基于微分求积单元法的层合梁热弹性分析

基于微分求积单元法,开展了非均匀温度场中层合梁的热弹性分析.首先基于Fourier导热定律,分析一般热边界条件下层合梁的二维稳态温度场;然后基于二维热弹性力学理论,分析层合梁的热应力和变形.为求解热传导和热应力问题,将层合梁沿各层界面划分为若干空间子域,采用微分求积法对每一子域的控制方程和边界条件进行离散并求解.数值算例验证了本方法的收敛性,与已有文献结果的对比验证了本方法的正确性.最后,算例分析了非均匀热边界条件对夹层梁温度分布的影响,以及端部支承条件和长厚比对梁内位移和应力分布的影响.

微分求积单元法在结构工程中的应用

微分求积法(DifferentialQuadratureMethod)是求解偏微分方程和积分—微分方程的一种数值方法,该法具有计算简便、精度较高和易于实现等优点。微分求积单元法(DifferentialQuadratureElementMethod)是在微分求积法的基础上结合区域分割和集成规则而形成的一种新的数值计算方法,能通过自适应地选取微分求积网点数目正确模拟构件的刚度和荷载性质,其精度可通过细分单元或增加离散点数目加以提高。微分求积单元法是一种可供选择的、性能优越的数值计算方法。本文将详细论述这一数值方法的基本原理,并通过数值算例说明该方法的应用过程及其优越性,为这一方法在结构工程中的推广应用提供参考。

框架结构P-△效应分析的微分求积单元法

采用一种新的数值方法——微分求积单元法分析框架结构的P-△效应。微分求积单元法采用微分求积法直接求解微分方程的技术,并结合有限分割技术而形成。首先建立考虑剪切变形和轴力二阶效应的框架结构单元平衡微分方程,通过微分求积离散而得到梁单元的一般弹性刚度方程;同时考虑变形后节点的平衡条件和变形协调条件,导出框架结构整体二阶分析的微分求积单元法力学模型。由于该分析模型中包括了单元及结构的所有离散形式的控制方程,因此采用该模型进行结构分析可得出较为精确的解。数值算例的分析比较,表明了该法用于框架结构P-△效应分析的正确性和有效性。本文导出的框架结构二阶分析的微分求积单元法力学模型可用于框架结构剪切变形与几何非线性的耦合效应分析。

变截面门式刚架结构分析的微分求积单元法

本文采用一种精确、简便的数值计算方法———微分求积单元法(DQEM)对变截面门式刚架结构进行了力学分析。首先建立了一般荷载作用下变截面构件的平衡微分方程,并采用微分求积法进行离散,进而得出了较为精确的分析变截面构件的单元力学模型。该模型的刚度方程不仅反映了单元的刚度性质,而且反映了单元的实际荷载作用,可较为精确地分析变截面门式刚架结构在分布载荷作用下的受力性能。通过与有限元法计算结果的比较,表明了微分求积单元法在变截面刚架的力学分析中的正确性和优越性。微分求积单元法可用于任意形状的刚架结构的静力分析。

求解圆柱壳稳态谐响应的微分求积单元法

以Donnell经典壳体振动微分方程为基础,研究微分求积单元法(DQEM)在圆柱壳稳态谐响应计算中的应用。研究结果表明:微分求积单元法可较为方便的处理多种边界条件;与有限元法相比,微分求积单元法直接面向问题的微分方程,可用较少的节点获得较高的计算精度,计算效率较高。该结果可为微分求积单元法在结构动力响应问题求解中的应用提供参考。

微分求积单元法分析变曲率井内受径向约束管柱的非线性屈曲

基于Love的空间弯扭杆平衡方程,通过引入井壁约束条件导出了平面变曲率井内受径向约束管柱的平衡方程。采用微分求积单元和增量迭代法求解了曲率线性变化的井内管柱的非线性屈曲问题,通过与有限元计算结果的对比验证了所构建方法和编写程序的正确性,而且还表明微分求积单元法有方法简单、易于实施,计算量少、精度较高等优点。计算结果表明,等曲率井内管柱屈曲的临界载荷明显大于曲率线性变化井内管柱屈曲的临界载荷,另外,变曲率井眼的曲率变化对管柱弯矩、井壁约束力有显著的影响。

求解声辐射问题的微分求积法与微分求积单元法

基于无限域中的Helmholtz波动方程,将微分求积法与微分求积单元法应用于二维及三维声辐射问题的求解,对最外层节点施加不同阶数的人工边界条件,区域内使用均匀及非均匀的节点分布方式,分析了节点分布方式及人工边界条件对计算结果的影响,比较了两种数值方法的计算精度。研究结果表明:微分求积法与微分求积单元法,前者精度更高,而后者耗时更少,在频率较低时,具备较高的效费比。人工边界条件对计算结果的影响主要体现在低频段,而节点分布方式的影响主要体现在高频段。非均匀的节点分布方式在不同频段都具备更好的计算精度。

加筋板稳定性微分求积单元法分析

板和加筋板结构的稳定性特性,是设计人员十分关注的一个问题。本文首次采用新近提出的微分求积单元法分析了各向同性加筋板的稳定性问题,建立了微分求积梁单元和板单元,并给出了详细的分析过程。通过与现有结果的对比验证了所建立的分析过程和程序的正确性。计算结果表明:微分求积单元法具有简单、收敛速度快、计算量少和精度高等优点。

基础-饱和土地基耦合系统分析的微分求积单元法

研究了基础-饱和土地基耦合系统的动力学特性.首先根据多孔介质理论,在小变形的假设下,分别建立了耦合系统中不可压流体饱和土地基和弹性基础的运动微分方程以及相应的边界条件,连接条件和初始条件;然后在空间域采用微分求积单元法对基础-饱和土地基的控制方程进行离散,并提供了正确处理耦合系统界面之间连接条件和间断性条件的方法,从而得到时间域内的一组代数-微分方程;接着运用隐式二阶向后差分格式处理了代数-微分方程组;最后利用牛顿迭代法数值求解了该方程组,得到了耦合系统的数值解,考察了所布节点数和参数对数值结果的影响.

加筋圆柱曲板稳定性的微分求积单元法分析

加筋圆柱壳和圆柱曲板在工程领域中有着广泛的应用,其稳定性特性是设计人员十分关注的一个问题。本文首次尝试应用微分求积单元法分析加筋圆柱曲板的稳定性问题。采用了新的确定权系数的方法建立了微分求积圆柱曲板单元,并给出了详细的分析过程。将微分求积单元法的计算结果与现有的数值结果进行了比较来验证所建立的微分求积单元法的分析过程及结果的正确性,还给出了一些新的数据和图线供设计参考或者用于新方法的验证。

微分求积单元法计算应力强度因子

采用微分求积法(DQM)建立平面应力板单元,并给出了详细的公式和分析过程。编写了程序并将其用于断裂问题分析,用程序求得裂纹张开位移,结合位移外推法得到应力强度因子。所得结果与理论解比较表明:使用微分求积单元法(DQEM)求解应力强度因子方便可行,计算精度较高。本文研究进一步拓展了微分求积法的应用范围。

高精度微分求积曲梁单元的建立与应用

首先由能量原理导出曲梁弯曲问题的控制微分方程 ,在此基础上应用微分求积法原理分别给出了曲梁内点和端点的微分求积方程 ,由此形成曲梁单元的刚度方程 ,从而建立了微分求积曲梁单元 ,并给出了曲梁结构刚度方程的边界条件。通过算例分析 ,得到了微分求积单元法结构离散时应使单元数最少的原则和求解精度与单元长度比基本无关的性质。与有限元方法的结果比较表明 。

弹性平面问题的微分求积单元法研究

采用微分求积法(DQM)建立平面应力板单元,给出了详细的公式和分析过程。将微分求积单元法(DQEM)应用于平面应力问题,在算例1中,对各种条件下的结果进行比较,发现影响结果精度的主要因素是单元节点数目。算例2中计算结果与有限元结果比较表明:DQEM既具有有限元的分块思想,又兼备微分求积法计算精度高,使用方便,计算量少等优点。

求积元梁单元在钢混桥梁抗震分析中的应用

弱形式求积元法已经在各种结构的非线性分析中展现了高效准确的优点。本文基于KentPark混凝土本构模型和Légeron钢筋本构模型,对潮连互通主线高架桥主梁在地震作用下的弹性和弹塑性变形进行了弱形式求积元分析。并与现有桥梁设计应用最为广泛的MIDAS/Civil软件的分析结果进行了对比,证实了求积元梁单元的可靠和有效性。采用求积元梁单元分析钢筋混凝土结构可以在不降低计算精度的基础上,显著减少整体模型的单元数量和求解结构平衡方程的矩阵阶数,降低问题的求解规模。本文探讨了求积元梁单元在桥梁抗震分析上的应用前景。

微分求积有限梁单元

根据微分求积有限单元方法(DQFEM)推导了微分求积有限Euler-Bernoulli梁单元。不论对于C0类还是C1类单元,微分求积有限单元的试函数都是Lagrange插值函数,而在标准有限元方法(SFEM)中,二者要分别采用Lagrange和Her-mite插值函数。并且,微分求积有限单元不需要结点形函数,刚度和质量矩阵可以简单地写成微分求积系数矩阵和Gauss-Lobatto积分权系数矩阵的乘积,从而简化结构矩阵的计算,这对构造高阶单元是有益的。用高阶单元和2结点微分求积有限梁单元求得了固有频率并与SFEM的结果和精确解进行了比较,结果说明DQFEM具有更高的精度。

微分求积有限单元法求解杆单元体系的动力响应

采用微分求积有限单元法DQFEM对基于Gurtin变分能量泛函的杆单元体系进行动力响应分析。通过DQFEM对Gurtin变分能量泛函进行离散,得到对应的应变能项、动能项、初始影响项及边界力项,从而形成相应的刚度矩阵、质量矩阵和初始影响项。由求得的刚度矩阵、质量矩阵和初始影响项推导出位移迭代方程,并分别编写Matlab程序,求出需要的相应位移值。通过对比解析解,验证微分求积有限元法研究杆单元体系动力响应的可行性及精确性。

微分求积方法及其在力学应用中的若干新进展

简单地介绍了微分求积法(DQM)的基本原理及发展、影响微分求积方法数值解精度的因素、与有限差分方法和有限元方法比较而言DQM的优点,同时重点介绍了近年来DQM在固体力学和流体力学相关领域应用中的若干新进展和展望.

无穷域问题的弱形式求积元分析

岩土工程中经常会遇到无穷域问题,而采用无限单元可以实现对其有效地模拟。弱形式求积元法是一个有效的数值工具,它常通过提高积分阶次来提高计算精度。建立了无限弱形式求积单元并被应用于求解岩土工程中的无穷域问题,该单元基于坐标映射,将无穷域变换到标准域,在标准域上进行数值积分和数值微分,保留了传统弱形式求积元的积分点坐标和权系数。求解了瞬态渗流、固结和静力分析等数值算例,并与解析解或截断方法进行了对比。结果表明:基于坐标映射的无限弱形式求积单元使用简单,可以模拟各种类型的无穷域问题,仅需要将感兴趣的范围进行有限域划分并通过提高积分阶次来减小对极点位置的依赖,极大地节省了计算资源,提高了计算精度。

串联隔震体系的大变形力学行为分析与试验

研究了由叠层橡胶隔震支座和地下室悬臂柱组成的串联隔震体系的大变形行为。考虑轴向伸长、一阶剪切变形,建立了串联隔震体系大变形分析的几何非线性控制方程,并利用微分求积单元法进行了数值求解。结果表明,串联隔震体系大变形主要出现在叠层橡胶隔震支座处,地下室悬臂柱各处内力值呈近似均匀分布,计算结果与试验结果规律吻合。

在动载荷作用下框架结构大变形分析的微分代数方法

采用弧坐标首先建立了在动载荷作用下,具有不连续性条件和初始位移的框架结构大变形分析的非线性数学模型.其次,在空间区域内,采用微分求积单元法(DQEM)来离散非线性数学模型,并提出了在使用DQEM来求解结构大变形分析中,多个变量具有间断性条件的有效方法,得到了一组非线性DQEM的离散化方程,它是时间域内的一组具有奇异性的非线性微分-代数方程.同时也给出了求解非线性微分-代数方程组的一个解法.作为应用,求解了受集中力和分布力作用的框架和组合框架的大变形静动力学问题,并与现有结果进行了比较.数值算例表明,处理多个变量具有间断性条件的方法和求解代数-微分系统的方法是一个有效的和一般的方法,它具有较少的节点、较小的计算工作量、较高的精度、良好的收敛性、操作简单以及应用广泛等优点.