一种求解层合圆柱壳的杂交应力单元

根据修正的余能原理，推导出一种求解复合材料层合圆柱壳的杂交应力单元。取用六面体等参单元，此单元反映了各层材料性质不同及应力分布沿整个厚度不连续现象，同时计入横向剪切变形和法向挤压变形，适用于厚层壳体。文章通过实例说明此单元能准确求出各层内的应力值，实用价值高。

准晶问题多项式应力函数及其在有限元中的应用

本文基于广义Lekhnitskii各向异性弹性理论,提出了一种确定准晶问题多项式应力函数的系统性方法,并将之应用于杂交应力函数(HSF)单元的构造.结果表明,对于准晶平面问题,任意齐n次多项式应力函数至多存在6个独立的多项式,且多项式应力函数的一般表达式可以显式地给出.所得的多项式作为解析试函数用于构造准晶问题的新型八节点HSF单元,与传统的有限元相比,HSF单元具有更高的精度和更优异的性能.

多边形应力杂交单元的接触算法研究

针对单元较小的情况下,现有的非均匀模型难以得到精确应力场和应力集中现象的问题,采用直接约束法,提出了一种基于多边形应力杂交单元的优化接触算法.多边形应力杂交单元在应力函数的构造以及积分区域划分上的优势,使其能适应复杂的模型边界与材料边界,更易划分网格.根据上述理论研究成果编制了完整的计算程序,算例结果发现该方法能够得到粉末压制过程的宏观非线性力学响应、高精度的应力场以及明显的应力集中现象,为复杂优化问题的求解提供了有效手段.

含流体相应力杂交单元等效弹性模量的分析

在页岩气开采的过程中,对含有大量微孔洞的页岩的真实模拟存在困难,因为往往涉及到带有流体孔洞问题,其中最主要的是拉格朗日网格与欧拉网格的过渡问题。针对这一问题,建立了一种带有流体的固体单元模型。在流固交界面引入面力平衡条件后,得到了它的修正余能泛函,并推导出一种新的带流体的应力杂交元。在与普通商业有限元软件MARC对比验证其有效性后,分别研究了在形状、体分比、空间分布位置、半径改变时模型等效弹性模量的变化。结果表明,不同形状对等效弹性模量影响不大;同体分比时,含流体孔半径增大,等效弹性模量也随之增大;体分比增大时,模型等效弹性模量逐渐下降;角度逐渐增大时,等效弹性模量逐渐减小,并且下降幅度逐渐减小。模型在流固交界面发生应力集中,且集中方向为孔的上下两侧。

含旋转自由度杂交型单元

文中把杂交理论与旋转自由度技术相结合提出了二个在航空航天领域得到应用的新单元，一系列典型例题完全证实了这些单元的杰出性能．

一个对角化部分杂交元柔度矩阵θ的方法

给出了利用 H阵对角化建立部分杂交元的方法 .通过构造部分杂交元的应力模式 Hilbert空间 ,详细讨论了应力模式正交化方法 ,并且论证了正交化前后的应力模式可以形成相同的部分杂交元 .由于正交应力模式使 H矩阵成为对角矩阵 ,因此可以完全避免繁杂的 H矩阵求逆运算 ,从而从根本上改进了部分杂交元方法的计算效率 .特别对于假设应力模式个数比较多 ,从而 H矩阵阶数比较大的情况 ,该方法更能体现其优越性 .

一种对网格凹凸畸变不敏感的高应力精度4结点带旋转自由度平面杂交应力函数单元

论文给出一种简单的高性能带旋转自由度4结点四边形平面单元.该单元的理论基础与卞学鐄先生首个杂交应力元相似,也从最小余能原理出发,无需单元内部位移场.但是应力场试函数采用Ariy应力函数的基本解析解(基于直角坐标的多项式),并强调其对坐标的对称和完备性.这样假设的应力场可以同时满足平衡和协调方程,因而更加合理.而单元边界位移则采用著名的Allman模式(采用局部坐标),即考虑结点转动自由度的二次协调位移.与其他同类单元相比,本文单元对位移和应力展现出更高的精度,特别是应力解答尤其突出.更有趣的是,单元对网格畸变非常不敏感,即使单元退化为三角形和凹四边形,仍然能保持较高的计算精度.此外,单元没有方向依赖性等缺点.

基于解析试函数三角形带旋转自由度膜元的显式格式研究

三角形单元是有限元分析中常用的单元.在平面单元内引入结点转动自由度,可以提高单元位移场的阶次,在不增加单元结点的前提下提高单元性能.论文利用问题基本解析解作为试函数来构造带旋转自由度的三角形单元ATF-R3H,采用了杂交应力函数单元模式,确保了单元优良的抗畸变性能和较高应力计算精度.论文利用直角坐标与三角形面积坐标的线性关系,以及面积坐标幂函数在三角形域内和边界上的积分公式,直接给出单元刚度矩阵的显式表达式,从而避免了大量数值积分,提高了计算效率.数值算例表明,显式格式的ATF-R3H单元具有良好的性能.