几何大变形太阳能无人机非线性气动弹性稳定性研究

大柔性太阳能无人机在气动载荷的作用下产生较大的弯曲变形,机翼结构的刚度、质量分布等特性亦发生较大改变,线性理论无法满足这类飞机气动弹性稳定性分析的精度要求。基于Co-rotational(CR)理论,推导了结构变形后的切线刚度矩阵和质量矩阵,建立了大柔性机翼结构动力学模型;采用建立在局部气流坐标系下的片条非定常气动力模型,建立了考虑几何非线性效应的大柔性无人机气动弹性运动方程。引入准模态假设,采用P-k法研究了几何大变形对类"太阳神"布局太阳能无人机的气动弹性稳定性的影响。研究结果表明:随着弯曲变形的增加,非线性颤振速度可降低10%以上,非线性颤振频率可下降8%;合理的增加扭转刚度、前移弹性轴、前移剖面质心等,均可以有效改善几何大变形引起的不利影响。研究工作对大柔性飞机的气动弹性设计具有一定的参考意义。

几何大变形三维梁单元的U.L列式

推出了几何大变形三维梁元的坐标转换矩阵 ,并且给出了大转角位移的计算公式。考虑空间梁的双向弯曲 ,同时考虑弯曲与轴向作用的相互耦合 ,在平截面和小应变的假定下 ,采用 U.L 描述 ,基于非线性增量有限元理论 ,导出了考虑位移高阶项影响的三维梁单元的切线刚度矩阵 ,给出了相应的有限元表达式和对应的计算公式 。

梁板壳的几何大变形——从近似的非线性理论到有限变形理论

对梁板壳的线性理论、近似几何非线性理论与有限变形理论作了比较,介绍了有限转动理论,指出了应用有限变形理论求解梁板壳的大变形问题的高效率、高精度的巨大优越性.

基于近似Woodbury公式的梁单元几何大变形分析

工程结构发生材料非线性时,往往伴随着几何大变形行为。而在非线性分析过程中,刚度矩阵的分解和求逆是不可避免的。该文将隔离非线性有限元法嵌入到更新拉格朗日格式中,建立了考虑材料非线性和几何大变形行为的梁单元控制方程。为了实现控制方程的高效求解,提出了近似Woodbury公式,其核心思想是:与舒尔补矩阵相关的线性方程组采用组合近似法求解,实时变化的整体刚度矩阵被假定在一段时间内保持不变,从而避免矩阵的实时更新和分解,拓宽了Woodbury公式的应用范围。依据时间复杂度分析,对该文方法进行了效率评估。结果表明:对于结构出现大范围材料非线性时的几何大变形问题,近似Woodbury公式依然具有高效性;通过对某钢筋混凝土框架结构进行地震反应分析,论证了该文方法在满足工程精度要求的前提下,能够高效求解结构出现大范围材料非线性时的几何大变形问题。

基于扭转几何大变形理论的并联行星传动太阳轮轴设计研究

以潜油单螺杆泵采油系统中的并联行星齿轮减速器为研究对象,结合等圆截面杆的弹性扭转几何大变形位移公式,通过Matlab软件计算,建立了并联行星齿轮减速器中并联太阳轮轴扭转变形的数学模型,应用各段并联太阳轮轴扭转变形协调原理和等功率传递原理,设计了并联行星齿轮减速器。该减速器在传递额定功率的情况下可以大幅度减小径向尺寸。

拉索穹顶结构几何大变形混合有限元静力分析

本文应用有限元法，结合拉索穹顶结构特征，采用可以直接考虑索元垂度影响的两节点索单元与两节点直杆单元相结合的有限元模型，基于修正的拉格朗日描述方法和虚功原理建立了拉索穹顶结构几何大变形分析的混合有限元静力平衡方程，并利用荷载增量法与Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ法相结合的混合增量求解技术编制了计算程序，进行了实例计算。结果表明：本文方法简便、实用、精度高，能充分反应拉索穹顶结构的特点，可供设计参考和采用。

柔板的几何大变形分析

针对柔壁喷管柔板及其驱动机构的设计问题，采用数值仿真和有限元分析相结合的方法，对柔板进行了几何大变形分析，运用大型仿真软件MATLAB求出各支撑点位移量并运用ANSYS建立柔板的有限元模型，分析其达到指定型面所需的驱动力及柔板的应力。

求解平面固体几何大变形问题的有限质点法

有限质点法是基于向量式力学提出的一种新兴的数值计算方法。它采用物理计算模式,将分析域定义成一组质点的集合,并根据牛顿第二定律描述质点的运动,从而取代了传统数值方法中数学连续体的概念。该方法通过虚拟逆向运动分离刚体位移和变形位移,并采用变形坐标的形式来计算内力,再利用显式时间积分逐步求解质点运动方程。分析中可以通过描述各质点的轨迹来追踪整体的运动行为。该文阐述了有限质点法的基本概念和原理,推导了平面固体的内力求解公式,并将其应用于平面固体几何大变形问题的数值计算,通过自编程序对实例计算的结果表明,该方法有良好的精度和收敛性,对于求解平面固体的大位移、大转动问题是有效的、可行的。

地层塌陷区段埋地管道变形与应力分析

已有文献都是基于Winkler地基梁模型来研究塌陷以及悬空等对管道安全的影响,还没有采用其他力学分析模型的报道.分别采用Winkler和理想弹塑性地基梁模型,研究地层塌陷对管道安全的影响.建立了管土相互作用的几何大变形力学分析模型,采用非线性理论对力学模型求解.分析结果表明:在管道的屈服应力较小的情况下,为简化工程计算可采用Winkler模型计算临界塌陷区长度,较弹塑性模型简单,便于工程应用;当地层塌陷区长度较小时,为简化计算可采用Winkler模型分析管道的变形与应力;弹塑性模型可忽略土弹簧刚度对管道分析结果的影响,而Winkler模型则要考虑土弹簧刚度对其的影响.给出了使管道失效的临界地层塌陷区长度,所得结果可供工程设计参考.

封闭式谐波齿轮传动柔轮最优几何形状分析与设计

应用几何大变形薄壳理论分析柔轮的应力和应变 ,应用能量极大熵原理推导了柔轮几何形状最优曲线的数学模型表达式。

简支梁大变形的优化算法

提出一种求解几何非线性问题的优化算法,并研究了简支梁的几何非线性大变形问题。首先取简支梁大变形后的平衡状态为研究对象,分别创建它的变分模型和微分模型;然后基于微分模型,通过动坐标的迭代关系式求得微段端点坐标,构建微段端点未知坐标的目标函数;最后确定简支梁几何非线性大变形的最优化问题,并编制相应优化程序进行求解。通过分析典型算例,并同有限元方法的计算结果相比较,表明提出的优化算法在求解强几何非线性大变形问题中的正确性,为处理几何非线性大变形问题提供了一种新方法。

钢框架大变形分析

文章通过对Von.karman大变形薄板的研究,认为几何大变形方程的关键在于ds2=dx2+dy2,而不是我们的惯性思维ds=dx,因此文章通过对通常所说的二阶刚度矩阵的修改,就得到了框架大变形几何刚度矩阵。在此修改过程中,仍然假定梁柱的变形曲线为三次曲线,推导过程仅考虑两端固定这一种情况,一端固定一端铰支、两端铰支以及移动支座这几种情况作者假定读者已能自明,所用推导方法不再使用通常的最小势能原理,而是使用最基本的方法——力法方程,修改后的几何大变形方程一般可以通过迭代进行求解。

谐波齿轮传动中柔轮载荷分布规律分析研究

提出了关于谐波齿轮传动装置中柔轮啮合区内载荷分布规律的实验与分析新方法。包括三部分：首先，在载荷状态下，通过安装在刚轮径向方向上三个可装、拆的活齿测得大量的啮合数据。其次，通过数学统计方法获得啮合区内切向力和径向力的实验曲线。最后，应用函数逼近法获得载荷区内载荷分布方程。

充气膜造型结构的ANSYS软件非线性分析

考虑了充气膜结构几何大变形、小应变的主要特点,以非线性有限元理论为基础进行了包括形态、受荷及模态等全过程的受力分析.运用分析软件ANSYS对充气膜结构的各不同过程进行非线性有限元分析,以获得最优形态.

谐波齿轮传动中柔轮载荷分布规律分析研究

提出了关于谐波齿轮传动装置中 ,柔轮啮合区内载荷分布规律的实验与分析新方法。包括三部分 :首先 ,在载荷状态下 ,通过安装在刚轮径向方向上三个可装、拆的活齿 ,测得大量的啮合数据 ;其次 ,通过数学统计方法获得啮合区内切向力Ft和径向力Fr的实验曲线 ;最后 。

充气膜结构非线性分析的ANSYS实现

考虑充气膜结构几何大变形、小应变的主要特点,以非线性有限元知识为基础,进行包括形态、受荷、模态等全过程受力分析。运用分析软件ANSYS8.1,对充气膜结构各不同过程进行非线性有限元分析,以达到最优形态。

长方体充气膜结构设计简化计算方法研究

文章以非线性有限元知识为基础,对非线性有限元迭代方法简化,对不同荷载工况下结构的膜面应力和顶点最大位移等基本结构变化特性进行分析,得出模型的荷载-变形关系;并与ANSYS分析软件的分析结果进行比较,二者结果较为接近,证明了该文充气膜结构的简化有限元迭代方法正确性与可靠性。

有限元法在工程接触现象中的应用研究

对于成形过程中具有几何大变形的体内预应力钢结构,索与结构的接触摩擦将会耗散大量能量,不搞清楚接触工作情况,就无法准确确定索力,同时也无法准确认识结构成形过程受力状态和预应力情况.本文采用接触有限元法对成形过程中具有几何大变形的预应力结构进行了接触成形过程研究,提出采用直接约束法可以较好地模拟此类接触问题.本文研究对施工中索力控制具有指导意义,同时为几何大变形预应力结构的设计提供一条新的途径.

矩形薄板的混沌运动研究

研究了气流和面外激励共同作用下四边完全简支的矩形薄板的混沌运动行为。考虑几何大变形理论,利用Hamilton变分原理,建立了气流作用下矩形薄板的非线性振动偏微分方程;并将偏微分方程离散为常微分方程。运用线性势理论,得到了气流的气动力。用梅尔尼科夫方法得到了混沌运动存在的必要条件;数值模拟给出了振动系统的分叉图、相图和庞加莱截面,验证了必要条件的正确性。研究结果表明,随着来流速度的增加,矩形薄板会发生不稳定振动,出现混沌运动。