板料成形数值模拟中无旋转自由度的三角形与四边形壳单元模型

利用全拉格朗日(TL)格式和Kirchhoff壳体理论,建立了无旋转自由度的三角形和四边形两种壳单元模型。对于有限元计算效率来讲,计算时间是与每个结点自由度呈三次指数关系,这两种壳单元模型的每个结点仅有3个自由度,并且避免了更新拉格朗日(UL)格式所要求的每个时间步均更新参考构形,从而大大提高了计算效率。实例表明,这两种单元模型无论是在计算精度还是在计算效率方面,都可以满足当前工程实际要求。

旋转组合结构的应力分析

本文使用“多节点约束方程”实现旋转体单元与壳单元的连接。为克服由于两种单元连接面上的约束过强而产生的附加局部应力,文中提出:用“非完全刚性连接”方法来建立两种单元自由度之间的转换关系,允许旋转体单元在连接处的厚度有变化。基于这一方法,只要把通常的旋转体有限元程序与旋转壳有限元程序联合应用并稍加改造即可计算旋转对称结构的位移场和应力场。算例表明,其计算结果的精度是令人满意的,本文提出的方法是行之有效的。

基于无旋转自由度壳单元的回弹预测方法

针对板料成形模拟与回弹模拟周期较长,需要准备的数据量大,难以应用于早期产品设计阶段的不足,提出了一种快速回弹预测方法.该方法基于有限元逆算法快速评估冲压件的成形性,采用无旋转自由度壳单元计算板料回弹,这种壳单元每个节点只有3个位移自由度,计算量少,并修正了该单元在空间情况下的转角变换系数,有效地提高了板料回弹的模拟速度.以Numisheet′05考题中的汽车底盘横梁为例,将计算结果与实验结果进行对比,验证了算法的可行性与精确性.

波纹管的特征值分析

基于Novozhilov薄壳理论 ,用有限元法建立了旋转波纹管非轴对称自由振动的广义特征值方程并进行了求解。选取两结点非协调曲边旋转壳单元作为波纹管的离散单元 ,并将所有相关变量沿其环向进行了Fourier展开。该方法不仅给出了子午线曲率连续变化的U型波纹管任意环向谐波所对应的特征值 ,而且对子午线曲率有突变的C型波纹管旋转壳也能很好地适应。算例结果表明 ,波纹管不存在一个最低固有频率对应的固定环向波数 ,但其轴对称振型和低阶非轴对称振型在动态分析中占绝对优势 ,高阶振型的作用并不明显。

碟形弹簧非线性特性分析有限元法

根据碟形弹簧是圆锥形的薄壳结构这一特点，利用一维旋转锥壳单元将碟形弹簧离散化，采用增量加载有限元法对碟形弹簧非线性位移和应力特性进行计算，降低了计算维数，减少了计算自由度，减少了计算工作量，结果与精确解相吻合，可为工程中碟形弹簧的设计提供依据。

波纹管在任意载荷作用下的几何非线性分析

为了深入探讨波纹管的力学特性 ,基于 Sanders非线性薄壳理论 ,用有限元法对其进行了非轴对称几何非线性分析。由于选取两结点非协调曲边旋转壳单元作为离散单元 ,解决了某些波纹管因子午线曲率有突变而在求解上造成的困难。同时由于将所有物理量 ,包括非线性耦合项 ,均沿环向进行了 Fourier展开 ,并通过适当的三角恒等式将非线性耦合项处理成“伪载荷”。

C型波纹管的非轴对称自振频率

C型波纹管是一种重要的柔性连接和补偿元件。为了了解波纹管的动力学特性 ,基于 Novozhilov薄壳理论 ,用有限元法建立了 C型波纹管非轴对称自由振动的广义特征值问题。选取两结点非协调曲边旋转壳单元作为离散单元 ,解决了 C型波纹管因子午线曲率有突变而在求解上造成的困难 ,将所有相关变量沿其环向进行了 Fourier展开 ,得出了任意子午线形状的波纹管在任意环向谐波时的特征值 ,并对两种端部条件下的