia LOU 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 2025年第6期1069-1088,共20页
To address the urgent demand for the miniaturization and multifunctional integration of high-frequency Rayleigh surface wave devices in 5G communication technology,the propagation characteristics of Rayleigh surface w... To address the urgent demand for the miniaturization and multifunctional integration of high-frequency Rayleigh surface wave devices in 5G communication technology,the propagation characteristics of Rayleigh surface waves in an elastic half-space attached by a nanoscale piezoelectric semiconductor(PSC)thin layer with flexoelectricity and size-effects are systematically investigated.Based on the Hamiltonian principle,the elastic dynamic equations and Gauss's theorem of electrostatics are obtained.The eigenvalue problem is numerically solved with a genetic algorithm in MATLAB,and the dispersion properties are obtained.The effects of various key factors,including the flexoelectricity,inertia gradients,strain gradients,electric field gradients,PSC layer thickness,steady-state carrier concentration,and bias electric fields,on the propagation and attenuation characteristics of Rayleigh surface waves are analyzed.The results demonstrate that the increases in the flexoelectric coefficient and strain gradient characteristic length lead to an increase in the real part of the complex phase velocity,while the increases in the inertia gradient characteristic length,electric field gradient characteristic length,PSC layer thickness,and steady-state carrier concentration result in a decrease.Additionally,the bias electric fields significantly influence the Rayleigh surface wave attenuation.The present findings are crucial for the accurate property evaluation of miniaturized highfrequency Rayleigh wave devices,and provide valuable theoretical support for their design and optimization. 展开更多
关键词 piezoelectric semiconductor(PSC)thin layer FLEXOELECTRICITY size-effect Rayleigh surface wave dispersion relation
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Topology Optimization of Orthotropic Materials Using the Improved Element-Free Galerkin (IEFG) Method
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作者 Wenna He Yichen Yang +1 位作者 Dongqiong Liang Heng Cheng 《Computers, Materials & Continua》 2025年第4期1415-1437,共23页
In this paper,we develop an advanced computational framework for the topology optimization of orthotropic materials using meshless methods.The approximation function is established based on the improved moving least s... In this paper,we develop an advanced computational framework for the topology optimization of orthotropic materials using meshless methods.The approximation function is established based on the improved moving least squares(IMLS)method,which enhances the efficiency and stability of the numerical solution.The numerical solution formulas are derived using the improved element-free Galerkin(IEFG)method.We introduce the solid isotropic microstructures with penalization(SIMP)model to formulate a mathematical model for topology opti-mization,which effectively penalizes intermediate densities.The optimization problem is defined with the numerical solution formula and volume fraction as constraints.The objective function,which is the minimum value of flexibility,is optimized iteratively using the optimization criterion method to update the design variables efficiently and converge to an optimal solution.Sensitivity analysis is performed using the adjoint method,which provides accurate and efficient gradient information for the optimization algorithm.We validate the proposed framework through a series of numerical examples,including clamped beam,cantilever beam,and simply supported beam made of orthotropic materials.The convergence of the objective function is demonstrated by increasing the number of iterations.Additionally,the stability of the iterative process is analyzed by examining the fluctuation law of the volume fraction.By adjusting the parameters to an appropriate range,we achieve the final optimization results of the IEFG method without the checkerboard phenomenon.Comparative studies between the Element-Free Galerkin(EFG)and IEFG methods reveal that both methods yield consistent optimization results under identical parameter settings.However,the IEFG method significantly reduces computational time,highlighting its efficiency and suitability for orthotropic materials. 展开更多
关键词 Solid isotropic microstructures with penalization method variable density method sensitivity analysis improved element-free Galerkin method meshless method
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On the interfacial behavior of a one-dimensional hexagonal piezoelectric quasicrystal film based on the beam theory
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作者 Wenkai ZHANG C.S.LU +2 位作者 Minghao ZHAO Cuiying FAN Huayang DANG 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 2025年第2期289-304,共16页
In this paper,the mechanical response of a one-dimensional(1D)hexagonal piezoelectric quasicrystal(PQC)thin film is analyzed under electric and temperature loads.Based on the Euler-Bernoulli beam theory,a theoretical ... In this paper,the mechanical response of a one-dimensional(1D)hexagonal piezoelectric quasicrystal(PQC)thin film is analyzed under electric and temperature loads.Based on the Euler-Bernoulli beam theory,a theoretical model is proposed,resulting in coupled governing integral equations that account for interfacial normal and shear stresses.To numerically solve these integral equations,an expansion method using orthogonal Chebyshev polynomials is employed.The results provide insights into the interfacial stresses,axial force,as well as axial and vertical deformations of the PQC film.Additionally,fracture criteria,including stress intensity factors,mode angles,and the J-integral,are evaluated.The solution is compared with the membrane theory,neglecting the normal stress and bending deformation.Finally,the effects of stiffness and aspect ratio on the PQC film are thoroughly discussed.This study serves as a valuable guide for controlling the mechanical response and conducting safety assessments of PQC film systems. 展开更多
关键词 one-dimensional(1D)hexagonal piezoelectric quasicrystal(PQC)film beam theory electric and temperature loads Chebyshev polynomial interfacial behavior
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