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Vector form Intrinsic Finite Element Method for the Two-Dimensional Analysis of Marine Risers with Large Deformations 被引量:3
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作者 LI Xiaomin GUO Xueli GUO Haiyan 《Journal of Ocean University of China》 SCIE CAS CSCD 2018年第3期498-506,共9页
Robust numerical models that describe the complex behaviors of risers are needed because these constitute dynamically sensitive systems. This paper presents a simple and efficient algorithm for the nonlinear static an... Robust numerical models that describe the complex behaviors of risers are needed because these constitute dynamically sensitive systems. This paper presents a simple and efficient algorithm for the nonlinear static and dynamic analyses of marine risers. The proposed approach uses the vector form intrinsic finite element(VFIFE) method, which is based on vector mechanics theory and numerical calculation. In this method, the risers are described by a set of particles directly governed by Newton's second law and are connected by weightless elements that can only resist internal forces. The method does not require the integration of the stiffness matrix, nor does it need iterations to solve the governing equations. Due to these advantages, the method can easily increase or decrease the element and change the boundary conditions, thus representing an innovative concept of solving nonlinear behaviors, such as large deformation and large displacement. To prove the feasibility of the VFIFE method in the analysis of the risers, rigid and flexible risers belonging to two different categories of marine risers, which usually have differences in modeling and solving methods, are employed in the present study. In the analysis, the plane beam element is adopted in the simulation of interaction forces between the particles and the axial force, shear force, and bending moment are also considered. The results are compared with the conventional finite element method(FEM) and those reported in the related literature. The findings revealed that both the rigid and flexible risers could be modeled in a similar unified analysis model and that the VFIFE method is feasible for solving problems related to the complex behaviors of marine risers. 展开更多
关键词 有限元素 向量形式 海洋 二维 复杂行为 数字模型 相互作用力 数字计算
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内孤立波作用下缓波形立管动力特性研究
2
作者 余杨 刘晓伟 +3 位作者 李振眠 孙若飞 杨政龙 徐立新 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期803-817,共15页
我国南海活跃着大量内孤立波,严重威胁海洋工程作业的安全。本文采用向量式有限元方法分析内孤立波作用下深海缓波形钢悬链立管动力特性,建立考虑触地段土反力和内孤立波载荷的缓波形钢悬链立管动力模型,根据mKdV方程求解内孤立波载荷,... 我国南海活跃着大量内孤立波,严重威胁海洋工程作业的安全。本文采用向量式有限元方法分析内孤立波作用下深海缓波形钢悬链立管动力特性,建立考虑触地段土反力和内孤立波载荷的缓波形钢悬链立管动力模型,根据mKdV方程求解内孤立波载荷,基于向量式有限元梁单元编制Fortran计算程序。分析不同入射角内孤立波作用下立管的位移极值、张力及弯矩变化趋势,并比较缓波形立管与简单钢悬链立管在内孤立波作用下的动力特性。结果表明:内孤立波作用下,缓波形钢悬链立管会有较大的位移响应,特别是顶部悬垂段会有较大的水平位移;缓波形立管比简单钢悬链立管有更显著的张力变化幅值,有更加复杂的弯矩变化趋势。 展开更多
关键词 缓波形钢悬链立管 内孤立波 向量式有限元 KdV理论 动力响应
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基于向量式有限元的网壳结构地震易损性分析
3
作者 曲激婷 宋嘉诚 霍林生 《世界地震工程》 北大核心 2024年第1期96-106,共11页
为解决网壳结构地震易损性研究中,增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)所面临的结构非线性分析耗时长且求解困难的问题,提出了一种基于向量式有限元的IDA方法。首先,以一个Kiewitt-8型单层球面网壳为例,验证了向量式有限元... 为解决网壳结构地震易损性研究中,增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)所面临的结构非线性分析耗时长且求解困难的问题,提出了一种基于向量式有限元的IDA方法。首先,以一个Kiewitt-8型单层球面网壳为例,验证了向量式有限元方法求解结构地震响应的准确性,其次选取12个不同参数的Kiewitt-8型单层球面网壳为研究对象,并考虑材料不确定性进行IDA分析,以地震峰值加速度与结构最大节点位移比为参数,绘制了结构在地震作用下的IDA曲线和轻微破坏、严重破坏及倒塌这三种性态下的易损性曲线。结果表明:向量式有限元能高效且准确的求解网壳结构的地震响应,屋面质量和矢跨比的增加均会增加三种性态点的超越概率;对于本文的网壳结构算例,求解时间仅为传统有限元方法的1/15,误差在3%以内,屋面质量和矢跨比的改变导致地震危险性最大增加了75%。 展开更多
关键词 增量动力分析 单层球面网壳 向量式有限元法 非线性分析 地震易损性分析
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横坡段桩柱式桥梁双桩基础结构的力学行为研究 被引量:3
4
作者 杨果林 邓志宏 +3 位作者 罗桂军 段君义 肖洪波 庞圣涛 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期920-930,共11页
桩柱式桥梁双桩基础结构在公路/铁路横坡段桥梁工程中应用广泛,其兼具承重桩和抗滑桩的特点,并形成了复杂的桩土及桩梁相互作用体系。为研究复杂受荷条件下桩柱式桥梁双桩基础结构的力学行为,提出基于向量式有限元的计算方法,并利用Pyt... 桩柱式桥梁双桩基础结构在公路/铁路横坡段桥梁工程中应用广泛,其兼具承重桩和抗滑桩的特点,并形成了复杂的桩土及桩梁相互作用体系。为研究复杂受荷条件下桩柱式桥梁双桩基础结构的力学行为,提出基于向量式有限元的计算方法,并利用Python语言编写计算程序。通过与其他数值计算方法的计算结果进行对比,验证该方法的可靠性。最后,结合工程实例,研究桩径、横系梁高度、边坡坡度和地基抗力系数对横坡段桩柱式桥梁双桩基础结构的力学行为的影响。研究结果表明:前、后桩桩身位移随桩径和地基抗力系数的增大而明显减小,随边坡坡度的增大而增大;由于桩周土对前、后桩的约束程度不同以及横系梁的内力调节作用,导致前、后桩桩身内力随边坡坡度的改变呈现出不同的变化规律;横系梁高度对前、后桩桩身内力及变形的影响较小,但横系梁的存在能调整前、后桩的受力状况,改善前、后桩荷载分担比例,使基桩性能充分发挥,在实际工程中应合理利用桩梁相互作用调整并优化双桩基础结构的力学行为。 展开更多
关键词 横坡段 桥梁工程 双桩基础 向量式有限元 力学行为
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采用向量式有限元的拉索参数振动模拟
5
作者 段元锋 黄嘉思 +3 位作者 邓南 王素梅 应祖光 何闻 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期188-195,共8页
拉索的参数振动主要是由连接拉索端部的结构振动引起的,当端部振动频率与拉索的自振频率满足一定倍数关系时,拉索端部激励容易激发较大拉索参数振动。由于参数振动存在复杂的非线性振动特征,传统的解析方法难以应用于实际工程。本文发... 拉索的参数振动主要是由连接拉索端部的结构振动引起的,当端部振动频率与拉索的自振频率满足一定倍数关系时,拉索端部激励容易激发较大拉索参数振动。由于参数振动存在复杂的非线性振动特征,传统的解析方法难以应用于实际工程。本文发展了模拟拉索参数振动的向量式有限元方法,对斜拉索在动边界条件下的振动进行分析,对比控制方程的数值解以验证结果的准确性。并基于向量式有限元模型对端部支座轴向运动激励下产生的主共振区和主参数共振区特性进行讨论,分别研究了拉索倾角、阻尼比以及风荷载协同作用对参数振动的影响。研究结果表明向量式有限元可以有效模拟复杂工况下的拉索参数振动,有利于实际工程应用。 展开更多
关键词 斜拉索 参数振动 振动模拟 向量式有限元 数值解
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串联浮筒多组分锚泊线松弛-张紧特性分析 被引量:1
6
作者 马佳鹏 李效民 郭海燕 《中国海洋大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期144-154,共11页
为研究松弛-张紧现象对串联浮筒多组分锚泊线的影响以及规律,本文对其松弛-张紧特性进行了数值模拟分析。基于向量式有限元(VFIFE)方法,建立了以锚链-锚缆-锚链多段锚泊线和浮筒组合而成的多组分锚泊线动力学分析模型,研究了串联浮筒多... 为研究松弛-张紧现象对串联浮筒多组分锚泊线的影响以及规律,本文对其松弛-张紧特性进行了数值模拟分析。基于向量式有限元(VFIFE)方法,建立了以锚链-锚缆-锚链多段锚泊线和浮筒组合而成的多组分锚泊线动力学分析模型,研究了串联浮筒多组分锚泊线的松弛-张紧特性。在顶端水平预张力为定值的条件下,通过改变顶端纵荡激励的振幅和频率以及浮筒的浮重、位置和数量,预测串联浮筒多组分锚泊线的松弛-张紧现象发生的条件以及规律。结果表明,通过控制顶端激励的频率和振幅以及浮筒的浮重、位置和数量,可以有效降低松弛-张紧现象的发生,降低串联浮筒多组分锚泊线断裂的风险。 展开更多
关键词 松弛-张紧特性 多组分锚泊线 浮筒 纵荡激励 向量式有限元
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液压式张紧器对顶张力立管静动力响应的影响
7
作者 刘德川 李效民 +1 位作者 郭海燕 李福恒 《中国海洋大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期161-170,共10页
为准确了解张紧器对立管静动力响应的影响以及处理传统分析时立管顶部简化处理的问题,本文充分考虑张紧器的作用,基于向量式有限元(VFIFE)法建立立管动力学模型,研究张紧器对立管静动力响应的影响以及对平台运动传递的规律。研究结果表... 为准确了解张紧器对立管静动力响应的影响以及处理传统分析时立管顶部简化处理的问题,本文充分考虑张紧器的作用,基于向量式有限元(VFIFE)法建立立管动力学模型,研究张紧器对立管静动力响应的影响以及对平台运动传递的规律。研究结果表明:本文建立的立管动力学分析模型能够有效考虑张紧器的影响;海流作用下立管的静力分析中,张紧器能提供更大的顶张力,从而减小立管的横向位移以及最大弯矩;波浪以及平台作用下的动态分析中,张紧器对平台纵荡的传递影响较小,对垂荡的补偿效应明显,补偿后的立管顶端位移远远小于平台运动幅值,并且在张紧器对顶部平台运动的缓冲作用下立管的位移和弯矩受平台运动影响不大。因此在分析中考虑张紧器对平台运动的传递补偿作用能更准确合理地施加顶张力以及平台运动,从而能更加有效的预测立管的响应。 展开更多
关键词 顶张式立管 液压式张紧器 向量式有限元 平台运动 立管响应
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基于向量式有限元的深水顶张力立管动力响应分析 被引量:6
8
作者 李效民 张林 +2 位作者 牛建杰 韩永庆 郭海燕 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2016年第11期218-223,共6页
向量式有限元法亦称有限质点法是以向量式力学与数值计算为基础的一种结构行为分析的创新性方法。该方法将结构离散为一系列质点的集合,质点间采用单元连接,单元没有质量,只承受内力,质点的运动则直接采用牛顿第二定律来表达,采用中央... 向量式有限元法亦称有限质点法是以向量式力学与数值计算为基础的一种结构行为分析的创新性方法。该方法将结构离散为一系列质点的集合,质点间采用单元连接,单元没有质量,只承受内力,质点的运动则直接采用牛顿第二定律来表达,采用中央差分的显式积分法求解质点群各时刻运动方程。首次将该方法应用于顶张力立管的动力行为分析中,采用平面弯曲杆件元模拟质点间的相互作用力,推导了立管质点运动公式,编制相应Matlab求解程序,计算了立管在海流、波浪作用下的动力响应特性并与基于传统有限元法的结果进行了对比分析,表明该方法在立管行为分析中的正确和有效性,并指出了该方法在处理其它立管形式行为分析中的优势。 展开更多
关键词 向量式有限元(vfife) 有限元法(FEM) 向量式力学 顶张力立管(TTR)
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平面薄膜结构屈曲行为的向量式有限元分析 被引量:6
9
作者 王震 赵阳 杨学林 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1116-1122,共7页
针对平面薄膜结构在外荷载作用下容易出现局部褶皱和褶皱扩展的现象,分析平面薄膜结构的屈曲行为.基于向量式有限元薄膜单元基本理论,引入面内应力刚化和面外初始缺陷,实现初始预应力平衡状态和触发面外褶皱屈曲变形.推导向量式有限元... 针对平面薄膜结构在外荷载作用下容易出现局部褶皱和褶皱扩展的现象,分析平面薄膜结构的屈曲行为.基于向量式有限元薄膜单元基本理论,引入面内应力刚化和面外初始缺陷,实现初始预应力平衡状态和触发面外褶皱屈曲变形.推导向量式有限元的力控制和位移控制处理方法,进而跟踪平面薄膜结构的局部褶皱(屈曲)和褶皱扩展(后屈曲)变形全过程.在此基础上,编制平面薄膜结构的屈曲计算分析程序,并通过矩形薄膜剪切屈曲和圆环薄膜扭转屈曲的算例分析,验证理论推导和所编制程序的有效性和正确性.位移控制法可以越过薄膜结构屈曲的极值点(或分支点),有效跟踪屈曲和后屈曲变形的全过程,并获得屈曲临界极限荷载和屈曲下降段. 展开更多
关键词 向量式有限元(vfife) 平面薄膜 三角形薄膜单元 屈曲 初始缺陷 位移控制
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基于向量式有限元的大跨度钢结构施工力学分析方法 被引量:15
10
作者 朱明亮 郭正兴 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期48-54,共7页
针对大跨度钢结构施工容易产生刚体位移等强烈非线性过程的特点,采用向量式有限元分析方法进行施工过程模拟.基于向量式有限元的基本理论,引入张拉索单元,通过控制张拉索单元的原长,实现大跨度预应力钢结构张拉全过程模拟;引入千斤顶单... 针对大跨度钢结构施工容易产生刚体位移等强烈非线性过程的特点,采用向量式有限元分析方法进行施工过程模拟.基于向量式有限元的基本理论,引入张拉索单元,通过控制张拉索单元的原长,实现大跨度预应力钢结构张拉全过程模拟;引入千斤顶单元,实现大跨度钢结构的脱架模拟.在此基础上,利用MATLAB语言编制了基于向量式有限元理论的施工过程分析程序,并通过悬臂梁拼装、索桁架张拉成形以及大跨度张弦桁架的张拉施工过程模拟分析,与传统分析方法进行比较,验证理论推导和自编程序的正确性与有效性.结果表明,采用基于向量式有限元的施工力学分析方法能够准确模拟结构拼装、预应力张拉成形和结构脱架等施工过程. 展开更多
关键词 大跨度钢结构 施工过程 向量式有限元 张拉索单元 千斤顶单元
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穿越平移断层海底埋地管道屈曲失效分析 被引量:5
11
作者 余杨 李振眠 +4 位作者 余建星 孙文正 刘晓伟 马建东 刘成 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2022年第9期242-256,共15页
长输海底管道常不可避免地穿过地震断层,地震断层活动可能导致管道发生扭曲、皱折甚至断裂,极大威胁管道安全。采用创新性的向量式有限元方法 (VFIFE)分析穿越地震断层海底管道屈曲失效行为,首先推导考虑材料非线性的VFIFE空间壳单元计... 长输海底管道常不可避免地穿过地震断层,地震断层活动可能导致管道发生扭曲、皱折甚至断裂,极大威胁管道安全。采用创新性的向量式有限元方法 (VFIFE)分析穿越地震断层海底管道屈曲失效行为,首先推导考虑材料非线性的VFIFE空间壳单元计算公式,提出适用壳单元的非线性管土耦合模型,然后重点解决了海底管道屈曲及屈曲传播过程中存在的内壁自碰撞接触问题,编制了Fortran计算程序和相应后处理程序。通过文献对比证明了模型的正确性。开展了平移断层作用下空载状态海底管道屈曲失效过程模拟,分析了穿越角度、土体性质和水压大小对海底管道屈曲失效行为的影响,结果表明:海底管道径厚比小,用钢等级高,周围土体强度低,具有更高的抵抗断层位移载荷能力;较低外压和平移断层联合作用下,管道变形呈S形,屈曲失效由断层位移引起的过度弯曲主导,失效模式是第二个弯曲处或者两个弯曲处的受压侧出现明显内陷,截面变形呈椭圆形;穿越角度越小,屈曲失效的临界断层位移越小;周围土体强度越高(砂土>黏土>淤泥夹砂),管道弯曲变形越严重,屈曲失效的临界断层位移越小;较高外压和平移断层联合作用下,屈曲失效由外压主导,主要模式是第一个弯曲处或者第二个弯曲处首先出现压溃,然后发生屈曲传播现象;不同水压和平移断层位移组合下海底管道破坏程度不一,压溃位置、屈曲传播方向和范围、截面变形呈现不同模式。结果可用于指导穿越地震断层海底管道抗震设计和止屈防护研究。 展开更多
关键词 海底管道 屈曲失效 向量式有限元 管土耦合 抗震设计
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串联浮筒锚泊系统的静力位形及内力分析 被引量:4
12
作者 李效民 张宸鑫 +1 位作者 刘震 孟丹 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2020年第1期128-134,共7页
向量式有限元法作为一种结构行为分析的创新性方法,在处理复杂边界条件下的几何非线性问题方面具有极大的优势。详细介绍向量式有限元法的基本原理和建模求解过程,将锚线离散为一系列质点的集合,采用空间杆单元模拟质点之间的相互作用... 向量式有限元法作为一种结构行为分析的创新性方法,在处理复杂边界条件下的几何非线性问题方面具有极大的优势。详细介绍向量式有限元法的基本原理和建模求解过程,将锚线离散为一系列质点的集合,采用空间杆单元模拟质点之间的相互作用。对比锚线在静水平衡状态下的特性响应,在此基础上对串联浮筒锚泊系统在不同方案下的形态、张力值和回复力等特性进行深入分析。结果表明:向量式有限元法与其他建模方法在位形确定和张力分析方面吻合度极高;由于其在建模求解方面的简洁性,能为各种锚泊系统的特性分析提供一种新的数值模拟方案。 展开更多
关键词 向量式有限元 锚泊系统 串联浮筒 特性分析 回复力
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薄壳结构的向量式有限元屈曲行为分析 被引量:5
13
作者 王震 赵阳 杨学林 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期2058-2064,共7页
基于向量式有限元三角形薄壳单元的基本理论,推导力控制法和位移控制法的基本原理及在向量式有限元中的处理方式,以实现薄壳结构的屈曲和后屈曲行为分析。在此基础上编制薄壳结构的屈曲计算分析程序,并通过算例验证。研究结果表明:所编... 基于向量式有限元三角形薄壳单元的基本理论,推导力控制法和位移控制法的基本原理及在向量式有限元中的处理方式,以实现薄壳结构的屈曲和后屈曲行为分析。在此基础上编制薄壳结构的屈曲计算分析程序,并通过算例验证。研究结果表明:所编制的向量式有限元薄壳单元程序可以用于薄壳结构的静、动力屈曲和后屈曲分析,验证了理论推导和所编制程序的有效性和正确性。无需进行特殊处理,采用位移控制法可有效越过屈曲极值点,跟踪获得薄壳结构大位移大转动、屈曲及后屈曲运动变形的全过程。 展开更多
关键词 薄壳结构 向量式有限元 三角形薄壳单元 屈曲和后屈曲 位移控制 力控制
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基于向量式有限元的索杆张力结构施工成形分析 被引量:6
14
作者 赵阳 彭涛 王震 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第5期13-21,共9页
索杆张力结构的施工张拉过程同时存在刚体位移和弹性变形,可归结为结构和机构耦合的复杂力学问题。将向量式有限元基本理论引入索杆结构的施工成形分析,推导了索杆单元的向量式有限元基本公式,给出力控制和位移控制的求解方程,可在给定... 索杆张力结构的施工张拉过程同时存在刚体位移和弹性变形,可归结为结构和机构耦合的复杂力学问题。将向量式有限元基本理论引入索杆结构的施工成形分析,推导了索杆单元的向量式有限元基本公式,给出力控制和位移控制的求解方程,可在给定外力或位移增量的条件下对结构进行求解。对索杆结构施工成形的正分析法和反分析法进行阐述,提出向量式有限元中实现正分析和反分析的方法,编制了相应的程序并进行算例验证。对索杆张力结构的大型实际工程——深圳宝安体育场车辐式屋盖结构进行了施工成形分析,模拟跟踪其从无应力零状态到最终张拉成形的全过程,得到各施工阶段的构件内力和空间位置等施工状态参数。研究表明向量式有限元在索杆张力结构施工成形分析中具有独特的优势。 展开更多
关键词 索杆张力结构 施工成形分析 向量式有限元 正分析 反分析
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新型环箍穹顶全张力结构局部断索抗连续倒塌性能分析 被引量:6
15
作者 朱明亮 陆金钰 郭正兴 《东南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期1057-1062,共6页
为了探究一种由周边环形张拉整体和中部索穹顶组成的新型环箍穹顶全张力结构局部断索的抗连续倒塌性能,在分析其静力及动力特性的基础上,利用自编向量式有限元程序建立了环箍穹顶索杆张力结构的数值模型.考虑结构初始状态,采用等效荷载... 为了探究一种由周边环形张拉整体和中部索穹顶组成的新型环箍穹顶全张力结构局部断索的抗连续倒塌性能,在分析其静力及动力特性的基础上,利用自编向量式有限元程序建立了环箍穹顶索杆张力结构的数值模型.考虑结构初始状态,采用等效荷载卸载法分析得到了该结构不同类型拉索破断后剩余结构的动力响应,包括结构位形、节点位移及构件内力等.分析结果表明,利用向量式有限元法能够有效地进行结构局部断索后的动力响应分析;张拉整体单元的拉索破断主要影响所在单元附近的拉索,不会形成连续倒塌;索穹顶内部的拉索破断对周边张拉整体结构影响较小,新型环箍穹顶索杆张力结构具有较好的抗连续倒塌性能. 展开更多
关键词 环箍穹顶全张力结构 断索 连续倒塌 向量式有限元 动力放大系数
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薄膜断裂和穿透的向量式有限元分析及应用 被引量:3
16
作者 王震 赵阳 杨学林 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期315-320,共6页
向量式有限元基于牛顿运动定律,通过质点描述和向量分析来求解整体结构的动力响应。首先,给出了向量式有限元三角形薄膜单元的基本理论,进而针对薄膜结构的断裂和穿透破坏过程,提出相应解决方案。对于薄膜断裂问题,采用Mises应力状态变... 向量式有限元基于牛顿运动定律,通过质点描述和向量分析来求解整体结构的动力响应。首先,给出了向量式有限元三角形薄膜单元的基本理论,进而针对薄膜结构的断裂和穿透破坏过程,提出相应解决方案。对于薄膜断裂问题,采用Mises应力状态变量达到失效应力限值作为断裂判据,通过质点分裂方式将相连单元的对应节点断开,并对分裂后的新质点进行状态更新来模拟其断裂过程;对于薄膜穿透问题,则同时结合碰撞和断裂过程模拟来实现。在此基础上,编制了薄膜结构的断裂和穿透求解计算程序,算例分析表明,程序可很好地完成薄膜结构的大变形大转动、断裂和穿透等不连续行为的模拟,验证了理论及程序的可靠性和有效性,体现了本文方法进行薄膜结构复杂不连续行为分析的优势。 展开更多
关键词 薄膜结构 向量式有限元 断裂 质点分裂 碰撞 穿透
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基于六面体网格的向量式有限元分析及应用 被引量:4
17
作者 王震 赵阳 杨学林 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期480-486,共7页
基于向量式有限元基本原理,给出了八节点六面体等参实体单元的基本公式,通过投影方式将空间曲面六面体转换为投影六面体,采用参考面的逆向运动求解节点纯变形,通过单元形函的虚功方程计算节点内力;针对坐标模式和内力积分模式等关键问... 基于向量式有限元基本原理,给出了八节点六面体等参实体单元的基本公式,通过投影方式将空间曲面六面体转换为投影六面体,采用参考面的逆向运动求解节点纯变形,通过单元形函的虚功方程计算节点内力;针对坐标模式和内力积分模式等关键问题提出了有效的处理方案。编制了六面体实体单元的数值计算程序,并进行工程结构算例分析。结果表明,所编制程序可有效模拟实体结构的静力、动力及大变形大位移行为分析,验证了本文理论和程序的正确性和实用性。 展开更多
关键词 实体结构 向量式有限元 六面体网格 质点运动 动力分析 大变形大位移
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膜材碰撞接触分析的向量式有限元法 被引量:5
18
作者 王震 赵阳 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第3期378-383,共6页
向量式有限元是以向量力学理论为分析基础并基于点值描述来获得结构体系行为的新型分析方法。在简要介绍向量式有限元三角形膜单元基本理论的基础上,针对膜材与刚体、膜材与膜材两类碰撞接触问题,提出了碰撞检测和碰撞响应的处理方法。... 向量式有限元是以向量力学理论为分析基础并基于点值描述来获得结构体系行为的新型分析方法。在简要介绍向量式有限元三角形膜单元基本理论的基础上,针对膜材与刚体、膜材与膜材两类碰撞接触问题,提出了碰撞检测和碰撞响应的处理方法。通过膜材质点与三角形网格面之间的单向碰撞检测方法来处理膜结构的碰撞检测问题;结合罚函数法和中央差分位移式,提出基于中央差分式的罚接触力响应方法,同时赋予罚参数的选取规则,以处理膜结构的碰撞响应问题。在此基础上编制了向量式有限元膜单元的碰撞接触分析程序,并通过算例分析验证了理论推导和编制程序的可靠性和计算稳定性,体现出向量式有限元方法进行膜材碰撞接触分析的优势。 展开更多
关键词 膜材 向量式有限元 膜单元 碰撞接触 罚函数法 碰撞检测 碰撞响应
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基于有限元-向量式有限元的斜拉桥非线性振动计算方法 被引量:6
19
作者 王涛 胡宇鹏 +1 位作者 张兴标 刘德贵 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第3期129-138,215,共11页
向量式有限元(VFFE)法本质上是考虑几何非线性的有限元(FE)显式动力时程积分方法。阐述了向量式有限元的基本原理,对比了向量式有限元与基于单元随动坐标系的非线性有限元动力计算方法的相同点与差别,开发了使用杆、梁单元的有限元-向... 向量式有限元(VFFE)法本质上是考虑几何非线性的有限元(FE)显式动力时程积分方法。阐述了向量式有限元的基本原理,对比了向量式有限元与基于单元随动坐标系的非线性有限元动力计算方法的相同点与差别,开发了使用杆、梁单元的有限元-向量式有限元统一算法框架的计算程序。使用该程序建立了大跨度斜拉桥计算模型,首先,使用非线性有限元法计算了斜拉桥的静力状态与动力特性,计算了列车-桥梁耦合动力作用下桥梁的振动;然后,使用向量式有限元法计算了斜拉桥在拉索突然断裂状态下的非线性振动;最后,计算了在列车-桥梁耦合动力作用下,拉索发生断裂时,桥梁与列车的振动状态。结果表明:使用向量式有限元可以简单可靠地直接模拟斜拉桥在破坏状态下的非线性振动状态;列车运行至跨中附近时,若斜拉桥跨中最长拉索突然发生断裂,对其他拉索的安全性影响不大,离断裂拉索越远的拉索受到的影响越小,但拉索突然断裂会对桥上行驶中列车的安全性造成威胁。该研究为大跨度斜拉桥在破坏状态下的非线性振动分析提供了新的解决方案。 展开更多
关键词 桥梁工程 斜拉桥 向量式有限元(VFFE)法 非线性振动 拉索断裂
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大规模向量式有限元行为数据压缩模型及算法 被引量:2
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作者 杜庆峰 周晓玮 +1 位作者 谢涛 周雪非 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第11期1711-1717,共7页
针对向量式有限元程式计算所产生的结果数据体积庞大,上传云端和读取处理的速度瓶颈,必须对其进行有效的压缩.通过对向量式有限元行为数据进行分析,依据数据本身的冗余度高、无效信息多、数据格式较长等特点,进而提出一种适用的压缩算法... 针对向量式有限元程式计算所产生的结果数据体积庞大,上传云端和读取处理的速度瓶颈,必须对其进行有效的压缩.通过对向量式有限元行为数据进行分析,依据数据本身的冗余度高、无效信息多、数据格式较长等特点,进而提出一种适用的压缩算法,对行为数据进行时间帧合并、删减冗余数据、舍去过长精度、线元素增量表示等压缩方法.经过验证,本算法压缩后的数据体积明显减小,而程序读取数据的速度则有显著提高,大幅改善了向量式有限元行为分析软件的使用效率. 展开更多
关键词 向量式有限元 数据压缩算法 行为数据
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