基于有限单元法的多间隙耦合齿轮传动系统非线性动态特性分析

针对齿轮传动系统的动态传递误差、单双边冲击状态、脱齿、拍击及混沌现象等复杂非线性动力学问题,在同时考虑齿侧间隙、轴承间隙、时变啮合刚度及齿面摩擦等非线性特性的基础上,首次提出一种基于有限单元法的多间隙耦合齿轮传动系统的非线性动态特性分析方法。以某单级斜齿轮传动系统为例,利用大型通用有限元分析软件AN-SYS/LS-DYNA建立耦合系统动力学模型,分析支撑状态下耦合系统的非线性动态特性,研究了不同转速及负载力矩对耦合系统非线性动态特性的影响规律。结果表明有限单元法能在满足高精度分析的条件下求解各种复杂工况的齿轮系统非线性动力学问题,为进一步研究齿轮传动系统非线性动力学问题提供有力工具。

基于有限单元柔度法和刚度法的几何非线性空间梁柱单元比较研究

分别基于有限单元柔度法和有限单元刚度法二阶分析理论,采用纤维模型梁柱单元编制了钢筋混凝土杆系结构二阶非线性分析程序;分别采用这两种方法对几个典型试验实例进行了计算机模拟分析,通过模拟分析结果的对比,对有限单元柔度法与有限单元刚度法处理几何非线性问题的效果与效率进行了比较研究。结果表明:对于几何非线性问题,尤其是对于处理下降段(非稳定阶段)问题,基于柔度法的梁柱单元无论从计算效率还是计算效果上都明显优于基于刚度法的梁柱单元,有限单元柔度法是目前处理杆系结构材料与几何双重非线性问题最为有效的分析方法。

下限分析有限单元法的非线性规划求解

下限分析有限单元法将下限定理这一数学变分问题转化为一个数学规划问题,克服了人为构造可静应力场的困难,在实际工程中具有广阔的应用前景。通过有限元离散得到的非线性下限规划模型中包含大量的优化变量与约束条件,常规优化算法难以求解。为此,在分析非线性下限规划模型自身特点的基础上,引入可行弧技术和Wolfe非精确搜索技术改进其优化求解效率。算例分析表明,基于可行弧技术和Wolfe非精确搜索技术,下限分析有限单元法优化求解程序的收敛速度和步长搜索效率得到明显的提升,并且其数值稳定性良好、计算精度较高,可以较好地适应实际工程问题的计算。

基于有限单元柔度法的材料与几何双重非线性空间梁柱单元

从有限单元柔度法的基本思想出发,基于完全拉格朗日格式(TL格式),建立了能考虑材料与几何双重非线性的一般化空间梁柱单元,适用于满足Euler-Bernoulli梁柱二阶分析理论假定的空间杆系结构非线性分析。另外,在梁柱单元截面分析中引入纤维模型,使其适用于解决钢筋混凝土这类复合材料结构的非线性分析问题。对钢筋混凝土双向偏心受压柱试验结果的模拟分析表明,本文所提方法是正确、可靠的,能有效地分析钢筋混凝土框架柱的材料与几何双重非线性问题。

基于有限单元柔度法和刚度法的非线性梁柱单元比较研究

分别基于有限单元柔度法和有限单元刚度法理论,采用纤维模型梁柱单元编制了钢筋混凝土杆系结构非弹性分析程序。基于柔度法的梁柱单元模型的特点在于以单元截面力插值函数作为出发点,在不考虑几何非线性的前提下,总能保证单元内部截面力场分布满足平衡条件。通过构造的数值算例及钢筋混凝土双向弯曲柱反复加载试验结果与两种方法模拟分析结果的对比,对柔度法与刚度法的分析效果进行了比较研究,并对纤维模型梁柱单元解决空间杆系结构非弹性分析的有效性进行了验证。结果表明:对于结构处于强非线性阶段,尤其是对于处理下降段(软化)问题,基于柔度法的梁柱单元无论从计算效率还是计算效果上都明显优于基于刚度法的梁柱单元;纤维模型梁柱单元是目前处理空间杆系双向弯曲与变轴力耦合问题最为实用有效的单元分析模型。

索膜结构裁剪分析中测地线生成的非线性有限单元法

针对索膜结构裁剪分析中的测地线生成提出了一种全新的非线性有限元法。首先根据最小势能原理证明了两端固定的几何非线性等张力索在膜面上自由滑动时的静力平衡位置,即为膜面上两个固定点之间的短程线-测地线;其次提出了在每个索单元节点处添加垂直膜面的足够长度的几何非线性二力杆来保证等张力索能够在膜面上自由滑动,采用非线性有限单元法求解其静力平衡位置。提出的方法具有思路明确,收敛稳定,计算速度快和易于实现等特点。

基于几何非线性有限单元法的温控器用片弹簧优化设计

利用几何非线性有限单元法对温控器用片弹簧参数进行了数值计算,并通过与实际测试结果的对比,验证了基于几何非线性有限单元法求解温控器用片弹簧参数的可行性和正确性。在此基础上,运用MATLAB优化工具,对片弹簧的结构尺寸进行了优化设计。然后建立触头弹跳的ADAMS仿真模型,并利用激光位移测试方法对模型进行了验证。最后利用ADAMS软件对温控器进行触头弹跳仿真分析。结果表明:基于几何非线性有限单元法优化设计的片弹簧能有效抑制动触头的弹跳。

电导率线性变化直流电测深三维有限单元法正演模拟

为模拟电导率线性变化的地电模型,进行了水平大地电导率线性变化直流电测深三维有限单元法正演模拟。采用六面体单元剖分,电导率和电位在单元内线性变化,推导出齐次边界条件下有限单元法系数矩阵。采用异常电位法进行计算,提高了电源点附近的计算精度。利用改进的对称超松弛预条件共轭梯度(SSOR PCG)进行线性方程组求解,与一维水平层状电导率线性变化模型滤波算法对比,最大相对均方差小于0.38%。对二维不连续垂直分界面模型、均匀大地中的三维低阻体模型进行了电阻率测深正演计算,验证了本文方法的有效性。

隔离非线性分层壳有限单元法

分层壳单元由于其模型简单,物理意义清晰,被广泛应用于建筑结构的有限元数值模拟中。该文基于隔离非线性有限元法提出了分层壳单元的高效非线性分析模型,将分层壳单元的截面变形(应变和曲率)分解为线弹性变形和非线性变形,以单元中面的高斯积分点作为非线性变形插值结点,建立了非线性变形场,并根据虚功原理,推导了分层壳单元的隔离非线性控制方程,采用Woodbury公式和组合近似法联合求解控制方程。依据时间复杂度理论的统计分析表明:该文建立的方法相较于传统变刚度有限元方法在非线性分析效率方面具有显著优势。并与有限元软件ANSYS的计算结果进行对比,验证了该文方法的准确性。

三维退化纤维梁单元线性和非线性有限元分析

为了解决曲线梁、任意形状截面梁、以及复合材料梁等结构的计算问题,基于退化理论推导得到三维退化纤维梁单元。该单元采用平截面基本假设,考虑剪切变形的影响,用轴线节点位移表示梁单元任意一点的三维位移场。根据UL列式,推导得到该单元考虑几何非线性和材料非线性的切线刚度矩阵。由上述理论编制了有限元计算程序,通过对几个典型算例的分析,证明了这种纤维退化梁单元的精确性、高效性和通用性。

非线性有限单元法在结构分析中的应用

非线性是材料的基本性质之一.结合具体的算例,用编制的三维弹塑性程序实现了材料的非线性性质,并与弹塑性解析解进行了比较,所得结果验证了程序的正确性.

微分算子展开与耦合势三维有限体积法快速计算随钻超深前视电阻率测井响应非线性Born逼近

本文将非均质各向异性地层中电磁场耦合势Helmhotz方程分解为各向异性背景场方程与散射场方程,并应用算子展开技术推导出耦合势Born级数解,建立一套三维非均质各向异性地层中随钻超深前视电阻率测井响应各阶散射电磁场与非线性Born逼近的有效计算方法.首先,利用传输线法与二维插值技术确定背景电磁场空间分布,得到零阶Born逼近解,然后根据电磁场耦合势的Born级数解推导出各阶散射电磁场方程与递推关系,通过三维有限体积法实现各阶散射场耦合势方程的离散,在此基础上结合MKL PARDISO并行技术,通过递推方式逐步计算各阶散射电磁场,并根据Born级数部分和确定不同阶次的非线性Born逼近.最后利用数值模拟结果对正演算法加以检验,并深入研究分析各阶散射场的变化特征与Born级数的收敛性质.

三维纤维梁单元增量非线性有限元分析

以三维连续体介质力学和虚位移原理为基础,推导了增量更新拉格朗日(UL)列式,此列式中保留了大位移增量刚度矩阵项,并对此刚度矩阵进行修正使其成为对称矩阵.根据增量UL列式,推导出小应变、大位移、大转动三维纤维梁刚度矩阵.该梁单元的刚度矩阵考虑了复合材料非线性、大位移、大转动高度几何非线性.该单元采用平截面假定,忽略剪切变形的影响,以轴线节点的位移表示截面上任意一点位移.根据以上理论编制了分析程序,通过对几个算例分析,证明该方法的精确性、通用性.

基于有限单元法的起重塔架强度及非线性屈曲分析

利用有限元计算软件ANSYS对起重塔架的强度和非线性屈曲稳定性进行了校核,得出如下结论:起重塔架的强度满足设计要求,但强度储备比较低,建议对结构进行相应的优化。结构的稳定性有充足的储备余量,可以适当减小腹杆的密度,进一步降低结构的整体自重。

三维杆系结构的几何非线性有限元分析

为了更准确地描述杆系结构的几何非线性性能,建立了一种基于三维梁单元有限元分析的计算方法。引入了考虑两方向曲率和扭转角变化的坐标转换矩阵来描述任意增量下的单元平移和转动;采用了包括轴向变形和扭转的非线性项的刚度矩阵来考虑高阶非线性项的影响。应用广义位移控制法进行增量迭代,编制了相应的三维梁单元非线性计算程序NL_Beam3D。通过对几个例子进行的分析,验证了该方法可较好地考虑结构几何非线性。

有限单元法三维电阻率最小二乘反演中存在问题的研究

针对有限单元法在三维电阻率最小二乘反演中关于深部单元的反演能力、反演稳定性和速度问题进行了讨论与改进。首先构造了全新的“体积因子”作为先验信息加入到电阻率反演中 ,使地质体赋存区域的电阻率变化更符合实际情况 ,提高了深度较大的地质体的分辨能力。反演计算中对实测电阻率数据和模型正演数据分别取对数 ,并改进迭代修正量的计算方法 ,将以前的加减修正量改为与修正量指数之积 ,这样 ,不但可以改进电阻率模型出现负值的缺陷 ,提高反演计算的稳定性 ,而且还可减少迭代次数 ;针对反演时间过长的缺陷 ,将三维全域反演改为三维局域反演 ,使每次迭代的时间由 4h减少到目前的 15min ;对模型的反演计算表明 ,以上改进是非常有效的。

水电站地下厂房岩锚吊车梁三维非线性有限元分析

应用三维非线性有限元方法,结合实际工程,研究地下厂房中下部分级开挖和吊车梁荷载两个因素对岩锚吊车梁及附近围岩局部变形、稳定性的作用与影响,比较了刚体力系平衡法与有限元法计算岩锚吊车梁锚杆的受力情况和两者之间的差异,分析了吊车梁与洞壁接触面的稳定性,论证了三维非线性有限元方法用于研究水电站地下厂房岩锚吊车梁的合理性。

江坪河高面板堆石坝三维非线性结构有限元分析

采用三维非线性有限单元法对江坪河面板堆石坝施工填筑期和水库蓄水运行期的应力变形进行模拟计算 ,研究引用不同的堆石料参数 (水布垭面板坝和天生桥一级电站面板坝材料参数 )和不同的接缝单元模型 ,分析不同时期产生的坝体应力和变形。且对江坪河面板坝与水布垭和天生桥面板坝的应力和变形特性做了对比分析 。

多尺度有限单元法求解非均质多孔介质中的三维地下水流问题

应用多尺度有限单元法模拟非均质多孔介质中的三维地下水流问题。与传统有限单元法相比 ,多尺度有限单元法的基函数具有能反映单元内参数变化的优点 ,所以这种方法能在大尺度上抓住解的小尺度特征获得较精确的解。在介绍多尺度有限单元法求解非均质多孔介质中三维地下水流问题的基本原理之后 ,对参数水平方向渐变垂直方向突变的非均质多孔介质中的三维地下水流和Borden实验场的三维地下水流分别用多尺度有限单元法和传统等参有限单元法进行了计算 ,结果表明在模拟高度非均质多孔介质中的三维地下水流问题时 ,多尺度有限单元法比传统有限单元法有效 ,既节省计算量又有较高的精度 ;在模拟非均质性弱的多孔介质中的三维地下水流问题时 ,多尺度有限单元法虽然也能在大尺度上获得较为精确的解 ,但效果不明显。

三维有限单元法在某分离式大型船闸闸室结构分析中的应用

结合ABAQUS大型有限元分析软件,以某分离式船闸的标准段闸室为基本计算结构,并拟定地基模拟范围,建立了闸室的三维有限元计算模型,分析了在不同工况下的应力分布规律和变形特点。并根据三维有限元内力计算原理及方法计算出闸室段各部位控制点的内力,为设计人员进行配筋设计提供了便利条件。