Mindlin板理论高阶精化杂交应力元及稳定性分析

基于Mindlin板理论,构造了杂交应力四边形8节点单元QA8-R。采用任意阶的Timoshenko梁函数构造了三阶边界位移插值函数,该函数确保单元能通过严格的收敛检验。利用Airy应力函数构造了单元域内应力插值函数,该函数包含21个最优选择的应力项。通过精化元方法构造了组合几何刚度矩阵,建立了屈曲分析的有限元列式。数值算例结果表明:QA8-R单元不仅可以通过C^(0-1)分片检验,保证了单元的严格收敛性,而且在不同边界条件下对中厚板的计算精度较高,更易于工程应用。

一类新的具有无外力圆柱表面的杂交应力元

根据Hellinger-Reissner原理,建立了进一步改进的具有一个无外力圆柱表面三维杂交应力元。元内假定应力场满足以柱坐标表示的平衡方程,及圆柱面上的无外力边界条件。当退化为二维时,也满足协调方程。数值算例表明,当分析带圆弧的槽孔板、块时,在稀疏的有限元网格下,这类单元即可提供较以前各类特殊元、一般假定位移元及一般假定应力元远为准确的三维及二维应力分布。

简化杂交应力元H阵的一种方法

本文建议一种简化杂交应力元H阵的方法,可以有效地减少H阵的生成和求逆的计算时间。

区间B样条小波杂交应力元分析及其应用

将小波函数引入到杂交应力元中,以其尺度函数作为插值函数,构造了二维四节点和三维八节点的B样条小波杂交应力元。将数值算例结果与理论解和Abaqus软件计算结果相对比,本文所构造的新型单元具有计算精度高、对单元划分密度不敏感、收敛速度快的优点。

新的具有一个无外力圆柱表面杂交应力元

用杂交应力模式导出新的特殊实体元。数值算例表明:新的元给出较8节点实体特殊杂交应力元、一般杂交应力元及假设位移元远为准确的应力值。

具有一个无外力圆弧边含转动自由度的杂交应力元

根据一种修正的余能原理,建立了一类具有一个无外力圆弧边,且结点含转动自由度的4结点杂交应力膜元.该元内假定应力场满足以柱坐标表示的平衡方程,及圆弧边的无外力边界条件;边界位移与相邻元协调.数值算例表明,这类特殊杂交应力元,可有效地分析具有圆形槽孔及倒圆角槽孔板的应力分布.

三维编织复合材料力学性能的杂交应力元法

应用非协调多变量有限元法和均匀化理论,提出了三维编织复合材料力学分析的新方法,发展了非协调位移元和杂交应力元,模拟了三维编织复合材料的有效力学性能。与实验值相比,杂交应力元法的结果比文中提及的其他数值方法的结果好,并且对于典型的四步法编织复合材料给出了一些算例和应用。

横观各向同性轴对称问题的非协调元和杂交应力元计算

基于变分原理得出各向同性轴对称问题下的非协调元和杂交应力元方法仍然适用于分析横观各向同性轴对称问题的结论,同时对应用于各向同性问题的罚平衡优化方法进行了修改,使之能够应用于横观各向同性问题的分析。文中给出了分析算例,并对各种单元结果进行了比较,计算结果表明非协调元和杂交应力元方法不但适用于横观各向同性轴对称问题分析,而且将提高其数值解的精度,改善单元内部应力分布。

分析层合材料槽孔应力的新型特殊层合杂交应力元

基于一种新的非匀质材料的扩展Hellinger-Reissner原理,及当一个单元域划分为不同材料特性子域,其元内位移及应力沿子域表面不连续时有限元刚度列式的简便方法,建立了新的具有一个无外力圆柱表面层合杂交应力元。单元各层内以整体坐标表示并以自然坐标插值的应力场,通过以非协调位移为权函数使齐次平衡方程变分满足的理性方法得到,此应力场同时严格满足给定圆柱面上无外力条件。单元间及各层间位移连续条件分别通过Largrange乘子进行了松弛。数值算例表明:在相当粗的网格下,新型元可提供较一般假定位移元及一般假定应力元更为准确的槽孔层板孔边应力。

一种简化的区间B样条小波杂交应力元

结合杂交应力元理论,分别以2阶、4阶0尺度小波函数为基础,构造了一种对应于杂交应力元的简单形函数。这种形函数不仅克服了区间网格数成2的指数级增加而导致未知量增加的困难,同时简化了计算过程。为了验证理论的正确性,分析了二维弹性板在承受均布载荷下中线位移和应力的情况。在相同网格数的情况下,4阶小波尺度函数构造的杂交应力元计算结果比2阶的计算结果更加准确。

用理性方法建立具有一个无外力圆柱表面的三维杂交应力元

根据修正的Hellinger-Reissuer原理,用理性方法,建立了一个无外力圆形表面的三维12节点杂交应力元。通过数值算例结果表明,用该元计算所得应力集中因子,环向应力σ_θ及轴向应力σ_z,本文给出结果都较靠近精确解。

含一个无外力圆柱面带转动的三维杂交应力元

根据一种修正的余能原理,建立了一类具有一个无外力圆柱表面及结点含转动自由度的8结点新型三维杂交应力元.单元边界位移场选择二次位移插值函数,且与相邻元协调;单元内假定应力场满足以柱坐标表示的平衡方程及圆柱面上无外力边界条件.数值算例表明,这种特殊杂交应力元在相当粗的网格下即能十分准确地分析圆弧形槽口附近及曲梁的三维(及二维)的孔边应力分布.

基于杂交应力元法的颗粒增强复合材料Monte⁃Carlo模拟

杂交应力元假设的高阶应力场可以用较疏的网格获得较高的计算精度.采用四叉树网格离散非均质计算域,四叉树杂交应力单元悬挂节点的位移协调条件自动满足,且得益于单元类型数量有限,单元刚度矩阵可以预计算,以便在实际计算时直接读取调用,大幅提高了计算效率.考虑夹杂的随机性对颗粒增强复合材料力学性能的影响,采用均匀化方法和Monte⁃Carlo方法,研究了随机夹杂的体积比、数量、长宽比对材料均质等效模量的影响,结果表明,复合材料的等效弹性模量随夹杂体积比、数量、长宽比的增大而增大,且对体积比最敏感.

一种新的弹塑性杂交应力元法

本文基于一个改进的弹塑性的Hellinger/Reis■ner 混合变分原理构造了一种用于解弹塑性问题的四节点等参杂交应力元.新的模型中,在单元内增加了等效应力增量、塑性等效应变增量及不协调位移变量,从而使单元内的屈服准则及流动法则平均得到满足,不协调位移改进了单元应力精度.计算表明,新的模型可以提高弹塑性杂交法的精度和计算效率.

非协调轴对称杂交应力元单元刚度矩阵的准确建立

给出新型三类用理性杂交模式、根据一种修正的Ｈｅｌｌｉｎｇｅｒ－Ｒｅｉｓｓｎｅｒ原理、建立高精度非协调轴对称实体旋转有限元时，其单元刚度矩阵的准确计算式。

考虑变厚度的杂交应力元

提出了用于变厚度板平面应力问题分析的杂交元列式,其中以位移场和膜力场为独立未知场量。基于Pian-Sumihara四边形杂交单元的五参数应力场和常规双线性位移场构造一个变厚度平面四边形杂交元。通过若干数值算例验证了新单元的正确性和优越性。

杂交元假设应力模式的变形刚度分析

通过本征变形模式提出识别杂交元零能变形模式和假设应力场中零能应力模式的新方法,同时给出了在假设应力场中增加应力模式时杂交元变形刚度的计算公式.从而从理论上阐明了在假设应力场中增加零能应力模式不仅不能抑制单元零能变形模式而且可能增加非零能变形模式的刚度,因此不宜用来假设应力场;同时进一步指出寄生应力模式将使单元产生虚假应变能而使单元显得过刚,因此即使它能够抑制单元零能变形模式也不宜用来假设应力场,从而为假设应力场提供了合理的建议.数值算例说明了包含零能应力模式和寄生应力模式时单元的性能.

三维杂交应力元性能分析的基本变形模式方法

通过分离杂交元各阶模态所对应应力场求得单元基本变形模式,从而提出一种直接分析杂交元任意变形性能的基本变形模式方法。单元模态不仅和假设应力场有关而且是多种简单变形耦合而成的复杂变形,该文采用应力参数直接考察杂交元振型所对应的应力场,有效地把复杂的耦合应力场分离成一系列简单应力场的组合,进而在此基础上求得杂交元基本变形模式,克服了直接分离复杂振型的困难,可以对杂交元对于基本变形模式的变形刚度即单元性能进行简便有效的分析。通过对多种杂交元进行分析研究和数值计算,综合评价和对比了它们对于各种变形的性能,指出某些假设应力场只适用于特定问题的求解但不能用以形成通用的杂交元。

非线性复合材料杂交应力有限元的有效迭代方法

推导了面内剪应力应变关系非线性的复合材料的杂交应力有限元列式,给出了位移迭代和应力迭代的策略和步骤.提出一种非线性应力场迭代格式的改进方案,不仅提高了收敛速度,而且克服了大载荷下简单迭代法循环迭代而无法收敛的关键问题,使得所提出的非线性杂交应力元方法几乎对任意大载荷都能够收敛.数值算例表明该方法是确实可行的.

Mindlin板弯曲和振动分析的高阶杂交应力四边形单元

基于Mindlin板理论提出了一种高阶八节点杂交应力四边形单元.该单元不仅能通过零剪力分片检验,而且能通过非零常剪力增强型分片检验.单元边界位移插值采用任意阶Timoshenko梁函数,对不同厚跨比的四边简支、固支方板,以及圆板进行了弯曲和自由振动分析,数值结果表明无论对薄板还是中厚板,该单元均是准确和有效的,并且具有几何不变性.