基于CR列式的动力非线性有限元程序开发

基于CR列式非线性有限元计算理论,提出了针对杆、梁结构的Newmark-β非线性有限元动力时程积分算法,在动力时程计算中,可以考虑结构的几何非线性效应,通过计算单元伸长并扣除结构刚体位移得到单元的实际变形和内力;阐述了非线性有限元动力时程计算程序的计算原理,开发了计算程序,建立有限元模型;通过算例与ANSYS的计算结果进行了对比。结果表明:程序非线性静力与动力时程计算结果与ANSYS差别很小,且计算速度更快,程序算法正确可靠,适用于杆、梁结构大幅度非线性振动的计算。

采用Midas软件的土石坝动力非线性有限元分析

作为水利工程中承担防洪、蓄水等重要功能的建筑物,大坝抗震安全非常重要。以乌斯通沟水库土石坝为例,基于动力平衡计算公式及等价线性黏弹性模型,采用Midas软件,建立三维有限元模型,对土石坝的施工和蓄水过程进行模拟,分析得到最大加速度反应、最大永久变形都位于坝顶,与实际情况相符,符合规律及规范要求,验证了大坝结构设计的合理性和工程的安全可靠性,可为土石坝的设计、施工及运行管理提供依据。

大型柔性空间结构热-动力学耦合系统的非线性有限元分析

针对在轨航天器柔性附件的热-动力学耦合系统,发展了一种基于更新Lagrange格式的非线性有限元分析方法。构造了一种一维温度杆单元,该单元通过增加节点自由度数能够同时得到薄壁杆件横截面的平均温度和沿杆截面周向的温差,这些温度直接产生相应的热轴力、热弯矩和热双力矩。利用Rodrigues公式得到薄壁梁在大转动情况下的坐标转换矩阵,并推导了非线性动力学方程。进一步考虑结构变形和热流入射角的相互影响后,就得到了高度非线性的热-动力学耦合有限元方程。首先用标准考题验证了该方法的正确性,然后利用该方法对哈勃太空望远镜太阳翼的热诱发弯扭耦合振动问题进行了分析,给出了可能导致其失效的模式。

考虑材料非线性的高层建筑结构动力响应分析与抗震设计

本文针对高层建筑结构在地震作用下的动力响应进行了深入研究,考虑了材料的非线性特性,首先,介绍了高层建筑结构在地震中的受力情况及其对结构安全性的影响,然后,分析了材料非线性对结构动力响应的影响机制,接着,提出了一种基于有限元方法的动力响应分析模型,并结合实际案例进行了验证和分析,最后,针对动力响应结果,提出了相应的抗震设计建议以提高高层建筑结构的抗震性能。

基于流动坐标系的3维空间动力非线性有限元方法

为了考虑3维空间中柔性结构大幅振动的几何非线性振动效应,建立了基于流动坐标系(CR列式)的Newmark-β非线性有限元动力时程计算方法。在动力时程计算的每一个时间步中,考虑结构的几何非线性,考虑初始应力和重力的时变效应,通过平衡迭代计算,得到有限元模型各个节点的位移、速度、加速度。开发了使用杆、梁单元的有限元计算程序,并提供了详细的计算方法与计算流程。设计了多个算例,计算得到了柔性结构在3维空间的非线性振动现象,依据非线性振动理论解释了现象的原理。通过算例与ANSYS的进行了对比,结果表明:算法与程序编制正确可靠,计算效率高,适用于柔性结构在3维空间中大幅度非线性振动的计算与研究。

面向对象的钢筋混凝土有限元非线性分析程序设计

采用面向对象的程序设计方法 ,结合钢筋混凝土有限元非线性分析模型 ,利用 MFC( MicrosoftFoundation Class Library)建立了有关描述钢筋混凝土有限元非线性分析的类 ,包括混凝土单元类、钢筋单元类、粘结单元类、非线性计算类 ,并给出了这些类的描述和它的实现方法 。

基于动力非线性有限元法的索-梁相关振动研究

根据考虑结构几何非线性的有限元动力时程积分算法,开发了有限元程序SD_FEM。使用该程序建立了精细的索-梁组合结构有限元模型,计算了结构的自振特性与结构在外部动力荷载作用下的振动响应。分别讨论了当整体结构自振频率与拉索局部自振频率有1∶1、2∶1和不成倍数关系时,索-梁相关振动导致拉索振动的状况。分析了数值计算结果,总结了索-梁相关振动的本质规律。

面向对象的三维壳体非线性有限元程序设计方法

面向对象的有限元程序设计可以大大提高程序的模块化和代码的重用性。本文将结合三维壳体单元模型的特点,介绍如何对其进行面向对象的程序设计。根据非线性有限元的求解步骤,把整个程序框架划分成一些基类,并派生出相应的子类。本文只对其中的几个类(包括它们的派生类)进行重点阐述,并说明它们之间是如何来传递消息,这包括单元类、材料类、非线性方程求解器类、总装类和分析类及它们的子类。

研究液化的三维动力非线性有限元法

提出结点等价体积和三维结点等价流量的概念，综合研究了孔隙水压力在地震过程中发展和消散，考虑了正应力、剪应力及循环次数等因素对其的影响．推导出液化问题的三维动力非线性有限元理论公式．实例分析说明理论推导正确，运算简捷，对工程有实用价值．

自行火炮非线性有限元动力学仿真方法研究

本文根据非线性有限元法的基本理论 ,建立了火炮发射动力学问题的有限元形式运动方程 ,并探讨了该方程的各种解法。指出无条件稳定的隐式时间积分—— Newmark方法的优越性 ,还指出在自行火炮发射动力学问题中采用 Newmark方法时 ,应采用的时间步长和误差的确定方法。最后指出了自行火炮非线性有限元动力学仿真研究尚存在的不足和努力的方向。

砼小型空心砌块砌体的非线性动力分析有限元模型

提出了一个研究平面动荷下 (地震荷载 )砼小型空心砌块砌体动力反应的非线性分析模型·并将其导入非线性动力分析有限元程序·将砌块砌体看作为一种非线性均质正交异性材料 ,提出了破坏包络线 ,可用于预测灰缝的滑移和开裂 ,及压碎类型破坏·并通过一个统一灰缝模型来考虑了水平灰缝的方向性效应·非线性动力分析利用修正Newton Raphson迭代和Newmark时间积分来完成·通过非线性动力分析和试验验证 ,证明了该模型的有效性·该模型可以用于动力时程分析·

非线性动力有限元重叠区域分裂的隐式并行算法

针对大规模结构非线性瞬态动力分析非常耗时,提出了相应的并行算法。该算法采用无条件稳定的Ne-wmark-β方法(平均加速技术)进行时间积分,并结合区域分裂技术进行分析。它不同于已有的采用非重叠区域的并行算法,而是采用重叠区域的并行算法。对给定结构有限元分析的质量、阻尼、刚度矩阵进行分裂可推出重叠区域分裂算法的计算公式。为改善每一步的求解,采用预估和校正子方案。编写了该算法的程序,在工作站机群上实现了数值算例,验证了算法的性能。计算结果表明该算法优于非重叠区域分裂算法。

钢筋混凝土结构非线性有限元分析及程序设计

长期以来,人们用线弹性理论来分析钢筋混凝土结构的应力或内力,而以极限状态的设计方法确定构件的承载能力、刚度和抗裂性,显然二者是互不协调的.采用非线性有限元方法,引入了混凝土多参数强度准则和非线性本构关系,能较好地反映了混凝土和钢筋的非线性特性,并编写了一个非线性有限元计算程序,计算结果与试验结果吻合较好,为进一步研究工作和设计提供了参考.

CFRP加固混凝土框架结构非线性有限元动力分析

对碳纤维布(CFRP)抗震加固混凝土框架结构进行了非线性有限元动力分析。分析中考虑了CFRP 约束混凝土后,混凝土物理特性的变化。建立了 CFRP 约束混凝土框架结构地震反应时程分析的方法;最后,应用本方法,对 CFRP 约束的钢筋混凝土框架结构进行了在罕遇地震作用下的时程分析,并根据计算结果进行了分析讨论。

钢筋混凝土剪力墙结构非线性动力响应的有限元法

采用三节点三角形常应变单元分析了钢筋混凝土剪力墙结构在动力荷载作用下的非线性响应，钢筋混凝土采用Ｖｅｃｃｈｉｏ和Ｃｏｌｉｎｓ的抹平旋转裂缝模型，几何非线性采用Ｇｒｅｅｎ应变公式来考虑。时间积分采用显式中心差分格式。由于中心差分和常应变单元的计算量很小，尽管结构划分的单元数和时间步长都多，但数值算例表明，本法对较大规模结构的强非线性动力问题十分有效。

粘性流体两相多孔介质非线性动力问题的罚有限元法

采用基于混合物理论的多孔介质模型 ,给出粘性流体饱和两相多孔介质非线性动力问题的控制场方程以及相应边值和初值问题的提法 ,用Galerkin加权残值法导出罚有限元公式 ,并给出该非线性方程组的迭代求解方法· 考虑了体积分数和渗透率与变形相关的情况· 用编制的有限元程序计算分析了一维多孔柱体在脉冲载荷作用下的瞬态响应 ,数值结果表明文中方法正确有效·

有限元非线性静动力分析程序SAP7的几点改进

本文对有限元非线性静动力分析程序SAP7作了几点改进,增设了非线性方程组的带形稀疏拟牛顿BFGS算法、三维问题Mises材料模型和面载荷生成模块,实例表明,这一系列实质性的工作使程序的功能和效率得到明显增强与提高。

滚珠旋压非线性动力学有限元模拟

滚珠旋压是一种精密的薄壁管材加工方法。滚珠与模环和工件的接触形式决定了滚珠同时进行公转和自转运动。为了更加精确的分析滚珠旋压的力能参数,本文基于有限元软件Ansys建立了滚珠旋压工艺的非线性动力学分析模型,通过对滚珠摩擦状态的设定,使得模拟结果更加接近实际工况。通过对所计算的三向旋压力与实验数据的对比,验证了模型的可靠性;进而对不同工艺参数下的旋压力进行了计算,得出了旋压力随不同工艺参数的变化规律,为滚珠旋压的工艺与设备设计提供参考。

随机地震荷载下非线性结构动力响应有限元分析

本文应用改进的光滑滞回模型,采用等效线性化技术推演了一类具有非线性滞回特性的三维连续体结构非平稳随机响应分析的有限元列式,并以该法编制的程序进行算例分析证实了其合理性和可靠性。

用面向对象方法实验非线性梁杆有限元程序

本文采用面向对象方法实现非线性梁杆有限元程序，自定义了整体结构模型、有限元实体模型和非线性计算模型，并设计了相应的类。方法的实现为今后国内结构分析软件实破传统，采用更高效，更有潜力的面向对象的方法作了有益的探讨。