2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、隨著我國先進(jìn)材料科學(xué)和制造工藝的發(fā)展,先進(jìn)復(fù)合材料的制備與應(yīng)用對國家發(fā)展有重大意義。同時(shí)具備力、電、磁、熱、聲、光等兩種或多種特性的功能復(fù)合材料,諸如聚合物基材料、壓電材料、電磁材料、光伏材料等被廣泛應(yīng)用于航空航天、建筑工業(yè)、電子工業(yè)以及醫(yī)療器械等領(lǐng)域。層合板結(jié)構(gòu)是工程中的基本結(jié)構(gòu),該類結(jié)構(gòu)是由多層單層板通過聚合物膠黏劑粘合在一起組成整體的結(jié)構(gòu)板。由于其界面的連接特點(diǎn),脫粘是該類結(jié)構(gòu)的主要破壞模式。因此,研究粘彈性斷裂問題以及力電磁彈耦

2、合界面斷裂問題具有重要的實(shí)際意義。
  現(xiàn)有斷裂問題的研究方法主要有解析法(復(fù)勢函數(shù)法、積分變換法、權(quán)函數(shù)法等)和數(shù)值方法(有限單元法、邊界單元法、無網(wǎng)格法等)。解析研究主要?dú)w結(jié)為高階偏微分方程或積分方程的求解,在數(shù)學(xué)上受到求解體系(拉格朗日體系)的限制,它以提高控制方程的階數(shù)為代價(jià)來減少變量個(gè)數(shù),從而造成方程難以求解。在這種情況下,本博士論文將問題導(dǎo)入全新的哈密頓體系下進(jìn)行求解,利用辛方法以增加基本變量為代價(jià)來降低微分方程階數(shù),

3、利用高性能計(jì)算機(jī)來求解低階微分方程。
  本博士論文以復(fù)合材料的層間界面斷裂問題為研究對象,以粘彈性斷裂問題為突破口,采用辛方法對電磁彈性材料弱界面斷裂問題展開研究,主要研究工作如下:
  (1)提出一種求解粘彈性材料斷裂問題的解析方法。首先,利用Laplace變換將粘彈性斷裂問題轉(zhuǎn)換為頻域相關(guān)問題。然后,在頻域內(nèi),通過拉格朗日函數(shù)和哈密頓函數(shù),建立粘彈性材料斷裂問題的哈密頓正則方程組和求解體系,將求解問題歸結(jié)為辛本征值和辛

4、本征解問題。最后,利用本征解之間的辛共軛正交關(guān)系以及展開定理,解析地表征出裂紋尖端的奇異性和域內(nèi)的物理場,直接獲得應(yīng)力強(qiáng)度因子和J積分的解析表達(dá)式。數(shù)值結(jié)果驗(yàn)證了方法的收斂性和有效性,并且反映出粘彈性材料特有的應(yīng)力松弛現(xiàn)象和蠕變現(xiàn)象,特別指出溫度荷載作用對粘彈性斷裂參數(shù)的影響。
  (2)將弱界面模型引入到平面彈性斷裂問題中,并采用辛方法進(jìn)行求解。將復(fù)合材料層間粘結(jié)問題簡化為弱連接問題,彈簧模型作為弱連接條件的數(shù)學(xué)模型。首先推導(dǎo)出

5、兩種彈性材料的辛本征解形式,然后由弱連接條件以及裂紋面條件確定兩種本征解共用的辛本征值,從而全域內(nèi)的辛本征解由以上兩種材料所在區(qū)域的本征解組成,并且在全域內(nèi)滿足辛共軛正交關(guān)系。最后利用辛本征解的展開定理、外邊界邊界條件和辛共軛正交關(guān)系,可直接得到裂紋尖端處的奇異性,域內(nèi)應(yīng)力等分布和廣義應(yīng)力強(qiáng)度因子等解析表達(dá)式。數(shù)值結(jié)果表明,該方法與已有經(jīng)典問題結(jié)果相吻合,說明本文方法是有效的,并且該方法具有較高的精度。
  (3)將弱界面模型引入

6、到電磁彈性材料反平面斷裂問題中,并采用辛方法對多場耦合作用情況進(jìn)行求解。首先,采用能量方法和勒讓德變換,確定原變量(位移、電勢和磁勢)的對偶變量(應(yīng)力、電位移、磁感應(yīng)強(qiáng)度),從而將問題導(dǎo)入到哈密頓體系中。然后,以彈簧模型作為弱連接條件的數(shù)學(xué)模型,結(jié)合不同的力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)裂紋面條件,推導(dǎo)出彈簧模型連接的兩區(qū)域內(nèi)的辛本征解向量和共用的辛本征值,并驗(yàn)證全域內(nèi)辛本征解之間存在辛共軛正交關(guān)系。最后,利用外邊界條件和辛共軛正交關(guān)系,確定問題解的解

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