面积坐标法构造含转角自由度的四结点膜元

以四边形面积坐标作为工具,构造了两个含转角自由度的广义协调四边形单元AQ4和lAQ4。它们通过强式分片检验,与同类单元相比,具有很高的计算精度,能消除梯形闭锁现象,有很强的抗网格畸变的能力。

考虑界面转角自由度的频域子结构法研究

采用Jetm undsen频域子结构法,针对空间刚架结构的综合进行了数值仿真,研究了界面自由度的完整性对于综合结果的影响,讨论了一种间接获取转角自由度相关频响函数信息的方法。仿真结果显示,频域子结构综合法能够有效地预报结构的动力学性能,而通过引入间接获取的转角自由度的频响信息能在一定程度上改善预报质量。

新型带转角自由度的四结点膜单元

给传统膜单元引入一个垂直单元平面的旋转自由度,可以增加位移场阶次,提高计算精度和单元性能.文中为膜结构和高层结构中的剪力墙提供了两种性能良好的四节点膜单元.理论分析和数值模拟表明,这两种单元所采用的线位移和转角位移相互独立的位移场,能有效解决一维单元和二维单元的过渡连接问题,易于编程实现.数值计算结果表明,该单元位移场更符合实际位移场,并节省了计算时间.

带转角自由度的四边形六面体单元

本文提出了三个带转角自由度单元，其中一个平面四边形单元，两个空间六面体单元。对平面单元每个结点有两个线位移自由度、一个转角自由度；对空间单元，每个结点有三个线位移自由度、三个转角自由度。这些单元列式简单，其中两个无多余零能模式，数值计算表明，它们的计算精度高。

含面内转角自由度的4结点平行四边形单元

首先利用 12结点等参数单元的形函数 ,求出含转角自由度的 4结点平行四边形膜元的形函数 ,由此推导含转角自由度的 4结点平行四边形膜元的单元刚度矩阵 ,其与一般的弯曲板单元组合后 ,形成了一种适用范围更广、收敛更快、精度更高及抗畸变能力更强的壳单元。在相同精度的情况下 ,使用本单元求解问题可以减少单元数量 ,降低结构总自由度数。该单元能直接与每个结点具有 6个自由度的空间梁柱单元相联结 ,能有效地解决工程实际问题 。

基于带面内转角自由度四节点平板壳单元的板壳非线性分析

针对矩形平板壳单元在工程结构,例如大跨度桥梁数值分析实践中的广泛应用,采用具有给定位移模式的纵、横向离散条带描述单元整体位移场。该位移场由2个部分构成,即单元中面膜位移和横向挠曲变位,其中面内位移由包含节点转角自由度在内的节点位移参数沿纵、横向条带顺次插值得到,而横向变位表示为双3次Hermite多项式乘积形式。单元模型确保位移及应变分量在单元内部和相邻单元之间连续,物理概念明确,提高分析精度与可靠性。通过选取受弯方形薄板弹塑性分析及圆柱壳体大变形、大转动2个经典算例,发现本文计算结果与经典解析解以及其他数值解十分接近。提出的板壳单元位移模型可以有效地解决复杂板式结构稳定极限承载力分析问题。

具有转角自由度的曲面矩形扁壳元

扁壳单元中引入结点转角自由度可以在不增加结点的情况下,增加位移场的阶次,提高计算精度,从而显著地提高单元性能。利用广义协调薄板单元RGC-12的位移函数作为扁壳元的法向位移,利用广义协调矩形膜元的位移函数作为扁壳面的切向位移,构造了一个具有转角自由度的4结点广义协调曲面矩形扁壳元。并通过实例分析对该单元的收敛性和精度进行了验证,数值算例的结果表明,该单元收敛稳定迅速,用较少的自由度就获得了很高的精度,是一个性能良好的壳单元。

含面内刚性转角自由度的四边形广义协调膜元

在常规4结点膜单元内增加独立的平面内刚体转角自由度,采用四边形等参元形式,基于广义协调理论建立了含转角自由度的四边形广义协调膜元,避免了常规平面膜元由于忽略平面内转动而引发转动零刚度、导致刚度阵奇异的缺陷。广义协调元法具有非协调元不要求精确协调的优点,且随着单元细分可趋近于协调元,保证了广义协调元的收敛性。应用于经典的Cook问题、悬臂梁问题和MacNeal梁问题,该单元计算精度高、收敛性好、无零能模式。网格畸变分析表明,该单元弱梯形闭锁、单元抗畸变性较好,与矩形单元相比,具有单元划分的灵活性和适应性。

带转角自由度的三角形三棱柱单元

本文提出了一个带转角自由度平面三角形单元、两个带转角自由度空间三棱柱单元。对平面单元每个结点有两个线位移自由度、一个转角自由度；对空间单元每个结点有三个线位移自由度、三个转角自由度。这些单元列式简单，其中两个无多余零能模式，数值计算表明，它们的计算精度高。

一种含Allman型转角自由度的杂交元

基于组合杂交变分原理,使用单元内部位移提高含转角自由度的插值阶次,并由此优化线性应力,得到CHDB单元.它既满足杂交方法所要求的inf-sup条件,又有较高的位移、应力精度;和普通的八节点二次单元相比计算花费少;对单元几何形状不敏感;能很好地模拟弯曲变形;克服Poisson Locking.

带转角自由度平面单元的不完备性

讨论了有限元法中带转角自由度的平面单元的收敛性。证明其位移模式不满足收敛条件 。

两类数据的转角自由度模态综合法及应用

提出一种利用实验测试的位移自由度数据估算所需要的转角自由度数据,并以此对实验数据模型和有限元模型进行模态综合的方法。通过对一段空调配管的例子说明文中方法在MSC.NATRAN中的应用。模态综合结果显示转角自由度的应用使模态综合的频率误差和模态振型的MAC值均有显著提高。

含面内转角自由度的四结点四边形单元

利用十二结点等参数单元的形函数 ,推导含转角自由度的四结点四边形膜元的单元刚度矩阵 ,该单元能直接与每个结点具有六个自由度的空间梁柱单元相联结 。

圆柱壳结构的转角自由度频响函数估计方法研究

频响函数子结构综合方法是工程设计的重要途径。对于子结构综合方法中界面转角自由度不匹配问题,本文采用界面刚性等效方法解决该问题。对于工程中常见的圆柱壳结构,本文通过数值仿真和试验研究验证了该方法在此类结构中获取转角自由度信息的可行性。将估计得到的与转角自由度相关的频响函数结果与有限元仿真结果进行对比,结果表明界面刚性等效方法具有较高的计算精度,可用于频响函数子结构综合方法。

有转角自由度的矩形板壳单元

本文讨论了一个新型的单元———带转角自由度的矩形平板壳体单元 ,推导了该单元的应力矩阵和刚度矩阵。通过与其他方法的比较 ,证明了所建立的单元列式简单 ,计算精度高 ,是一种方便、可靠的工程分析方法。

一种新的含转角自由度的四节点杂交元

基于组合杂交变分原理,使用含转角自由度的位移插值和CH(0-1)元应力模式,得到CHD(0-1)单元。它既满足杂交方法所要求的inf-sup条件,又有较高的位移、应力精度;和普通的八节点二次单元相比计算花费少;对单元几何形状不敏感;能很好地模拟弯曲变形。数值试验结果支持了本文结论。

转换层计算中带转角自由度的三维元

为适应建筑结构中厚板转换层的分析需要，本文在已有的二十节点三维元基础上推导得出一种八节点带转角的三维元。该单元每节点有六个自由度，可方便地与粱、柱等C1类单元直接连接，自动保证了节点转角协调性。该单元对拉压变形采用线性插值，在反映弯剪变形上，则与二十节点三维元有同等精度。

超协调元

该文提出一类超协调的单元理论。不同于在普通协调元中采用的线位移协调插值格式,超协调元的单元插值函数首先引入转角自由度等线位移导数的高阶协调假设,并通过积分推导,进而获得超协调的线位移模型。基于超协调元理论,该文构造了一类新型的三结点三角形平板壳元SCT。数值算例表明:与其他类型单元相比,基于超协调元理论的单元具有计算精度高和计算效率好的优势。该文所提出单元理论构造简单,超协调元理论可以成为构造高性能数值算法的一种新的通用理论。

对接圆柱壳结构的频响函数子结构混合建模方法研究

以建立精确的对接圆柱壳结构动力学模型为目标,为解决对接圆柱壳结构实验模型存在的界面转角自由度信息缺失的问题,提出了频响函数子结构混合建模方法,采用界面刚性等效方法进行界面转角自由度信息的近似估计,并将其与有限元频响结果进行对比分析,验证了该方法在圆柱壳结构中的计算精度。同时,根据子结构频响函数获取方式、界面自由度的不同,采用子结构频响函数综合方法进行多种工况下的混合建模。结合对接圆柱壳结构的振动特性,对比分析不同工况下的混合建模结果。结果表明:考虑界面转角自由度信息后,可有效提高对接圆柱壳结构的混合建模精度。

基于有限差分法的主轴-刀柄结合部刚度辨识

针对传统结合部参数辨识普遍存在缺失转角自由度的空间不完备问题,利用有限差分法估算转角自由度频响,从而建立了完备空间自由度的结合部参数辨识模型;基于残差补偿理论重构频响函数试验数据,降低了模态截断引起的测试误差,以避免辨识计算过程中试验测试噪声对辨识结果的影响,提高辨识精度。以主轴-刀柄系统结合部为对象,通过锤击试验获得各子结构及结合部的频响函数,利用子结构耦合法辨识出结合部等效动力学刚度,通过有限元法进行动力学建模与分析,验证辨识结果。对比试验与仿真结果验证了方法的可行性。