应用离散偶应力单元分析弹性Cosserat介质

讨论了平面弹性偶应力问题的有限元方法,提出了离散偶应力单元的理论和构造方法,其特点是独立假设单元的位移和微观转角,偶应力理论中微观转角和宏观转角相等的假设在单元中以离散形式强加.该类单元列式简单,易于编程,且有满意的精度.并构造了一个三角形九自由度离散偶应力单元DCT9(discreteCoss erattriangular).数值结果表明该单元能够较好地描述Cosserat介质的力学性质.

具有内衬缠绕式压力容器缠绕过程的有限元模拟

根据具有内衬缠绕式压力容器缠绕过程和有限元分析的特点,提出虚—实结合逐层实化的有限元分析策略,模拟其缠绕工艺过程,将单元划分为虚实两类,实单元采用真实的材料常数,虚单元采用很小的刚度,使其不影响计算结果;在考虑缠绕新一层缠绕带时,将该层绕带的单元刚度取为真实刚度,即将其“实化”;缠绕过程中缠绕带的缠绕张力采用温度参数法控制,使其达到预定值。该方法简便、灵活,适用于复杂形状的容器分析。对圆筒容器的数值分析结果表明,文中的方法与已有的简化解析方法相比具有可靠的精度。

碳纤维增强镁合金层合板及其基本力学性能

对碳纤维增强镁合金金属层合板FML(Fiber Metal Laminates)进行了初步的探索和研究。在几种不同层数和体分比下,制备了碳环氧/镁合金层合板这种轻型结构材料,通过对这种新材料的初步力学性能的试验测试,给出了碳纤维增强镁合金金属层合板的应力-应变曲线,以及强度极限、弹性模量与纤维/环氧复合材料百分含量的关系。

基于平面弹性-板弯曲模拟关系的薄板有限元列式——从膜单元到薄板单元

本文全面讨论了基于平面弹性 -板弯曲模拟关系的薄板有限单元的理论和方法。由于直接对弯矩函数进行插值 ,c1连续性的要求得以自然避免。薄板单元可以直接在 c0 连续的层面上加以构造 ,无需借用 Reissner- Mindlin的中厚板理论 ,由之引发的闭锁问题也得以避免。本文系统地阐明了平面弹性膜单元与薄板弯曲单元的对应关系 ,及由平面弹性膜单元向薄板弯曲单元转换的一整套方法 ,为薄板单元的构造提供了一条新的有效的途径。文中给出了对应于平面弹性膜单元CST、LST、Q4、Q8的薄板单元 ,我们称之为 MPS板单元。MPS板元以挠度和转角为自由度 ,便于实际应用 ,和其它板单元相比具有非常高的精度。

工程机械中的机构-结构一体化优化设计

工程机械中的运动机构同时往往也是承载机构,其结构优化问题须同时考虑机构运动和结构受力,较传统的结构优化问题需要考虑的因素更多,约束条件更为复杂。本文以广泛应用于工程机械中的四连杆式俯仰机构为对象,研究了工程机械中机构-结构一体化优化问题,探讨了此类优化问题的目标函数、设计变量和约束条件,并对实际工程机械进行了分析和优化,达到了理想的效果。

胶层的几何特征及物理性质对胶接连接结构的应力和变形的影响

本文系统地讨论了胶层材料的线弹性和粘弹性性质以及在胶连结构中的几何特征对胶连结构的应力和变形的影响，为胶连结构的设计和应用提供参考依据。

考虑胶层蠕变行为的胶接结构有限元分析

本文考虑胶层材料的蠕变行为，采用模拟岩层纹理单元的有限元法，分析工程中使用的典型胶接结构的应力场和位移场。数值结果表明。

非局部弹性直杆振动特征及Eringen常数的一个上限

应用非局部连续介质理论推导了弹性直杆的振动方程,并采用分离变量法进行求解,得到了振动方程的本征方程、模态函数及通解。结果表明:非局部连续介质弹性直杆的自振频率因非局部效应而降低,降低的幅度不仅与材料内禀长度相关,还与振动频率的阶次相关;而且频率大小存在极限值,显示了与晶格点阵相同特性.通过与Brillouin格波结果比较,给出了Eringen非局部理论中材料常数的一个上限.

三维电磁场辛有限元列式及电磁共振腔的计算

针对三维共振腔的电磁场分析,利用Maxwell方程的对偶方程体系形式,从其相应的对偶变量变分原理出发,导出了三维电磁场辛有限单元的详细列式。为了有限元列式的保辛,变分原理被积函数可导向对于对偶变量为对称的形式。变分原理的边界积分项对于相邻单元相互抵消。由于采用了对偶变量的插值函数,使得电磁场单元构造可以在层面上进行,从而避免了所谓的连续性问题。无物理意义的零本征解可采用奇异值分解加以排除。文末分别对矩形及圆柱形的共振腔做了数值计算并与解析解和棱边元计算结果进行对比,算例表明了列式及算法的有效性。

应用四边形十六自由度平板壳单元DKQ16分析板壳结构的稳定性

应用新近开发的四边形十六自由度离散Kirchhoff平板壳单元DKQ16,分析了板壳结构的线性屈曲问题,建立了相应的几何刚度矩阵· 通过对几个典型算例的计算与比较。

应用平板壳单元DKQ16分析板壳结构的几何非线性

应用新近开发的四边形十六自由度离散 Kirchhoff平板壳单元 DKQ16,分析了板壳结构的几何非线性问题 ,采用 Total L agrange格式 ,在小应变、中等转动的假定下 ,建立了该单元几何刚度阵和大位移矩阵。非线性方程采用位移引导或弧长引导的牛顿 -拉夫森增量迭代法求解。讨论了网格和加载步数对收敛性的影响 ,通过对典型算例的计算以及与其它单元的比较 ,说明了

二维Nonlocal线弹性理论的变分原理与对偶方程

基于Eringen提出的Nonlocal线弹性理论的微分形式本构关系,导出了相应的能量密度表达式,进而得到二维Nonlocal线弹性理论的变分原理.利用变分原理导出了对偶平衡方程和相应的边界条件.进而给出了非局部动力问题的Lagrange函数,并引入对偶变量和Hamilton函数,得到了对偶体系下的变分方程.在Hamilton体系下,通过变分得到了二维Nonlocal线弹性理论的对偶平衡方程和相应的边界条件.

具有内衬的缠绕容器缠绕层等张力设计的迭代搜索

基于本文作者已提出的模拟具有金属内衬缠绕容器缠绕过程的有限元策略或者其它一些简化的解析公式 ,发展了一种确定具有内衬缠绕容器实现等张力状态的预拉张力过程的迭代方法。以典型钢带或碳纤维缠绕的圆筒压力容器为例进行了数值分析。结果表明

基于改进遗传算法的水轮发电机振动荷载参数识别

根据水轮发电机现场振动测试实验数据,采用改进的遗传算法研究了水轮发电机运行过程中振动荷载反演问题。与传统的参数反演方法相比,遗传算法并不是基于对目标函数梯度方向搜索,而是在解的整个区域随机搜索.将遗传算法与模拟退火算法相结合,提高了种群在进化过程中个体多样性,可以有效地防止简单遗传算法早熟问题。同时,将遗传算法与梯度优化方法相结合,使得混合型遗传算法有效地解决了梯度算法局部极小问题和简单遗传算法的收敛速度慢问题。工程实际应用表明,采用本文所建立改进遗传算法所反演的水轮发电机振动荷载参数,预报其它振动观测点的位移具有较高的预报精度。

Reissner板弯曲与平面偶应力模拟

在平面弹性与 Kirchhoff板弯曲相似性理论基础上 ,通过对 Reissner板弯曲和平面偶应力理论的基本控制方程与边界条件的对比 ,系统全面地阐明了两者之间的模拟关系 .

基于膜板比拟理论的一个新的四边形薄板单元

平面弹性与板弯曲的相似理论为构造薄板单元提供了一条有效的新途径· 由于避开了 c1连续性的困难 ,使得薄板单元的构造变得简单· 更为深入地讨论了该相似性理论的应用 ,并构造了一个新的四节点十六自由度薄板单元· 数值结果表明 ,该单元能通过分片试验 ,具有良好的收敛性和精度·

层合复合材料z-pinning增强技术的力学进展

z-pinning技术是自20世纪90年代中期发展起来的一种增强层合复合材料层间韧性的新技术。此项技术通过在层合板内嵌入体分比小于5%的z-pin,能使层合板的Ⅰ型层间断裂韧性提高十几倍,减少50%由低能量冲击所产生的层间分层,并且只造成层合板面内拉压强度的少量退化或不退化。同时,z-pinning技术较之其他层间增强技术,如编织、纺织和缝合技术等,又具有易于加工,且便于控制工艺质量等优点。因此,这一技术在近年来逐渐受到重视,并在一些航空、航天复合材料结构中得到了应用。简要介绍了z-pinning技术的工艺特点,重点综述这一领域细观力学模型与实验测试等力学分析工作的最新进展,并对准确评估z-pin力学行为的研究工作进行了展望。

电磁对偶元伪解的消除

将频域电磁场的基本方程导向对偶方程形式,并给出了推导电磁场有限元所需相应的对偶变量变分原理后,变分原理被积函数可导向对于对偶变量为对称的形式.对偶变量有限元推导可避免所谓的C1连续性问题.采用对偶变量离散分析了共振腔本征值问题,离散后再消去一类变量就可导出普通的广义本征值问题而求解.但因散度为零的方程是由变分来满足的.而变分函数选择并未刻意排除散度非零的场,故会出现很多本征值为零的伪解.本文采用奇异值分解将全部伪解预先加以排除.

平面裂纹应力强度因子的半解析有限元法

利用弹性平面扇形域哈密顿体系的方程,通过分离变量法及共轭辛本征函数向量展开法,推导了一个圆形奇异解析单元列式,该单元能准确地描述平面裂纹尖端场。将该解析元与有限元相结合,构成半解析的有限元法,可求解任意几何形状和载荷的平面裂纹应力强度因子及扩展问题。对典型算例的计算结果表明本文方法简单有效,具有令人满意的精度。

裂纹扩展过程中线性内聚力模型计算的半解析有限元法

提出了求解基于线性内聚力模型的平面裂纹扩展问题的半解析有限元法,利用弹性平面扇形域哈密顿体系的方程,通过分离变量法及共轭辛本征函数向量展开法,推导了一个环形和一个圆形奇异超级解析单元列式,组装这两个超级单元能准确地描述裂纹表面作用有双线性内聚力的平面裂纹尖端场。将该解析元与有限元相结合,构成半解析的有限元法,可求解任意几何形状和载荷的基于线性内聚力模型的平面裂纹扩展问题。典型算例的计算结果表明本文方法简单有效,具有令人满意的精度。