多铅芯橡胶隔震支座非线性力学性能试验研究及其显式有限元分析

对应用于桥梁隔震的多铅芯橡胶支座进行非线性力学性能试验,并与理论计算结果进行对比分析。研究表明:多铅芯橡胶隔震支座性能稳定、受力性能良好、安装方便,是一种理想的桥梁隔震装置。在此基础上,采用显式有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA分析多铅芯橡胶支座的非线性动态特性,建立铅芯橡胶支座的FEA(有限元)模型,针对支座中心加竖向荷载和水平向循环往复位移荷载,进行了数值模拟分析,其结果与试验曲线基本吻合,从而为确定多铅芯橡胶支座的动力分析参数提供计算方法,进而可为设计新型铅芯橡胶支座提供指导。

流体饱和两相多孔介质动力反应分析的显式有限元法

根据Biot流体饱和两相多孔介质波动方程 ,采用解耦技术 ,提出了分析流体饱和两相多孔介质中动力反应的显式有限元法。根据所推公式 ,编制了计算程序并进行了实例计算。计算结果与解析解对比 ,两者符合非常好 ,表明本文方法是处理流体饱和两相多孔介质动力问题的一种非常有效方法。

基于显式有限元方法的二维楔形刚体入水砰击载荷并行计算预报

局部砰击载荷是在船舶首部结构设计时重点关注的问题。文章基于显式有限元方法,选用任意拉格朗日—欧拉算法(ALE),针对某30°二维楔形刚体入水砰击问题,开展了数值预报工作。针对模型网格密度开展了收敛性分析。数值预报的加速度、砰击压力等时域结果与已公开发表的模型实验的结果进行了比较,吻合非常好。鉴于在微机上数值计算时间比较长的问题,文中探讨了并行计算技术在模拟中的应用。

薄板成形动力显式有限元算法与面积坐标四边形单元模型

阐述了板料成形动力显式有限元算法的实现机理和关键技术以及计算速度和分析精度的主要影响因素；在共旋理论和应变率方程的基础上，建立了新型局部坐标系；通过面积坐标建立速度场插值函数，避免了Belytschko-Tsay单元模型中因采用面内单点积分而导致的沙漏现象；论证了在动力显式有限元算法中应用面积坐标四边形单元模型的可行性，从而有效提高成形分析效率和精度。

稀疏存储的显式有限元三角网格地震波数值模拟及其PML吸收边界条件

有限元法是复杂介质地震模拟的有力工具,它能比较客观地反映地震波的传播,比较细致地再现地震图像.但是,为了获得较精确的结果,有限元法模拟地震波的传播需要的网格点数多,具有计算量大和消耗内存多的缺点.针对上述缺点,本文对刚度矩阵采用压缩存储行（CSR）格式,以减少计算量并节省内存;采用集中质量矩阵得到对角的质量矩阵以提高有限元法（显式有限元）的计算效率;时间离散采用保能量的Newmark算法以提高有限元法的计算精度;采用变分形式（弱形式）的PML吸收边界条件对人工截断边界进行处理.通过与高精度的数值方法——谱元法的数值试验的对比表明,上述方法的引入可使有限元法在计算精度和计算效率方面均可取得比较显著的改进.为了获得相当的计算精度,相比于7阶谱元法,显式有限元法需要更精细的网格.然而,显式有限元法的计算速度比前者快近2倍,而内存需求仅为谱元法的1/4～1/6.

用动态显式有限元法对板材成形进行计算机模拟

介绍了动态显式有限元法的原理和特点 ,总结讨论了国际现有各种商用有限元软件的情况。采用显式有限元软件 L S- DYNA3D对板材零件冲压过程进行计算机模拟分析 ,预测冲压过程中可能出现的各种工艺缺陷 ,例如坯料的起皱、局部减薄和破裂 ,并以模拟结果为依据提出改进模具和工艺参数的办法 ,优化工艺参数 ,可以减少调试和修模的次数 ,以此实现降低模具费用、缩短制模时间、提高产品成品率和材料利用率 ,最终达到减少产品成本的目的。

基于PANDA的并行显式有限元程序开发

冲击响应数值模拟在军用与民用领域有广泛的应用需求,但现有串行分析程序难以满足求解规模和效率的需求,因此需要开发并行显式有限元程序。本文在分析了显式有限元串行基本算法的基础上,设计了相应的并行算法,采用模块化程序开发模式基于PANDA程序框架开发了并行显式有限元分析程序DynPack,并进行了算例验证。算例表明,DynPack实现了结构冲击响应的大规模并行计算,并具有较高的并行效率。

实体壳单元及其在动力显式有限元方法中的应用

将实体壳单元模型引入动力显式有限元方法,并采用假定自然应变方法消除剪切闭锁和梯形闭锁,利用平面应力假定改善厚向闭锁,通过共旋理论更新应力.对标准算例的计算及其与实体单元计算结果的对比显示,在相同计算模型条件下,实体壳单元模型较实体单元有更好的精度.利用实体壳单元对一段辊弯成型过程进行模拟.结果显示,采用实体壳单元可以有效缩小计算规模,提高计算效率.

GPU通用计算平台上中心差分格式显式有限元并行计算

显式有限元是解决平面非线性动态问题的有效方法.由于显式有限元算法的条件稳定性,对于大规模的有限元问题的求解需要很长的计算时间.图形处理器(GPU)作为一种高度并行化的通用计算处理器,可以很好解决大规模科学计算的速度问题.统一计算架构(CUDA)为实现GPU通用计算提供了高效、简便的方法.因此,建立了基于GPU通用计算平台的中心差分格式的显式有限元并行计算方法.该方法针对GPU计算的特点,对串行算法的流程进行了优化和调整,通过采用线程与单元或节点的一一映射策略,实现了迭代过程的完全并行化.通过数值算例表明,在保证计算精度一致的前提下,采用NVIDIA GTX460显卡,该方法能够大幅度提高计算效率,是求解平面非线性动态问题的一种高效简便的数值计算方法.

GH4169合金惯性摩擦焊接头温度场显式有限元数值模拟

借助ABAQUS/Explicit显式有限元模拟软件,采用热力耦合方法,建立了GH4169高温合金管状工件三维弹塑性有限元大变形计算模型.考虑了计算设置中质量放大因子(mass scaling)对飞轮转动惯量的影响,确定了放大因子与转动惯量缩小倍数之间的相互关系.在此基础上对整个焊接过程工件的温度场进行了综合分析.结果表明,接头焊接界面温度在0.5 s内迅速升高至1 200℃,此后界面中心点温度稳定在准稳态平台温度至飞轮速度明显下降,伴随焊接接头温度场的均匀化,高温粘塑性金属被挤出形成飞边.

显式有限元法在车辆耐撞性研究中的应用

基于连续介质理论 ,通过建立车辆碰撞的控制方程 ,在此基础上得到与控制方程和边界条件等效的“弱积分”形式。通过空间和时间的显式离散 ,得到了车辆碰撞的有限元方程。采用动力显式积分方法 ,使位移计算显式化 ,避免了由材料、几何、边界高度非线性因素引起的计算收敛问题 ,并讨论了薄板单元的 Courant稳定性条件。提出了“端部吸能结构纵向压缩变形、纵向吸能”的耐冲击结构设计的思路 ,并对算例进行了数值模拟。结果表明 ,该设计方法可以实现车辆结构自身被动安全保护的目的 ,显式有限元数值模拟方法是车辆耐撞性研究的有效方法之一 ,但是需要进行部分撞击试验 。

基于显式有限元的薄壁结构吸能特性预测

为了探讨轴向载荷冲击作用下试验参数对薄壁结构吸能特性的影响规律,预测和分析某一类型的薄壁结构吸能特性,基于显式有限元技术建立了这一类型薄壁结构的BP人工神经网络吸能特性预测模型。以方形薄壁结构为例,通过改变结构质量、冲击速度、横截面尺寸、壁厚等影响结构吸能特性的因素对这一类型的薄壁结构进行了大量的数值试验,获得不同试验条件下的结构吸能特性参数,然后建立了这一类型薄壁结构的吸能特性预测模型,并进行自主训练学习,当训练步数为2035时,网络模型达到误差要求。结果表明:该BP神经网络模型的输出样本与目标值十分接近,比吸能误差值为-2.53%,有效撞击力误差值为4.67%,有效撞击行程误差值为-3.90%,说明该模型具有较好的精度。

近断层强地面运动影响场显式有限元数值模拟的示意性算例

本文通过一个简单的示意性算例,对近断层强地面运动影响场显式有限元数值模拟的主要环节作了概要说明,给出了算例的主要计算结果并对其作了定性和初步的讨论分析。主要观点和结论是:本文的计算结果较好地定性反映和印证了人们对近断层强地面运动特征(如上盘效应、竖向效应、F ling Step效应和速度大脉冲现象)的现有认识水平,验证了采用的计算模型和计算方法的可行性和科学性。本文关于位移峰值场的计算结果对于估算近断层地表破裂带的位置、长度和宽度具有重要参考价值,应进一步深入研究二者之间的相关性。

板料激光弯曲成形动力显式有限元模拟

考虑物性参数与温度的相关性 ,将三维瞬态温度场与热弹塑性形变场耦合 ,对激光诱发的热应力弯板过程进行了动力显式有限元模拟并定量地揭示了其成形机理 .分析发现 :激光弯曲成形时板料的应力状态与机械折弯时有根本不同 ;当激光束沿直线单向扫描时 ,板料两端的弯曲角度不同 ;板料的长度大于 1 0倍板厚或 5倍光斑尺寸时 ,板长对弯曲角度的影响不再显著 ;沿扫描方向 ,距离光斑中心 3倍光斑尺寸以外的区域 ,仍然对弯曲变形量产生影响 .

环件轧制过程的显式有限元模拟分析

用于金属成形模拟的有限元方程的求解方法 ,主要有隐式和显式积分两种方法。对于复杂的三维变形分析 ,如环件轧制 ,隐式方法需要很长的运行时间。而利用显式方法 ,可以达到很好的效果。本文利用Abaqus /Ex plicit通用有限元程序对径向环轧进行了模拟。

液固两相饱和介质动力分析的一种显式有限元法

以经典的Biot液固两相饱和介质动力理论为基础,建立了以固相位移和液相位移为未知量的液固两相饱和介质动力分析的一种显式有限元法。该显式方法克服了隐式方法需要求解联立方程组的缺点,具有节省计算机内存空间和计算时间的优点,可以方便地应用于求解大自由度和介质非线性问题。算例分析表明,该方法具有较高的计算精度。

结构碰撞分析中的动态显式有限元方法及应用

针对结构碰撞问题具有的大位移、大转动、大变形、大应变特性，论述了求解这类问题的动态显式有限元方法与传统有限元方法不同的几个关键环节，即增量运动方程的表述形式、材料的本构关系、应变率效应、单元理论、接触处理及积分格式等。随后，给出了动态显式有限元方法在汽车前部纵向吸能梁、轮船前部棱锥结构及磨床砂轮破裂后防护罩变形过程等结构碰撞分析中的 ３ 个应用实例。最后。

分析三维土-结构动力相互作用体系等效输入的时域显式有限元法

基于直接法中分析三维土-结构相互作用问题的两步法思想,提出关键性第一步等效输入计算的时域简化算法。本方法在采用集中质量显式有限单元法结合显式人工边界的同时,借鉴子结构法中刚性基础假设及动力相互作用的概念,简化三维土-结构相互作用体系动力计算过程。和其他同类方法相比,本方法完全采用时域显式递推的过程,计算效率较高,计算量少;等效输入的获得,可使土-结构复杂体系的动力分析等效为常规的上部结构动力反应计算,时域算法较常用的频域法在土体非线性方面存在更大潜力。本文还通过典型的三维土-结构模型的建立,与相应的参考解相比,验证本文提出的计算方法的有效性和计算精度,并初步探讨土-结构动力相互作用体系的一些基本规律。

两相多孔介质弹塑性动力反应计算分析的显式有限元方法

应用连续介质力学的基本原理,针对流体饱和两相多孔介质的特点,建立起增量形式的两相多孔介质弹塑性波动方程组,以实现对两相多孔介质弹塑性动力反应的描述．运用伽辽金方法对该波动方程组进行空间离散,得到两相多孔介质弹塑性波动方程组的伽辽金弱式,并应用中心差分法与Newmark常平均加速度法相结合的时域积分方法,对上述波动方程组进行时间离散,构造求解两相多孔介质弹塑性波动方程组的显式时间积分列式,从而形成流体饱和两相多孔介质弹塑性动力反应计算分析的时域显式有限元方法．该方法采用了解耦技术,不需要求解联立方程组,具有节省计算机内存空间和能够提高计算速度等优点．

分层介质中波动传播分析的显式有限元法

基于单相固体介质、液固两相饱和介质和流体介质动力分析的显式有限元法,结合交界面边界条件和人工透射边界,建立了由单相固体介质、液固两相饱和介质和流体介质等不同类型层状介质形成的多层介质中波动问题分析的显式有限元法。该方法可以直接进行逐步积分,而不需求解联立方程组,大大简化了计算过程,可以非常方便地用于分析分层介质的各种波动传播问题。