【完整版】过程装备力学基础

1、主要研究领域有：板壳的非线性力学、复合材料结构力学、结构动力学弹塑性动力学、 包装 力学、结构损伤检测、结构减振降噪理论及技术、结构检测加固、岩土力学与工程、阻尼材 料与振动控制、 新型材料动态本构关系、 智能结构与微机电系统、 压力容器理论与设计、传 感器灵敏元件理论与设计、 结构随机非线性振动理论与计算力学方法、 结构的安全及可靠度 研究、高性能混凝土与新型纤维混凝土、 粘弹性材料本构分析、 大跨度桥梁的理论与设计等。 其中，在板壳结构分析与应用、 包装力学、 结构损伤检测理论与应用等领域形成了明显的特 色和优势， 凝聚了一批在国内外有影响的青年学者， 特别是在板壳非线性微分方程求解、 板

2、 壳的非线性理论与计算、板壳理论的工程应用等三个方面，优势突出。一、板壳结构分析与应用本方向主要研究内容、 特色优势、 已取得代表性科研成果、 在研代表性项目和可能取得的突 破：板和壳是固体中最常见的物体形式 ,是具有优良特性的结构元件，因此板壳结构分析是现代 力学中特别引人注目的一个分支 ,几乎与一切工程设计都有关系 ,尤其对航天、航空、航海、 机械、石油、化工、建筑、水利、动力、仪表、交通等工程设计更具有指导意义。因此,该研究方向的特点就是该方向学术带头人刘人怀院士近 40 年在板壳结构领域进行了系统性创 新研究并将成果应用到上述工程领域中。本研究方向的主要从事以下几方面的研究：1 板壳非

3、线性理论与工程应用（1）自 1910 年 von Karman 开创板壳非线性理论研究以来，这一方向的研究成果已为世界 在 20 世纪的发展做出了突出的贡献。但在前 50 年，因非线性数学缘故，发展缓慢，因此， 寻求非线性微分方程解法成为关键。 在解析法的精确解法方面， 刘人怀教授提出了修正幂级 数方法，成功求解了最高阶导数项带有小参数的非线性微分方程。 在解析法的近似解法方面， 刘人怀教授和叶开沅共同提出了修正迭代法， 成功地求解了一系列板壳非线性微分方程， 其 成果获广东省自然科学一等奖（2）结合工程实际，对波纹板壳、单层板壳、双金属旋转扁壳、夹层板壳、复合材料层合 板壳和网格扁壳等 6

4、类板壳， 进行了非线性弯曲、 稳定和振动问题的研究， 多数属国际先行 探索。前三类板壳主要作为精密仪器仪表和传感器的心脏弹性元件，研究了 7 种波纹膜片，7 种跳跃膜片和 U 型波纹管 , 其设计公式已在我国主要厂、所使用，结束了国内产品依赖外 国公式加经验设计的历史。 系统地研究了复合材料层合板壳和夹层板壳的非线性问题， 这两 类板壳的研究为飞行器结构等设计提供了科学依据。其成果获国务院侨办科技进步一等奖。 运用等效原则， 建立了单、双层网格扁壳非线性理论，为大型公共建筑的屋盖结构、大型储 油罐新型顶盖等设计提供了理论依据，并获 2000 年国家自然科学基金资助。利用该理论对 广州新白云国际

5、机埸主航站楼的大跨度钢结构进行了稳定性分析。 成果复合材料基本力学 问题的理论研究 2005 年获广东省科学技术一等奖2 板壳线性理论与工程应用（1）提出了既简单实用又符合工程设计精度要求的厚板壳弯曲理论，成功地应用于我国高 压换热器、高压容器和超高压容器以及桥梁等的设计实践。 建立了国际上第一个厚管板理论， 用于试制我国第一台大型换热分离氨组合设备的高压管板。 提出厚圆柱壳理论， 挽救了六台 报废的我国试制的生产航空煤油的铂重整装置。 提出厚球壳理论使我国大型尿素合成塔试制 成功。提出厚圆柱壳径向开孔的应力分析公式， 指导了我国最高压力容器高压聚乙烯反应器 的试制。 提出厚球壳和厚圆柱壳理论

6、， 成功地解决了我国最大直径加氢反应器的试制。 提出 厚锥壳理论，用于我国最高铁路桥墩的设计。（2）提出了组合壳的设计公式和锥壳的临界载荷计算公式，成功地用于我国最大炼油厂大 型减压塔的设计（3）使用厚板理论对辽河油田大直经扩孔钻头进行力学分析，为提高石油产量作出贡献1 弹性理论基本方程1.1 空间问题1.1.1力的概念1.1.2空间问题的平衡方程1.1.3空间问题的几何方程1.1.4空间问题的物理方程1.2 平面问题1.2.1平面应力问题与平面应变问题1.2.21.2.3平面问题的三大方程 弹性理论问题的求解方法1.2.4轴对称问题2 薄壳理论2.1 基本概念2.1.1 基本术语2.1.2

7、旋转薄壳变形的基本假设2.2 回转薄壳的应力分析2.2.1 平衡方程2.2.2 几何方程2.2.3 物理方程2.3 回转薄壳的无力矩理论2.3.1 无力矩理论的一般方程2.3.2 应用无力矩理论的条件2.3.3 无力矩理论的应用2.4 有力矩理论2.4.1 圆筒壳体的有力矩理论2.4.2 有力矩理论应用2.5 边缘应力2.5.1 边缘应力产生的原因2.5.2 变形协调方程2.5.3 应力计算2.5.4 边缘应力的应用2.5.5 不连续应力的特性及处理方法3 厚壁圆筒的力学分析3.1 厚壁问题3.2 厚壁圆筒的弹性应力分析3.2.1 厚壁圆筒的空间轴对称问题3.2.2 承受均匀内、外压厚壁圆筒轴

8、对称问题3.3 厚壁圆筒的弹塑性应力分析3.3.1 强度理论3.3.2 厚壁圆筒的弹塑性分析4 薄板理论4.1 基本假设4.2 薄板理论三大方程4.2.1 平衡方程4.2.2 几何方程4.2.3 物理方程4.2.4 挠度微分方程及其解5 开孔应力分析5.1 平板开小孔的应力集中问题5.1.1 矩形薄板各周边受均匀拉力作用5.1.2 矩形薄板各周边受均匀拉、压力作用5.1.3 矩形薄板各单边受均匀拉力作用5.1.4 矩形薄板各两边受不同均匀拉力作用5.2 壳体应力集中问题5.2.1 球壳开小圆孔5.2.2 圆柱壳开小孔6 外压容器力学分析6.1 外压容器的稳定性问题6.1.1 外压容器的特点6.

9、1.2 失稳后的几何特征6.2 外压圆筒失稳力学研究6.2.1 外压圆筒的基本模型6.2.2 外压圆环的临界压力6.2.3 圆筒的临界压力与应力7 卧式容器力学分析7.1 卧式容器支撑问题7.2 载荷分析721 容器筒体受均布载荷Q722 鞍座反力F723 水平力矩7.2.4 封头质量引起的载荷7.3 内力分析7.3.1 弯矩 M27.3.2 弯矩 M17.3.3 剪力Q7.4应力分析7.4.1 圆筒轴向应力7.4.2 切向剪应力7.4.3 圆筒周向应力8直立设备力学分析8.1直立设备固有周期8.1.1 直立设备振动物理模型8.1.2 直立设备固有周期8.2直立设备载荷分析8.2.1 地震载荷

10、8.2.2 风载荷8.3直立设备应力分析chuanz力学自然科学学科发展战略调研报告（1997 ）力学学科发展现状ai （川仔）与趋势高级工程师警二2力学学科发展现状与趋势力学学科有许多分支学科，国际上并无统一的分法。在我国大学的力学或工程力学系中，通常都设一般力学、固体力学和流体力学三 个专业，它们是按研究对象划分的。一般力学研究的对象是质点系、刚体及离散系统，固体力学和流体力学分别研究有固体变形和流体流 动的力学问题。除了以上三门力学分支以外，在一些学校、许多科研机构里，在我国历次学科规划中以及在国外，还有理性力学、岩土力 学、地球动力学、空气动力学、高速气体动力学、稀薄气体力学、水 动力学、弹性力学、塑性力学、结构力学、板壳力学、爆炸力学、物 理力学、化学流体力学、生物力学、地震工程力学、电磁流体力学、 等离子体动力学、宇宙气体力学、微重力流体力学、计算力学、实验 力学等分支学科。在这份报告里为叙述方便，我们将力学归纳为一般 力学、固体力学、流体力学以及力学中的交叉学科四类分支学科，考 虑到理性力学研究力学中带有共性的基础