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基于工程教育的协同转动课堂探索——以“MATLAB仿真”课程为例 被引量:4
1
作者 杨洋 王秀芹 《工业和信息化教育》 2022年第2期24-27,共4页
卓越工程师教育培养计划的实施及工程教育的人才培养对国内高等教育的改革与发展起到了重要的示范、引领和推动作用。课题组以培养学生的创新实践和综合能力为核心,开展基于工程教育的“MATLAB仿真”课程,充分发挥仿真类课程教学特色,使... 卓越工程师教育培养计划的实施及工程教育的人才培养对国内高等教育的改革与发展起到了重要的示范、引领和推动作用。课题组以培养学生的创新实践和综合能力为核心,开展基于工程教育的“MATLAB仿真”课程,充分发挥仿真类课程教学特色,使“MATLAB仿真”协同转动课堂形式更为丰富,内容更为前沿化。从实践情况来看,基于电子信息工程专业的“MATLAB仿真”协同转动课堂有助于增强学生的专业理论和实践水平,对工程实践和设计类等课程的教学创新及推广,提高工程专业人才培养质量,培养创新性人才具有重要意义。 展开更多
关键词 MATLAB课程 工程教育 卓越工程师 协同转动课堂 教学改革
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用于光滑/非光滑壳的稳定化新型协同转动4节点四边形壳单元 被引量:3
2
作者 李忠学 胡万波 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2020年第9期18-29,共12页
该文发展了一种适用于光滑壳和非光滑壳的新型协同转动4节点四边形壳单元。在单元中每个节点采用了3个平动自由度和2/3个矢量型转动自由度,每个光滑壳的节点或非光滑壳的非交界节点采用壳中性面法向矢量的2个最小分量作为矢量型转动变量... 该文发展了一种适用于光滑壳和非光滑壳的新型协同转动4节点四边形壳单元。在单元中每个节点采用了3个平动自由度和2/3个矢量型转动自由度,每个光滑壳的节点或非光滑壳的非交界节点采用壳中性面法向矢量的2个最小分量作为矢量型转动变量,在非光滑壳中性面交界线上的节点采用3个矢量型转动变量,他们分别是节点定向矢量组中一个定向矢量的较小或最小分量和另一定向矢量的2个最小分量。在非线性增量求解过程中,这些矢量型转动变量可以采用简单的加法将增量累加到原矢量中直接进行更新,且采用了协同转动框架的单元在局部和整体坐标系下得到的切线刚度矩阵都是对称的,结构整体切线刚度矩阵可以采用一维线性存储,可节省大量的计算机存储资源和计算时间。为消除膜闭锁和剪切闭锁的不利影响,采用单点积分方案计算单元内力矢量和切线刚度矩阵,并借鉴Belytschko提出的物理稳定化零能模态控制法来消除可能出现的零能模态。通过对2个光滑壳和2个非光滑壳进行非线性分析,检验了单元的可靠性、计算效率与计算精度。 展开更多
关键词 四边形壳单元 协同转动 矢量型转动变量 单点积分 闭锁现象 零能模态 稳定化方法
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采用矢量型转动变量的二维协同转动梁元法 被引量:2
3
作者 李忠学 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第7期1219-1223,共5页
基于先进的协同转动法,建立可以考虑大位移大转角问题的二维三节点等参梁元公式.首先将协同转动坐标系固定在单元中部节点上,并随节点的刚体转动和平动而运动,然后计算单元节点坐标和位移,便可排除单元刚体位移的影响,从而显著降低建立... 基于先进的协同转动法,建立可以考虑大位移大转角问题的二维三节点等参梁元公式.首先将协同转动坐标系固定在单元中部节点上,并随节点的刚体转动和平动而运动,然后计算单元节点坐标和位移,便可排除单元刚体位移的影响,从而显著降低建立单元切线刚度矩阵的复杂性.在该梁元中定义了一组矢量型转动变量,以精确描述梁单元的几何变形,这种变量为单元节点方向矢量分量的较小值.采用这种变量,可以通过简单的矢量变换即可建立起局部变量与整体变量之间的关系,从而非常方便地将局部单元切线刚度矩阵转换到整体座标系下.此外,引入Lagrangian插值函数来描述单元几何形状和位移场,采用Green应变和第二Piola-Kirchihoff应力张量来计算应变能,再通过对单元应变能进行一阶和二阶微分,得到单元内力矢量和对称的切线刚度矩阵.通过几个算例分析,验证了该有限元法的可靠性和计算效率. 展开更多
关键词 协同转动 矢量型转动变量 大位移 大转角 二维梁单元
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采用应变差分离法的新型协同转动三边形曲壳单元
4
作者 李忠学 徐晋 +2 位作者 刘永方 俞冬良 叶青会 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第8期1506-1512,共7页
发展了一种能够解决结构大位移、大转角问题的新型协同转动三边形曲壳单元.不同于现有的其他协同转动有限元法,本单元有如下特色:1)采用了矢量型节点转动变量,它们是单元节点处曲壳中面法向矢量的2个较小分量;2)所有的节点变量在增量求... 发展了一种能够解决结构大位移、大转角问题的新型协同转动三边形曲壳单元.不同于现有的其他协同转动有限元法,本单元有如下特色:1)采用了矢量型节点转动变量,它们是单元节点处曲壳中面法向矢量的2个较小分量;2)所有的节点变量在增量求解过程中都是采用简单的加法进行更新的;3)单元的切线刚度矩阵是通过计算单元应变能对节点变量的二阶微分得到,且节点变量间的微分次序是可互换的,因而得到的切线刚度矩阵是对称的.为消除可能出现的闭锁现象,在计算单元应变能时引入了假定膜应变和假定剪切应变.这些假定应变采用应变差分离法计算,它们不影响单元切线刚度矩阵的对称性.通过对4个典型算例的分析,验证了单元的可靠性、计算精度和计算效率. 展开更多
关键词 协同转动 矢量型转动变量 对称的切线刚度 应变差分离 闭锁现象
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新型九节点协同转动四边形弹塑性壳单元
5
作者 魏昊岩 李忠学 仲政 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期424-430,440,共8页
为求解板壳结构的弹塑性大变形问题,发展了一种新型九节点协同转动四边形壳单元.与现有的其他协同转动壳单元相比,由于在单元中采用了增量可直接累加的矢量型转动变量,大大降低了非线性增量求解过程中更新转动变量的难度,且在整体与局... 为求解板壳结构的弹塑性大变形问题,发展了一种新型九节点协同转动四边形壳单元.与现有的其他协同转动壳单元相比,由于在单元中采用了增量可直接累加的矢量型转动变量,大大降低了非线性增量求解过程中更新转动变量的难度,且在整体与局部坐标系下能得到对称的单元切线刚度矩阵,单元的计算效率得到明显提高.在单元公式中,引入了von Mises材料屈服准则,采用向后欧拉迭代法进行材料本构关系的隐式积分,并选用一致材料模量矩阵.为减轻闭锁现象的不利影响,单元中还引入了假定应变法.通过2个典型算例,证明了这种新型九节点协同转动四边形壳单元在求解板壳结构弹塑性大变形问题时的计算精度和收敛性是令人满意的. 展开更多
关键词 四边形壳单元 弹塑性变形 协同转动 大转角 假定应变
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基于假定应变法的协同转动四边形复合材料壳单元
6
作者 魏昊岩 《计算机辅助工程》 2011年第2期50-56,共7页
为对复合材料层合板壳结构进行精确的大变形数值模拟,提出一种采用假定应变法的能分析层合结构大转动问题的协同转动四边形壳单元.该方法在建立有限元公式时引入假定应变法以克服膜闭锁和剪切闭锁的不利影响.与其他能分析大转动问题的... 为对复合材料层合板壳结构进行精确的大变形数值模拟,提出一种采用假定应变法的能分析层合结构大转动问题的协同转动四边形壳单元.该方法在建立有限元公式时引入假定应变法以克服膜闭锁和剪切闭锁的不利影响.与其他能分析大转动问题的复合材料壳单元相比,在新的协同转动框架中采用矢量型转动变量,可大大降低在非线性增量求解过程中更新转动变量的难度,且能得到对称的单元切线刚度矩阵,提高单元的计算效率.分析两个典型算例,并与其他学者的结果进行对比,结果表明在计算层合结构大转角问题时拥有较好的精度和收敛性. 展开更多
关键词 复合材料 壳单元 协同转动 转动 假定应变法
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稳定化的新型协同转动四边形曲壳单元 被引量:4
7
作者 李忠学 刘永方 +2 位作者 徐晋 叶青会 俞冬良 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2010年第9期27-34,共8页
发展了一种新型协同转动9节点四边形曲壳单元。在单元中采用了矢量型转动变量,它们是节点处中性面法向矢量的两个较小分量,在增量求解过程中它们的增量是采用简单的加法直接累加的,因此在更新切线刚度矩阵时可以提高单元计算效率和简化... 发展了一种新型协同转动9节点四边形曲壳单元。在单元中采用了矢量型转动变量,它们是节点处中性面法向矢量的两个较小分量,在增量求解过程中它们的增量是采用简单的加法直接累加的,因此在更新切线刚度矩阵时可以提高单元计算效率和简化计算过程。不同于现有的其它协同转动有限元公式,本单元的切线刚度矩阵可以通过计算应变能或能量混合泛函对节点变量的二次微分得到,且节点变量的微分次序是可以互换的,因而得到的单元切线刚度矩阵是对称的。为消除或减轻闭锁现象的不利影响,采用了降阶积分法来计算单元内力矢量和切线刚度矩阵,并采用稳定化方法消除可能出现的伪零能模态。多个算例的分析结果表明:本文发展的9节点四边形曲壳单元的可靠性、收敛性和计算精度是令人满意的。 展开更多
关键词 协同转动 矢量型转动变量 闭锁现象 降阶积分 稳定应变法
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平面框架几何非线性分析的修正拉格朗日-协同转动联合法 被引量:4
8
作者 张年文 童根树 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2009年第8期100-106,130,共8页
提出了一种几何非线性有限元分析平面框架的方法。应用修正拉格朗日(UL)法计算单元的增量节点位移;计算增量节点力采用了协同转动法,使用的协同构形(Cr)是由前一个平衡构形(C1)经刚体运动后得到。以单元节点的增量自然变形为参数表示出C... 提出了一种几何非线性有限元分析平面框架的方法。应用修正拉格朗日(UL)法计算单元的增量节点位移;计算增量节点力采用了协同转动法,使用的协同构形(Cr)是由前一个平衡构形(C1)经刚体运动后得到。以单元节点的增量自然变形为参数表示出Cr构形下的虚功方程;推导得出了C1构形中单元增量节点位移向量与Cr构形中节点增量自然变形之间的关系;把得到的关系式代入虚功方程,得Cr构形中计算增量节点力的切向刚度矩阵;所得的切线刚度矩阵能通过刚体检验。考虑了加载变形对后续分析的影响,导致切向刚度矩阵增加了与加载变形有关的刚度矩阵。算例结果表明:提出的方法可以采用较少单元达到UL法同样的计算精度;加载变形产生的刚度矩阵能有效地提高计算效率;但变形较大时,加载变形产生的刚度矩阵会导致膜锁。 展开更多
关键词 结构分析 有限元法 修正拉格朗日法 协同转动 几何非线性 膜锁
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新型协同转动3节点三边形壳单元 被引量:3
9
作者 向宇 李忠学 张传杰 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2015年第6期15-21,40,共8页
发展了一种新型3节点三边形壳单元。计算单元在局部坐标系下的节点变量时,通过采用协同转动法,预先扣除节点整体变量中的刚体转动成分,从而简化了单元的计算公式。不同于现有的其他协同转动单元,在该单元中采用了增量可以直接累加的矢... 发展了一种新型3节点三边形壳单元。计算单元在局部坐标系下的节点变量时,通过采用协同转动法,预先扣除节点整体变量中的刚体转动成分,从而简化了单元的计算公式。不同于现有的其他协同转动单元,在该单元中采用了增量可以直接累加的矢量型转动变量,单元的切线刚度矩阵可以通过直接计算能量泛函对节点变量的二阶偏微分得到,且对节点变量的偏微分次序是可以互换的,因而在局部和整体坐标系下都得到了对称的单元切线刚度矩阵。为消除单元中可能出现的闭锁现象,引入了Mac Neal提出的线积分法,分别用沿单元边线方向的膜应变和剪切应变构造新的假定应变场。最后,通过对几个产生了大位移与大转角变形的板壳问题进行分析,检验了该单元的可靠性、计算精度和计算效率。 展开更多
关键词 协同转动 三边形壳单元 矢量型转动变量 转动 假定应变法
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新型协同转动六节点三边形复合材料壳单元 被引量:1
10
作者 张传杰 李忠学 +2 位作者 向宇 陈哲武 郑涛 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2015年第5期94-101,154,共9页
为分析复合材料层合板壳结构,提出了一种协同转动六节点三边形复合材料曲壳单元。不同于现有的其它协同转动有限单元:1)该单元中采用了增量可加的矢量型转动变量,因而在非线性增量求解过程中更新节点转动变量非常简单;2)在计算应变能对... 为分析复合材料层合板壳结构,提出了一种协同转动六节点三边形复合材料曲壳单元。不同于现有的其它协同转动有限单元:1)该单元中采用了增量可加的矢量型转动变量,因而在非线性增量求解过程中更新节点转动变量非常简单;2)在计算应变能对局部节点变量的二阶偏微分时,微分的次序是可以交换的,并且通过链式微分计算应变能对整体节点变量的二阶偏微分时,微分的次序也是可以交换的,因此,得到的局部和整体坐标系下的切线刚度矩阵都是对称的;3)在此有限单元公式中引入了混合公式法,以减轻膜闭锁和剪切闭锁的不利影响。对4个典型算例进行了分析,并与其他文献的结果进行对比,该文提出的单元的可靠性和计算效率得到了验证。 展开更多
关键词 协同转动 复合材料壳单元 矢量型转动变量 转动 混合公式法
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基于频域本征正交分解的几何非线性动力学降阶 被引量:6
11
作者 陈兵 龚春林 +1 位作者 仇理宽 谷良贤 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2020年第21期163-172,共10页
为提升几何大变形条件下的结构非线性动力学系统的求解效率,研究指定频域段的动力学行为,以悬壁板为对象,利用频域本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)方法研究几何非线性结构动力学降阶问题。壁板的几何非线性刚度基于... 为提升几何大变形条件下的结构非线性动力学系统的求解效率,研究指定频域段的动力学行为,以悬壁板为对象,利用频域本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)方法研究几何非线性结构动力学降阶问题。壁板的几何非线性刚度基于协同转动(Co-rotational,CR)方法求解,利用POD方法在指定频域范围内以计算快照生成基向量,通过Galerkin方法实现动力学系统降阶,非线性刚度以增量的形式加入外力项,系统的非线性行为通过广义外力的形式体现。通过对悬壁板的频域POD降阶分析与对比,结果表明:(1)对线性系统,频域POD降阶分析精度高,误差均在1%以内,求解时间远小于全阶系统,其中,1阶POD的求解时间不到全阶系统的50%;(2)对于非线性系统,在正弦和阶跃载荷作用下,一阶POD降阶分析误差小于1.5%,三阶误差小于0.5%,计算时间均少于全阶分析时间的75%;(3)对于多点随机激励下的几何非线性动力学,通过频域降阶,保留前六阶POD基向量,可保证降阶系统的分析误差在0.5%以内,且计算时间仅为全阶系统的79%。 展开更多
关键词 非线性动力学 降阶 本征正交分解 频域 协同转动方法 几何非线性
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RC平面及空间框架抗倒塌能力OpenSees对比分析 被引量:2
12
作者 余琼 朱帅 +1 位作者 刘葵 许建立 《四川建筑科学研究》 北大核心 2015年第2期73-78,共6页
对已有平面及空间框架抗倒塌试验进行了OpenSees非线性静力抗倒塌数值模拟与验证。在此基础上设计了一个6层钢筋混凝土空间框架,进行一榀横向、一榀纵向平面框架和该空间框架非线性静力Pushdown分析,考察不同抽柱工况下平面与空间框架... 对已有平面及空间框架抗倒塌试验进行了OpenSees非线性静力抗倒塌数值模拟与验证。在此基础上设计了一个6层钢筋混凝土空间框架,进行一榀横向、一榀纵向平面框架和该空间框架非线性静力Pushdown分析,考察不同抽柱工况下平面与空间框架倒塌抗力关系。试验及数值模拟表明,空间框架倒塌抗力均高于平面框架。数值模拟还表明,空间框架结构抗力小于对应纵、横向平面框架结构抗力之和。 展开更多
关键词 冗余度 悬索作用 协同转动 倒塌抗力
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基于OpenSees的RC平面框架抗倒塌试验模拟与分析(之一)
13
作者 余琼 刘葵 许建立 《四川建筑科学研究》 2014年第5期57-61,共5页
基于OpenSees分析平台,以位移控制方法加载,对湖南大学平面框架抗倒塌试验进行非线性静力抗倒塌数值模拟,验证了OpenSees几何非线性分析方法及约束处理方法的有效性。给出梁柱构件的轴力图,分析梁、柱截面弯矩-曲率、P-M相关曲线,确定... 基于OpenSees分析平台,以位移控制方法加载,对湖南大学平面框架抗倒塌试验进行非线性静力抗倒塌数值模拟,验证了OpenSees几何非线性分析方法及约束处理方法的有效性。给出梁柱构件的轴力图,分析梁、柱截面弯矩-曲率、P-M相关曲线,确定了基于变形的屈服准则,通过对模拟结果的后处理得出了平面框架的塑性铰分布及发展情况;提取梁柱单元内力,根据轴力及弯矩包络曲线考察梁柱内力变化规律。通过数值分析,深入探讨了框架结构的抗倒塌机制和抗力分布情况。 展开更多
关键词 协同转动 塑性铰分布 悬索机制
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基于OpenSees的RC平面框架抗倒塌试验模拟与分析(之二)
14
作者 余琼 刘葵 许建立 《四川建筑科学研究》 2014年第6期72-76,共5页
基于Open Sees分析平台,以位移控制方法加载,对湖南大学平面框架抗倒塌试验进行非线性静力抗倒塌数值模拟,验证了Open Sees几何非线性分析方法及约束处理方法的有效性。给出梁柱构件的轴力图,分析梁、柱截面弯矩-曲率、P-M相关曲线,确... 基于Open Sees分析平台,以位移控制方法加载,对湖南大学平面框架抗倒塌试验进行非线性静力抗倒塌数值模拟,验证了Open Sees几何非线性分析方法及约束处理方法的有效性。给出梁柱构件的轴力图,分析梁、柱截面弯矩-曲率、P-M相关曲线,确定了基于变形的屈服准则,通过对模拟结果的后处理得出了平面框架的塑性铰分布及发展情况;提取梁柱单元内力,根据轴力及弯矩包络曲线考察梁柱内力变化规律。通过数值分析,深入探讨了框架结构的抗倒塌机制和抗力分布情况。 展开更多
关键词 协同转动 塑性铰分布 悬索机制
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Thermo‐driven photocatalytic CO reduction and H_(2) oxidation over ZnO via regulation of reactant gas adsorption electron transfer behavior 被引量:1
15
作者 Zhongming Wang Hong Wang +4 位作者 Xiaoxiao Wang Xun Chen Yan Yu Wenxin Dai Xianzhi Fu 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第9期1538-1552,共15页
Photothermal catalysis is a widely researched field in which the reaction mechanism is usually investigated based on the photochemical behavior of the catalytic material.Considering that the adsorption of reactants is... Photothermal catalysis is a widely researched field in which the reaction mechanism is usually investigated based on the photochemical behavior of the catalytic material.Considering that the adsorption of reactants is essential for catalytic reactions to occur,in this study,the synergistic effect of photothermal catalysis is innovatively elucidated in terms of the electron transfer behavior of reactant adsorption.For the H_(2)+O2 or CO+H_(2)reaction systems over a ZnO catalyst,UV irradiation at 25°C or heat without UV irradiation did not cause H_(2)oxidation or CO reduction;only photothermal conditions(100 or 150°C+UV light)initiated the two reactions.This result is related to the electron transfer behavior associated with the adsorption of CO or H_(2)on ZnO,in which H_(2)or CO that lost an electron could be oxidized by O2 or hydroxyls.However,the electron‐accepting CO could be reduced by the electron‐donating H_(2)into CH4 under photothermal conditions.Based on the in‐situ characterization and theoretical calculation results,it was established that the synergistic effect of the photothermal conditions acted on the(002)crystal surface of ZnO to stimulate the growth of zinc vacancies,which resulted in the formation of defect energy levels,adsorption sites,and an adjusted Fermi level.As a result,the electron transfer behavior between adsorbed CO or H_(2)and the crystal surface varied,which further affected the photocatalytic behavior.The results show that the effect of photothermal synergy may not only produce the expected kinetic energy,but more importantly,produce energy that can change the activation mode of the reactant gas.This study provides a new understanding of the CO catalytic oxidation and reduction processes over semiconductor materials. 展开更多
关键词 Photothermal synergy Electron transfer behavior Adsorption kinetic control In‐situ characterization Fermi level
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伺服钢支撑对旁侧既有盾构隧道的纠偏控制研究 被引量:1
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作者 朱家烜 魏纲 +1 位作者 冯非凡 齐永洁 《低温建筑技术》 2022年第5期86-92,共7页
近年来伺服系统的研究多集中在基坑的围护结构,但是对于旁侧既有盾构隧道影响的研究较少。文中建立了一种可以考虑基坑围护结构受力变形及基坑空间效应的侧壁加载模型,来计算隧道周围土体附加应力分布,采用盾构隧道剪切错台和刚体转动... 近年来伺服系统的研究多集中在基坑的围护结构,但是对于旁侧既有盾构隧道影响的研究较少。文中建立了一种可以考虑基坑围护结构受力变形及基坑空间效应的侧壁加载模型,来计算隧道周围土体附加应力分布,采用盾构隧道剪切错台和刚体转动协同变形计算模型,研究了基坑旁侧既有盾构隧道的水平位移纠偏量,最后进行了算例分析和单因素影响研究。结果表明基坑旁侧既有盾构隧道纵向水平位移纠偏量在伺服钢支撑顶推作用下呈现正态分布;随着坑隧净距增加,旁侧既有盾构隧道的水平位移纠偏量减小;伺服系统顶推对旁侧埋深较浅的盾构隧道影响较大。 展开更多
关键词 盾构隧道 钢支撑伺服系统 水平位移纠偏量 剪切错台和刚体转动协同变形
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