基于B-样条小波的复合材料层合板灵敏度分析

基于BSWI样条小波有限元方法,将响应和响应的灵敏度系数同时看作状态变量,在Hamilton体系下推导了复合材料层合板响应和响应灵敏度系数的混合控制方程。基于该混合控制方程研究了对称铺层四边固支复合材料层合板的位移响应灵敏度系数在z方向上的分布情况,并将计算结果与有限差分法进行比较。结果表明:材料参数E1,E2和G12对位移响应影响明显,其中以E1对位移响应的影响最大,E2次之。与经验法相比,半解析法计算结果相对误差小于10-4,这说明本文的计算方法是正确的,且降低了计算成本和程序实现难度,提高了计算精度。

Hamilton体系下压电材料层合板特征值灵敏度分析

在Hamilton体系下,基于区间B(B-spline wavelet on the interval)-样条小波有限元法研究压电材料特征值的灵敏度分析问题,推导压电材料特征值响应灵敏度系数的控制方程。利用二分法求得压电材料层合板前4阶特征值对材料密度的灵敏度系数,并与有限差分法所得结果相比较,证明所提方法的可靠性。结果表明,在Hamilton体系下求解特征值的灵敏度系数是可行的。

梁结构的区间B样条小波混合有限元法

基于梁结构的广义变分原理和区间B样条小波(BSWI)插值,提出梁的区间B样条小波混合有限元法,建立了分析细长梁和弹性地基梁的静力弯曲、振动模态和稳定性问题的求解通式.根据BSWI函数区间边界的数值特征,得到了梁常见边界条件下的挠度和弯矩小波系数值.BSWI混合有限元法可同时直接求解梁结构的挠度和弯矩,克服了位移有限元法弯矩求解精度不高的缺点.算例结果表明,BSWI混合有限元法计算梁弯矩的精度比BSWI位移有限元法提高了10.9%,说明了BSWI混合有限元法在梁结构应用中的有效性和精确性.

一维区间B样条小波单元的构造研究

基于区间B样条小波及小波有限元理论,提出了一种区间B样条小波有限元方法。传统有限元多项式插值被一维区间B样条小波尺度函数取代,进而构造形状函数和单元。与小波Galer-kin方法不同,本文构造的区间B样条小波单元通过转换矩阵将无明确物理意义的小波插值系数转换到物理空间。转换矩阵在小波单元构造过程中起到关键作用,为了保证求解的稳定性,转换矩阵必须非奇异。构造了以区间B样条尺度函数为插值函数的一系列一维区间B样条小波单元。数值算例表明,本文构造的区间B样条小波单元与传统有限元方法相比,在求解变截面,变载荷等问题时具有收敛快和精度高等优势;有效地丰富了小波有限元法单元库。

复合材料层合板应力分析的小波有限元法

为提高层合板数值计算精度和效率,基于复合材料层合板理论,采用同尺度不同阶数区间B样条小波(BSWI)尺度函数的张量积插值,构造满足节点位移、挠度及其导数连续性和兼容性的BSWI层合板单元转换矩阵,并从虚功原理出发,推导了层合板单元BSWI单元刚度方程,计算并分析了层合板承受轴向拉伸时对角线OA上各点挠度与板心O距离变化关系及应力、应变沿板厚分布规律.数值结果表明:BSWI有限元法在复合材料层合板应力分析方面,可用较少单元和自由度数获得较高计算精度.

含裂纹结构的区间B样条小波模糊有限元分析

为了解决工程问题中材料和载荷的不确定性给含裂纹结构数值分析带来的困难,提高数值计算的精度和效率,将模糊理论与小波有限元相结合,提出了基于区间B样条小波(B-spline wavelet on the interval,BSWI)模糊有限元分析法.该方法将哑节点断裂单元镶嵌到含裂纹结构的小波有限元模型中,建立了含裂纹结构的小波有限元模型,推导了小波有限元模糊平衡方程,并采用λ水平截集及分解定理求解模糊平衡方程;在此基础上,利用虚拟裂纹闭合法计算了不同裂纹长度下应力强度因子隶属函数值,并将计算结果与解析解进行了比较.结果分析表明该方法可用较少单元更为真实、准确地反映结构响应的变化情况,为工程实际中实现含不确定参数的断裂数值分析提供了一种新途径.

区间B样条小波有限元及其多分辨分析的应用研究

基于梁结构最小势能原理和区间B样条小波(BSWI)插值,建立细长梁结构的BSWI有限元求解通式,可进行梁结构各类问题的分析.讨论了一般细长梁、弹性地基梁的静力弯曲问题、振动模态问题和稳定性问题的分析方法,并说明了边界条件的处理方法.根据BSWI有限元法的多分辨分析原理,定义一误差判据,构建基于多分辨分析的自适应有限元方法.算例分析结果说明了BSWI有限元方法的有效性和精确性.

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。

Hamilton体系下复合材料层合板特征值灵敏度分析研究

在结构优化过程中,精确的结构参数灵敏度分析是最主要的困难之一。该文在Hamilton体系下推导了复合材料层合板特征值响应灵敏度系数的控制方程,基于BSWI(B-spline wavelet on the interval)样条小波有限元方法,利用二分法求得了四边固支复合材料层合板前四阶特征值对材料密度的灵敏度系数,并与有限差分法所得结果相比较,证明了该文所提出方法的可靠性。另外,该方法能够方便地拓展到复杂层合板壳结构以及智能材料层合板特征值灵敏度系数的求解问题中去。

基于B样条小波有限元的压电材料层合板灵敏度分析

在Hamilton体系下推导了压电材料层合板静力响应灵敏度系数的解析表达式,基于BSWI样条小波有限元方法,利用半解析法研究了混合层合板位移对材料常数灵敏度系数在z方向上的分布情况,并将半解析法的结果与有限差分法相比较,证明了半解析法结果的可靠性。结果表明:在边界条件为四边简支,上表面受均布单位压应力情况下,u和w对材料参数的灵敏程度相当,v对材料参数的灵敏程度相对较弱;u和v对材料参数的灵敏度系数在层合板厚度上变化范围较w更大。

基于区间B样条小波有限元的移动荷载识别

小波有限元以区间B样条小波尺度函数为插值函数构造小波有限元单元,并通过单元转换矩阵建立小波空间与物理空间各参数之间的关系。采用动态规划法与Tikhonov正则化法识别移动荷载,避免了直接处理反问题时的振荡与数值计算病态解等问题。算例采用所测得的部分离散点的动态响应数据为已知信息,验证了小波有限元的优越性及小波的多尺度特性,仿真结果表明,在相同条件下与传统有限元模型相比,小波有限元模型单元较少,识别精度较高;且可根据不同的识别精度要求自由选取所需的小波尺度。