非保守系統(tǒng)的擬變分原理及其應(yīng)用
《非保守系統(tǒng)的擬變分原理及其應(yīng)用》共三編.第一編主要研究變分和變積方法,將作者首創(chuàng)的變積方法推廣應(yīng)用于非保守系統(tǒng);研究質(zhì)點(diǎn)、剛體非保守分析動(dòng)力學(xué)的擬變分原理,引入擬駐值條件的概念.第二編研究非保守線性彈性靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的擬變分原理及其應(yīng)用;研究非保守塑性增量理論的擬變分原理及其應(yīng)用;論述非保守系統(tǒng)擬變分原理的各類條件的完備性.第三編主要研究非保守非線性(包括幾何非線性和物理非線性)彈性靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的擬變分原理及其應(yīng)用;研究基于基面力理論的非保守非線性彈性動(dòng)力學(xué)初值問(wèn)題的擬變分原理及其應(yīng)用。
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《非保守系統(tǒng)的擬變分原理及其應(yīng)用》:
緒 論
我國(guó)學(xué)者十分重視連續(xù)介質(zhì)力學(xué)中變分原理的研究,文獻(xiàn) 研究余能原理,從理論上和應(yīng)用上為研究廣義變分原理奠定了基礎(chǔ),文獻(xiàn)[2]和[3]建立了彈性力學(xué)和塑性力學(xué)的廣義變分原理,為后來(lái)發(fā)展起來(lái)的混合有限元素法提供了理論依據(jù),并獲得重要的應(yīng)用,文獻(xiàn)[4]和[5]從流體力學(xué)的基本方程出發(fā),對(duì)內(nèi)流、外流等一般的黏性流動(dòng)建立了更為普遍的變分原理,對(duì)不可壓縮流體和可壓縮流體分別建立了最大功率消耗原理,并以運(yùn)動(dòng)方程為基礎(chǔ),用Lagrange乘子法消除諸如物態(tài)方程、連續(xù)性方程及邊界條件等變分約束條件,建立了無(wú)約束條件的廣義變分原理,從而把固體力學(xué)中變分原理方法推廣到黏性流體力學(xué),奠定了流體力學(xué)中有限元方法的基礎(chǔ),在國(guó)外,Reissner開創(chuàng)了研究廣義變分原理的先河[6].Washizu[7]與胡海昌各自獨(dú)立地建立了彈性力學(xué)和塑性力學(xué)的廣義變分原理,Oden J T和ReddyJN以及A60BCKI414,HⅡ也作出了重要貢獻(xiàn)陽(yáng)].在這些開創(chuàng)性研究成果的指導(dǎo)和帶動(dòng)下,我國(guó)一大批學(xué)者在這一學(xué)科領(lǐng)域做出了重要貢獻(xiàn),梁立孚和胡海昌[,o]及其他學(xué)者一起,將廣義變分原理的研究推廣到一般力學(xué),這些工作大部分是研究保守泵統(tǒng)的變分原理和廣義變分原理,
對(duì)于非保守系統(tǒng),國(guó)外以Leipholz為代表,提出廣義自共軛的概念,建立了廣義的Hamilton原理,給出了著名的Leipholz桿模型[11,12].Leipholz僅研究非保守系統(tǒng)的勢(shì)能原理,我國(guó)學(xué)者在文獻(xiàn)[13]中,通過(guò)發(fā)展Leipholz的研究,并發(fā)揚(yáng)國(guó)內(nèi)對(duì)廣義變分原理研究的優(yōu)勢(shì),在伴生力系統(tǒng)的前提下,建立了非保守系統(tǒng)的余能原理,進(jìn)而建立了關(guān)于彈性理論非保守系統(tǒng)的一般變分原理,文獻(xiàn)[14]建立了非保守系統(tǒng)自激振動(dòng)的擬固有頻率變分原理,文獻(xiàn)[15]建立了非保守系統(tǒng)的兩類變量的廣義擬變分原理,并且給出同時(shí)求解一個(gè)典型的伴生力非保守系統(tǒng)的內(nèi)力和變形兩類變量的計(jì)算方法,文獻(xiàn)『16]建立了應(yīng)用于薄壁結(jié)構(gòu)的廣義余能原理,并且應(yīng)用于航空航天薄壁結(jié)構(gòu)中,文獻(xiàn)[17]將非保守系統(tǒng)的擬變分原理推廣到剛體動(dòng)力學(xué)中去,并且舉例說(shuō)明了這種推廣的意義,文獻(xiàn)[18]和[19]將非保守系統(tǒng)的擬變分原理推廣到柔體動(dòng)力學(xué)中去,實(shí)現(xiàn)了質(zhì)點(diǎn)、剛體力學(xué)與變形體力學(xué)的耦合,能夠解決航天動(dòng)力學(xué)中的許多重要問(wèn)題,以上工作都是研究邊值問(wèn)題的相關(guān)內(nèi)容,
對(duì)于初值問(wèn)題,1964年Gurtin利用卷積理論.提出了與彈性動(dòng)力學(xué)初值邊值問(wèn)題等價(jià)的變分原理[20],這種Gurtin型變分原理為建立彈性動(dòng)力學(xué)初值邊值問(wèn)題的各種近似解法奠定了可靠的理論基礎(chǔ),近十多年來(lái),羅恩對(duì)線性變形體動(dòng)力學(xué)的初值邊值問(wèn)題的變分原理進(jìn)行了比較全面深入的研究,系統(tǒng)地建立與發(fā)展了一些線性變形體動(dòng)力學(xué)的Gurtin型變分原理[21].最近,羅恩解決了Gurtin型變分原理不能適用于非線性變形體動(dòng)力學(xué)的難題,提出了有限變形彈性動(dòng)力學(xué)的非傳統(tǒng)Gurtin型變分原理[22].文獻(xiàn)[23]和[24]將初值問(wèn)題的變分原理和廣義變分原理的理論推廣到一般力學(xué)中去,以上工作都是研究初值問(wèn)題的保守系統(tǒng)的變分原理,
關(guān)于初值問(wèn)題的非保守系統(tǒng),尚未見(jiàn)國(guó)外有這方面的研究報(bào)道,文獻(xiàn)[25]研究了非保守彈性動(dòng)力學(xué)初值問(wèn)題的Gurtin型擬變分原理,文獻(xiàn)[26]研究了非保守剛體動(dòng)力學(xué)初值問(wèn)題的卷積型擬變分原理,文獻(xiàn)[27]研究了非保守柔體動(dòng)力學(xué)初值問(wèn)題的卷積型擬變分原理,
在變分原理這個(gè)重要的研究領(lǐng)域中,國(guó)內(nèi)外著名變分原理學(xué)家們,曾經(jīng)撰寫多部?jī)?yōu)秀的變分原理專著[7-9,11,28,29],科學(xué)地總結(jié)了這些變分原理研究的先驅(qū)者們對(duì)變分原理及其應(yīng)用方面做出的重要貢獻(xiàn),
物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,可以用時(shí)空坐標(biāo)的函數(shù),以微分方程形式描述;也可以用這些函數(shù)的積分泛函,以其取極值或駐值的變分形式描述,由于有限元素法的發(fā)展及其在工程上的廣泛應(yīng)用,變分原理作為其理論基礎(chǔ),顯示出重要性,因此,變分原理和廣義變分原理的研究不儀在力學(xué)中受到重視,而且已經(jīng)延拓到自然科學(xué)的其他領(lǐng)域,《變分原理及其應(yīng)用》的內(nèi)容的特點(diǎn)是主要研究保守系統(tǒng)和線性系統(tǒng)的變分原理及其應(yīng)用,在自然科學(xué)領(lǐng)域中,非保守系統(tǒng)的研究涵蓋了許多學(xué)科,是一個(gè)相當(dāng)重要的研究領(lǐng)域,其中,非保守系統(tǒng)的擬變分原理和廣義擬變分原理的研究是一個(gè)重要的課題.本書命名為非保守系統(tǒng)的擬變分原理及其應(yīng)用,主要研究非保守系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)的變分原理及其應(yīng)用,是《變分原理及其應(yīng)用》的研究?jī)?nèi)容的繼續(xù)和發(fā)展,
本書分為以下三部分,
第一編主要研究變分和變積方法,作者將首創(chuàng)的變積方法推廣應(yīng)用于非保守系統(tǒng);研究非保守分析動(dòng)力學(xué)的擬變分原理和非保守分析動(dòng)力學(xué)初值問(wèn)題的擬變分原理,正如學(xué)術(shù)界在非保守系統(tǒng)的研究領(lǐng)域引入擬變分原理的概念一樣,本書作者倡導(dǎo)引入擬駐值條件的概念,研究剛體動(dòng)力學(xué)的擬變分原理和剛體動(dòng)力學(xué)初值問(wèn)題的擬變分原理,這部分內(nèi)容的引入,一方面是適應(yīng)理論研究的需要,另一方面是適應(yīng)航天器動(dòng)力學(xué)研究的需要,
第二編研究非保守線性彈性力學(xué)和塑性增量理論的擬變分原理及其應(yīng)用、內(nèi)容包括、應(yīng)力分析和應(yīng)變分析、非保守彈性靜力學(xué)的擬變分原理、擬變分原理各類條件的完備性、非保守彈性動(dòng)力學(xué)時(shí)域邊值問(wèn)題的擬交分原理、非保守彈性動(dòng)力學(xué)初值問(wèn)題的擬變分原理、非保守塑性增量理論的擬變分原理,另外,還論述了非保守系統(tǒng)擬變分原理的各類條件的完備性,
第三編主要研究非保守非線性f包括幾何非線性和物理非線性)彈性力學(xué)的擬變分原理及其應(yīng)用,內(nèi)容涉及非線性彈性力學(xué)概述和基面力理論、非保守非線性彈性靜力學(xué)擬變分原理、非保守非線性彈性動(dòng)力學(xué)時(shí)域邊值問(wèn)題的擬變分原理、基于基面力的非保守非線性彈性動(dòng)力學(xué)初值問(wèn)題的擬變分原理、非保守非線性彈性力學(xué)擬變分原理在有限元素法中的應(yīng)用。
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