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Orthogonal basic deformation mode method for zero-energy mode suppression of hybrid stress elements
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作者 张灿辉 王东东 李同姗 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI 2011年第1期83-96,共14页
A set of basic deformation modes for hybrid stress finite elements are directly derived from the element displacement field. Subsequently, by employing the so-called united orthogonal conditions, a new orthogonalizati... A set of basic deformation modes for hybrid stress finite elements are directly derived from the element displacement field. Subsequently, by employing the so-called united orthogonal conditions, a new orthogonalization method is proposed. The result- ing orthogonal basic deformation modes exhibit simple and clear physical meanings. In addition, they do not involve any material parameters, and thus can be efficiently used to examine the element performance and serve as a unified tool to assess different hybrid elements. Thereafter, a convenient approach for the identification of spurious zero-energy modes is presented using the positive definiteness property of a flexibility matrix. More- over, based on the orthogonality relationship between the given initial stress modes and the orthogonal basic deformation modes, an alternative method of assumed stress modes to formulate a hybrid element free of spurious modes is discussed. It is found that the orthogonality of the basic deformation modes is the sufficient and necessary condition for the suppression of spurious zero-energy modes. Numerical examples of 2D 4-node quadrilateral elements and 3D 8-node hexahedral elements are illustrated in detail to demonstrate the efficiency of the proposed orthogonal basic deformation mode method. 展开更多
关键词 hybrid stress element basic deformation mode assumed stress mode modeorthogonality suppression of zero-energy deformation mode
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Special hybrid stress element for stress analyses around circular cutouts in laminated composites 被引量:6
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作者 田宗漱 赵奉东 田铮 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2001年第5期531-541,共11页
A 3-dimensional hybrid stress element with a traction-free cylindrical surface based on amodified complementary energy principle has been derived for efficient and accurate analysis of stressconcentration around circu... A 3-dimensional hybrid stress element with a traction-free cylindrical surface based on amodified complementary energy principle has been derived for efficient and accurate analysis of stressconcentration around circular cutouts in thin to thick laminated composites. New expressions of sixstress components are developed by using three stress-functions in cylindrical co-ordinates, so that thehomogeneous equilibrium equations, the interlayer surface transverse-stresses and the traction-freeboundary condition on the cylindrical surface are satisfied exactly, while the interelement traction conti-nuity has been relaxed via the Lagrange multiplier method. Transverse-shear deformation effects areincorporated in each layer with displacement continuity enforced along interlayer surface. Selected ex-amples are used to demonstrate the efficiency and accuracy of the present special element. 展开更多
关键词 LAMINATED composites CIRCULAR cutouts special hybrid stress element 3-dimensional stress analysis.
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非线性复合材料杂交应力有限元的有效迭代方法 被引量:4
3
作者 张灿辉 冯伟 黄黔 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第4期434-438,共5页
推导了面内剪应力应变关系非线性的复合材料的杂交应力有限元列式,给出了位移迭代和应力迭代的策略和步骤.提出一种非线性应力场迭代格式的改进方案,不仅提高了收敛速度,而且克服了大载荷下简单迭代法循环迭代而无法收敛的关键问题,使... 推导了面内剪应力应变关系非线性的复合材料的杂交应力有限元列式,给出了位移迭代和应力迭代的策略和步骤.提出一种非线性应力场迭代格式的改进方案,不仅提高了收敛速度,而且克服了大载荷下简单迭代法循环迭代而无法收敛的关键问题,使得所提出的非线性杂交应力元方法几乎对任意大载荷都能够收敛.数值算例表明该方法是确实可行的. 展开更多
关键词 非线性复合材料 杂交应力元 假设应力场 应力场迭代法
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一种抑制杂交元零能模式的假设应力场方法 被引量:3
4
作者 张灿辉 王东东 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第1期40-47,共8页
基于杂交元位移场直接导出可以表示单元任意变形的简单变形模式,同时指出与所有假设应力模式正交的非零变形为零能机动模式,从而可以用简单变形模式方便地识别和抑制单元零能模式.在此基础上利用初始应力模式与简单变形模式的正交性提... 基于杂交元位移场直接导出可以表示单元任意变形的简单变形模式,同时指出与所有假设应力模式正交的非零变形为零能机动模式,从而可以用简单变形模式方便地识别和抑制单元零能模式.在此基础上利用初始应力模式与简单变形模式的正交性提出一种假设杂交元应力场的有效方法,结合等函数法应力模式组成初始应力模式,不仅可以根据实际问题需要灵活地假设不同分布规律的应力场,而且所形成杂交元可以完全避免零能机动模式.在数值算例中采用本文方法分别形成了2D-4节点杂交元和3D-8节点杂交元的多种假设应力场,表明本文所提出方法是有效可行的. 展开更多
关键词 杂交应力元 简单变形模式 零能模式 假设应力场
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半圆孔板承受拉伸和弯曲时的三维应力集中 被引量:2
5
作者 王安平 田宗漱 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2005年第4期52-57,154,共7页
根据Hellinger-Reissner原理建立了具有一个无外力圆柱表面三维8节点杂交应力元,元内假定应力场满足以柱坐标表示的三维平衡方程及无外力圆柱面上的外力边界条件,当元退化为二维时也满足协调方程。单元位移场选取与相邻元协调。用这种... 根据Hellinger-Reissner原理建立了具有一个无外力圆柱表面三维8节点杂交应力元,元内假定应力场满足以柱坐标表示的三维平衡方程及无外力圆柱面上的外力边界条件,当元退化为二维时也满足协调方程。单元位移场选取与相邻元协调。用这种特殊杂交应力元,在相当粗的网格下即能准确地分析具有半圆孔厚(薄)板的三维(二维)应力集中。 展开更多
关键词 杂交应力元 半圆孔板 三维应力集中 拉伸 弯曲
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变宽度板承受拉伸和弯曲时的三维应力集中 被引量:1
6
作者 王安平 田宗漱 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2004年第11期1374-1379,共6页
根据Hellinger Reissner原理 ,建立了具有一个无外力圆柱面的三维杂交应力元 ,元内假定应力场满足以柱坐标表示的三维平衡方程及无外力圆柱面上外力边界条件 ,当元退化为二维时也满足协调条件。单元位移场与相邻元协调。数值算例表明 ,... 根据Hellinger Reissner原理 ,建立了具有一个无外力圆柱面的三维杂交应力元 ,元内假定应力场满足以柱坐标表示的三维平衡方程及无外力圆柱面上外力边界条件 ,当元退化为二维时也满足协调条件。单元位移场与相邻元协调。数值算例表明 ,现在的特殊杂交应力元 ,在相当粗的网格下即能高效地分析变宽度厚 (薄 )板的三维及二维应力集中。 展开更多
关键词 变宽度板 特殊杂交应力元 应力集中系数
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两个相等圆孔板弯曲时的三维应力集中 被引量:2
7
作者 田宗漱 高陆 《计算力学学报》 CAS CSCD 2000年第4期483-486,496,共5页
根据 Hellinger- Reissner原理建立了具有一个无外力圆柱表面的三维八节点杂交应力元 ,其假设应力场严格满足柱坐标下三维平衡方程及圆柱面上无外力边界条件 ;当元退化为二维时也满足协调方程。数值算例表明 ,这种特殊杂交应力元可高效... 根据 Hellinger- Reissner原理建立了具有一个无外力圆柱表面的三维八节点杂交应力元 ,其假设应力场严格满足柱坐标下三维平衡方程及圆柱面上无外力边界条件 ;当元退化为二维时也满足协调方程。数值算例表明 ,这种特殊杂交应力元可高效地分析具有两个圆孔薄板和厚板的应力集中 ,特别是三维应力集中。 展开更多
关键词 三维应力集中 两圆孔厚板 三维特殊杂交应力元
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拟椭圆槽孔层合板的孔边应力分布 被引量:1
8
作者 杨庆平 田宗漱 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2011年第4期618-623,共6页
基于一种修正的余能原理,建立两类特殊杂交应力层合元,一种具有一个无外力圆柱表面元及一种具有一个无外力直表面元。单元分层假设应力场准确满足平衡方程、层间应力连续条件及下表面无外力边界条件。单元位移场允许每层横截面独立地转... 基于一种修正的余能原理,建立两类特殊杂交应力层合元,一种具有一个无外力圆柱表面元及一种具有一个无外力直表面元。单元分层假设应力场准确满足平衡方程、层间应力连续条件及下表面无外力边界条件。单元位移场允许每层横截面独立地转动,但保持层间界面上位移的连续性。应用这两类单元高效而精确地分析具有拟椭圆槽孔[+45/-45]s层合板的孔口附近应力分布。计算表明,在较粗的网格下它可以给出较一般位移元及一般杂交元更为精确的孔边应力解。 展开更多
关键词 层合材料 特殊杂交应力元 三维应力分析 有限元法 槽孔
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变宽度板在拉伸和弯曲作用下的三维应力集中 被引量:1
9
作者 杨庆平 田宗漱 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2004年第3期79-84,共6页
根据一种修正的余能原理 ,建立了具有一个无外力圆柱面的三维杂交应力元 ,元内假定应力场满足三维柱坐标表示的平衡方程及无外力圆柱面上的外力边界条件 ;当元退化为二维时 ,也满足协调条件。单元位移场选择与相邻单元协调。数值算例表... 根据一种修正的余能原理 ,建立了具有一个无外力圆柱面的三维杂交应力元 ,元内假定应力场满足三维柱坐标表示的平衡方程及无外力圆柱面上的外力边界条件 ;当元退化为二维时 ,也满足协调条件。单元位移场选择与相邻单元协调。数值算例表明这种特殊杂交应力元在相当粗的网格下 ,能十分有效地分析变宽度薄 厚板在拉伸与弯曲作用下的三维 (及二维 ) 展开更多
关键词 变宽度板 三维应力分析 特殊杂交应力元
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新的具有一个无外力圆柱表面杂交应力元 被引量:2
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作者 田宗漱 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 1989年第3期373-378,共6页
用杂交应力模式导出新的特殊实体元。数值算例表明:新的元给出较8节点实体特殊杂交应力元、一般杂交应力元及假设位移元远为准确的应力值。
关键词 杂交应力元 杂交应力模式 圆柱面
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具有一个无外力圆弧边含转动自由度的杂交应力元 被引量:1
11
作者 王安平 田宗漱 《中国科学院研究生院学报》 CAS CSCD 2007年第1期25-33,共9页
根据一种修正的余能原理,建立了一类具有一个无外力圆弧边,且结点含转动自由度的4结点杂交应力膜元.该元内假定应力场满足以柱坐标表示的平衡方程,及圆弧边的无外力边界条件;边界位移与相邻元协调.数值算例表明,这类特殊杂交应力元,可... 根据一种修正的余能原理,建立了一类具有一个无外力圆弧边,且结点含转动自由度的4结点杂交应力膜元.该元内假定应力场满足以柱坐标表示的平衡方程,及圆弧边的无外力边界条件;边界位移与相邻元协调.数值算例表明,这类特殊杂交应力元,可有效地分析具有圆形槽孔及倒圆角槽孔板的应力分布. 展开更多
关键词 特殊杂交应力元 转动自由度 应力集中
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Hahn-Tsai复合材料的非线性杂交应力有限元方法
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作者 张灿辉 冯伟 +1 位作者 黄黔 张建霖 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第6期749-753,共5页
成功建立了Hahn-Tsai复合材料模型的非线性杂交应力有限元方程,采用Newton-Raphson迭代法求解结构的非线性位移方程。在迭代过程中,为了提高计算效率可采用简单迭代法由节点位移求解单元应力场。但是,当载荷增加到一定程度以后,非线性... 成功建立了Hahn-Tsai复合材料模型的非线性杂交应力有限元方程,采用Newton-Raphson迭代法求解结构的非线性位移方程。在迭代过程中,为了提高计算效率可采用简单迭代法由节点位移求解单元应力场。但是,当载荷增加到一定程度以后,非线性应力场由于循环迭代而无法收敛,显然,一般的加速方法不能解决这种循环迭代的发散问题。因此,本文发展了一种确实有效的非线性应力场迭代新方法,在不增加计算工作量的情况下,不仅极大地提高了收敛速度,而且对于较大载荷也能够很好地收敛,从而解决了大载荷下非线性杂交元方法失败的关键问题。数值算例表明该方法是确实可行的。 展开更多
关键词 非线性杂交应力元 假设应力场 应力场迭代新方法 Hahn-Tsai复合材料模型
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杂交元零能模式抑制的正交基本变形模式方法
13
作者 张灿辉 王东东 李同姗 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2011年第1期79-92,共14页
通过杂交元位移场直接推导了单元基本变形模式,并且采用联合正交条件提出一种新的正交化方法,所得到的正交基本变形模式不仅具有简单的变形特征而且和材料参数无关,可以方便有效地考察单元性能,为评价不同杂交元提供了一个统一的参考标... 通过杂交元位移场直接推导了单元基本变形模式,并且采用联合正交条件提出一种新的正交化方法,所得到的正交基本变形模式不仅具有简单的变形特征而且和材料参数无关,可以方便有效地考察单元性能,为评价不同杂交元提供了一个统一的参考标准.在此基础上利用柔度矩阵正定性给出一种简单有效的零能模式识别方法,并进一步利用基本变形模式和初始应力模式之间耦合关系,提出一种抑制杂交元零能模式的假设应力场方法,同时指出基本变形模式正交性是抑制单元零能模式的充分必要条件.2D-4节点和3D-8节点单元的数值算例说明了该文基本变形模式方法的有效性. 展开更多
关键词 杂交应力元 基本变形模式 正交化方法 假设应力模式 零能模式抑制
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分析层合材料槽孔应力的新型特殊层合杂交应力元
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作者 杨庆平 王安平 田宗漱 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2018年第1期61-72,共12页
基于一种新的非匀质材料的扩展Hellinger-Reissner原理,及当一个单元域划分为不同材料特性子域,其元内位移及应力沿子域表面不连续时有限元刚度列式的简便方法,建立了新的具有一个无外力圆柱表面层合杂交应力元。单元各层内以整体坐标... 基于一种新的非匀质材料的扩展Hellinger-Reissner原理,及当一个单元域划分为不同材料特性子域,其元内位移及应力沿子域表面不连续时有限元刚度列式的简便方法,建立了新的具有一个无外力圆柱表面层合杂交应力元。单元各层内以整体坐标表示并以自然坐标插值的应力场,通过以非协调位移为权函数使齐次平衡方程变分满足的理性方法得到,此应力场同时严格满足给定圆柱面上无外力条件。单元间及各层间位移连续条件分别通过Largrange乘子进行了松弛。数值算例表明:在相当粗的网格下,新型元可提供较一般假定位移元及一般假定应力元更为准确的槽孔层板孔边应力。 展开更多
关键词 扩展的Hellinger-Reissner原理 圆柱形槽孔 特殊层合杂交应力元 三维应力分析
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杂交有限元构造的正交假设应力场方法
15
作者 张灿辉 王东东 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第3期526-531,644,共6页
分别对各向同性和正交各向异性材料的假设应力场进行正交化并形成相应的杂交元,由于避免了柔度矩阵求逆运算,从而提高了杂交元分析效率。对各向同性材料杂交元直接利用柔度矩阵特征向量导出了正交假设应力场,其正交性不依赖于材料,因而... 分别对各向同性和正交各向异性材料的假设应力场进行正交化并形成相应的杂交元,由于避免了柔度矩阵求逆运算,从而提高了杂交元分析效率。对各向同性材料杂交元直接利用柔度矩阵特征向量导出了正交假设应力场,其正交性不依赖于材料,因而具有更好的适用性。此外由于不需要借助本征变形模式进行迭代而避免了复杂的数值计算。对于正交各向异性材料提出了一种材料矩阵分裂法对假设应力场进行正交化,研究结果表明,所得的正交应力场只与材料两个主方向弹性模量的比值有关,因而不受横向泊松效应的影响。采用本文方法对2D-4节点单元和3D-8节点单元的常用应力场进行正交化,给出了十分简洁的结果。 展开更多
关键词 杂交应力元 假设应力场 正交化方法 各向同性材料 正交各向异性材料
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偏心圆孔板弯曲时的三维应力集中 被引量:1
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作者 赵奉东 田宗漱 《机械强度》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第1期11-14,共4页
根据一种修正的余能原理所建立的具有一个无外力圆柱表面的 12结点三维杂交应力元 ,与一般的 8结点假定位移等参元配合 ,可十分有效地分析具有偏心圆孔厚 (薄 )板承受弯曲时的三维 (或二维 )应力集中。数值算例表明 ,对小偏心问题 (偏... 根据一种修正的余能原理所建立的具有一个无外力圆柱表面的 12结点三维杂交应力元 ,与一般的 8结点假定位移等参元配合 ,可十分有效地分析具有偏心圆孔厚 (薄 )板承受弯曲时的三维 (或二维 )应力集中。数值算例表明 ,对小偏心问题 (偏心距与板宽比e/2b≤ 0 .15时 ) ,厚板的三维应力集中系数大于相应二维应力集中系数。所以 ,将具有偏心圆孔薄板在弯曲时的应力集中系数用于厚板是偏于不安全的 ;但对大偏心问题 (e/2b >0 .15 ) ,厚。 展开更多
关键词 三维应力集中 偏心圆孔板 特殊杂交应力元 弯曲
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偏心圆孔板的三维应力集中 被引量:1
17
作者 赵奉东 田宗漱 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第10期108-112,共5页
根据1种修正的余能原理,建立了具有1个无外力圆柱表面的12结点三维杂交应力元,其单元内的应力场满足三维柱坐标平衡方程及无外力圆柱面边界条件;当元退化为二维时,也满足协调条件。数值算例表明用这种特殊杂交应力元能十分有效地分... 根据1种修正的余能原理,建立了具有1个无外力圆柱表面的12结点三维杂交应力元,其单元内的应力场满足三维柱坐标平衡方程及无外力圆柱面边界条件;当元退化为二维时,也满足协调条件。数值算例表明用这种特殊杂交应力元能十分有效地分析具有偏心圆孔厚(薄)板的三维及二维应力集中。 展开更多
关键词 三维应力集中 杂交应力元 偏心圆孔板
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具有V型槽孔板的应力集中分析 被引量:1
18
作者 田宗漱 刘劲松 田炯 《中国科学院研究生院学报》 CAS CSCD 1997年第2期110-116,共7页
根据杂交应力理性模式,基于一种修正的Hellinger-Reissuer原理,建立了具有一个无外力斜边的杂交应力元,其应力场由无边界面力在非协调位移上所作虚功之和为零的约束条件导出,将这种特殊元与具有一个无外力圆弧边的杂交应力元联合... 根据杂交应力理性模式,基于一种修正的Hellinger-Reissuer原理,建立了具有一个无外力斜边的杂交应力元,其应力场由无边界面力在非协调位移上所作虚功之和为零的约束条件导出,将这种特殊元与具有一个无外力圆弧边的杂交应力元联合,可有效地分析具有倒圆角V型槽孔板的应力集中,并可提供远较一般假定位移及一般假定应力元准确的孔边应力分布。 展开更多
关键词 杂效应力元 V型机 应力集中
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适用于壳体h型自适应有限元分析的一组新单元
19
作者 吴丹 佘锦炎 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第3期473-478,共6页
推导出一组适用于h型自适应分析的四边形蜕化壳元。对于大多数壳体结构,壳单元的刚度矩阵可分为薄膜、弯曲和剪切三部分。对薄膜部分本文采用杂交应力元方法进行设计,独立假设薄膜应力场以改善其精度;弯曲部分的刚度矩阵则依然由基于位... 推导出一组适用于h型自适应分析的四边形蜕化壳元。对于大多数壳体结构,壳单元的刚度矩阵可分为薄膜、弯曲和剪切三部分。对薄膜部分本文采用杂交应力元方法进行设计,独立假设薄膜应力场以改善其精度;弯曲部分的刚度矩阵则依然由基于位移的应变来获得;而剪切部分则采用假设自然应变的方法来获得能克服薄壳下剪切自锁的新剪应变并用于计算此部分的刚度矩阵。在数值算例中,本文的新单元组在h型自适应分析下可以产生较为规整的网格,并且收敛速度比其他单元有所提高。 展开更多
关键词 自适应 有限元 杂交应力元 假设自然应变
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纵向槽孔板的应力集中系数
20
作者 刘劲松 田宗漱 《中国科学院研究生院学报》 CAS CSCD 1995年第2期113-118,共6页
根据Hellinger-Reissner原理,建立了一种具有一个无外力圆形边界的特殊杂交应力元,其应力场准确满足弹性力学平衡方程、协调方程及无外力圆弧上的边界条件。根据修正的Hellinger-Reissner原理,... 根据Hellinger-Reissner原理,建立了一种具有一个无外力圆形边界的特殊杂交应力元,其应力场准确满足弹性力学平衡方程、协调方程及无外力圆弧上的边界条件。根据修正的Hellinger-Reissner原理,建立了另一种具有一个无外力直边界的特殊杂交应力元,其应力场在元上变分满足平衡方程,但准确满足无外力直边上的边界条件。数值算例表明:特殊假定应力元与一般假定位移元这两类元联合,能十分有效地进行纵向倒圆槽孔板的应力集中分析。 展开更多
关键词 杂交应力元 纵向倒圆槽孔 应力集中系数 圆孔
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