薄壁结构动力计算中若干问题

本文讨论薄板和薄壳之类的薄壁结构受冲击荷载作用时的动力计算问题.主要是求动力因数.在计算中考虑了冲击物和被冲击的薄壁结构系统质量的影响;用相当质量法将薄壁结构的分布质量转化为只有一个集中的相当质量,从而导出薄壁结构系统在冲击力作用下的动力因数,计算比较方便.     

介质与结构三维动力相互作用分析的半解析边界元—半解析有限元结合法

本文将半解析边界元一半解析有限无结合法用于介质与结构的动力相互作用研究:用半解析边界元法分析具有复杂地表面的半无限介质,用半解析有限元法分析具有任意截面形状的柱体结构,利用介质与结构交界面上的位移相容条件和力平衡条件,将介质与结构联系起来。联立京解上述半解析边界元方程和半解析有限元方程,对应每一时间步进,可同时求出介质与结构交界面上的位移、速度、加速度和相互作用力以及地表面的运动情况.与目前广泛研究的边界元—有限元结合法相比,本方法在介质与结构二个个区域各降低了一维空间,因而离散单元数和计算工作量大幅度减少,人工输入数据非常简单.文中还考虑了地下结构的长跨比效应、厚度效应和介质效应.     

未确知有理数在结构可靠性分析中的应用

在结构可靠性分析中,结构抗力和作用效应受许多未确知因素的影响.通过引入未确知数学对这些未确知因素进行了处理,对结构可靠性进行了分析和计算.最后不仅给出了结果的数值,而且给出了相应的可信度,整个计算过程简洁,是结构可靠性分析的比较符合实际的、更有效的计算方法.     

三叶片垂直轴水轮机结构动力响应分析

提出采用改进离散涡和几何精确梁理论混合方法对三叶片垂直轴水轮机进行结构动力响应分析.相比传统的有限元方法,该方法具有求解速度快、建模简单、计算精确等优点.在模态分析中,计算了不同叶片高度下,水轮机叶片和整体的前五阶固有频率,分析了水轮机半径大小和叶片高度对固有频率的影响,结果显示:随着尺寸的增加,叶片和整体固有频率显著减小,整体固有频率更易受到半径大小的影响.在瞬态分析中,考虑了离心载荷和叶片的水动力载荷,得到在工作状况下,旋转一周过程中叶片的最大变形曲线;分析了在不同H/R（叶片高度和半径的比值）的情况下的叶片强度问题,结果显示:当H/R大于3.0时,叶片强度将会失效.     

地下结构与岩体动力相互作用的一种解析解

本文根据大量试验和数值分析结果指出:在侧向爆荷下岩洞在厚度为跨度三分之一围岩中具有厚壁受弯构件的力学特征,而在该围岩区外即基本上接近自由场应力状态,并可用厚板理论方程在自由场压力的外载下进行求解.因此,地下结构与围岩动力相互作用,可用分别代表衬砌及介质的基于薄板与厚板理论的受弯构件动力方程宋描述.围岩和衬砌二者之间的相互作用力用接触压力函数q(x,t)加以联系.通过解一组联立方程,给出了计入与弹性半空间相互作用效应的直墙拱顶衬砌时动力分析的解析解,同时列出了函数q(x,t)的解析表达式. 本解析解将有助于从理论上探讨地下结构与介质动力共同作用的一些本质问题.     

三维浮式结构的流固耦合动力特性分析

对于采用位移-压力有限元格式从流固耦合系统导出的大型非对称矩阵特征值问题,构造出了一种新格式的迭代Arnoldi方法进行非对称特征值分析来获得浮式结构的动力特性．该迭代格式在克服零频的移频技术中,可以高效地计算出Arnoldi向量．实例分析结果表明,流固耦合作用对水上大型薄壁浮式结构动力特性具有重要影响．     

Diamond折纸管状结构轴向冲击性能分析

为了降低薄壁管状结构受轴向冲击时的初始峰值载荷,将diamond刚性折纸模型引入到薄壁管状结构的设计中.利用有限元分析方法,以方形截面为例,分析了diamond折纸管状结构的轴向冲击性能.结果表明:相比于传统方形薄壁管,diamond折纸管状结构具有较低的初始峰值载荷和更加平稳的变形过程.得出了diamond折纸管状结构按折纸预折形式变形的临界条件.分析了diamond折纸管状结构在轴向冲击载荷作用下,底角对初始峰值载荷和平均冲击载荷的影响.     

考虑几何非线性的杆系结构弯曲变形样条有限点法

研究了杆系结构考虑几何非线性的大挠度弯曲变形问题,推算并验证了一种考虑几何非线性的杆系结构弯曲变形计算新方法.以三次B样条函数为基函数,采用广义参数法,构造出梁的样条基函数,通过最小势能原理,建立了杆系结构考虑几何非线性的刚度方程,对处于弹性范围内的杆系结构的大变形弯曲问题进行了计算,提出了考虑几何非线性时杆系结构弯曲变形计算的样条有限点法.结果表明:方法不用进行单元坐标变换、划分等分数少、收敛速度快且计算精度较高,是一种较传统有限元法更简单且可行的方法.     

结构动力方程求解的改进-精细Runge-Kutta方法

在已有精细Runge-Kutta(龙格-库塔)方法的基础上,考虑了状态空间方程非齐次项的特点和外荷载的特殊性,提出了求解结构动力方程的改进精细Runge-Kutta方法.通过对矩阵进行分块计算,在利用原有精细Runge-Kutta方法高精度的同时进一步提高了计算效率,有利于大型结构的长时间仿真.将改进精细Runge-Kutta方法应用于结构动力方程求解,为其求解提供一种新方法.数值算例表明了改进方法的正确性和有效性.     

高层建筑结构空间静力、动力分析

本文采用JIGFEX程序系统,将高层建筑结构作为空间体系进行了较精确的空间静力、动力分析.对地震力和地震扭矩的计算提出了建议.为在中小型计算机上对大型复杂结构进行空间静力、动力分析提供了一个切实可行的计算途径.文内附有实际工程的计算结果和图表.     

具有确定运动姿势的柔性体的动力学分析研究

讨论了具有确定运动姿态的柔性多体系统的非线性动力学控制方程． 将飞行器在空间的运动看作是已知的,分析了飞行器上的挠性构件对飞行器运动和姿态的影响,利用假设模态,将挠性构件的变形,看作是空间直角坐标轴方向的线元振动所构成的,根据动力学中的Kane方法,建立了动力学方程,方程中包含表示弹性变形的结构刚度矩阵及表示变形体非线性变形几何刚度矩阵,方程推导从应力-应变关系入手,使用了有限元法．经简化,得到了带帆板结构的平面挠性体对飞行器运动影响的动力学方程,这种方程可通过计算机实现其数值解．     

Static and dynamic analysis of smart cylindrical shell

Shell type components and structures are very common in many mechanical and structural systems. In smart structural applications, piezolaminated plates and shells are commonly used. In this paper a finite element formulation is presented to model the static and dynamic response of laminated composite shells containing integrated piezoelectric sensors and actuators subjected to electrical, mechanical and thermal loadings. The formulation is based on the first order shear deformation theory and Hamilton's principle. In this formulation, the mass and stiffness of the piezo-layers have been taken into account. A nine-noded degenerated shell element is implemented for the analysis. The model is validated by comparing with existing results documented in the literature. A simple negative velocity feedback control algorithm coupling the direct and converse piezoelectric effects is used to actively control the dynamic response of an integrated structure through a closed control loop. The influence of the stacking sequence and position of sensors/actuators on the response of the laminated cylindrical shell is evaluated. Numerical results show that piezoelectric sensors/actuators can be used to control the shape and vibration of laminated composite cylindrical shell.     

Numerical modeling of nonlinear deformation and buckling of composite plate-shell structures under pulsed loading

Nonlinear three-dimensional problems of dynamic deformation, buckling, and posteritical behavior of composite shell structures under pulsed loads are analyzed. The structure is assumed to be made of rigidly joined plates and shells of revolution along the lines coinciding with the coordinate directions of the joined elements. Individual structural elements can be made of both composite and conventional isotropic materials. The kinematic model of deformation of the structural elements is based on Timoshenko-type hypotheses. This approach is oriented to the calculation of nonstationary deformation processes in composite structures under small deformations but large displacements and rotation angles, and is implemented in the context of a simplified version of the geometrically nonlinear theory of shells. The physical relations in the composite structural elements are based on the theory of effective moduli for individual layers or for the package as a whole, whereas in the metallic elements this is done in the framework of the theory of plastic flow. The equations of motion of a composite shell structure are derived based on the principle of virtual displacements with some additional conditions allowing for the joint operation of structural elements. To solve the initial boundary-value problem formulated, an efficient numerical method is developed based on the finite-difference discretization of variational equations of motion in space variables and an explicit second-order time-integration scheme. The permissible time-integration step is determined using Neumann's spectral criterion. The above method is especially efficient in calculating thin-walled shells, as well as in the case of local loads acting on the structural element, when the discretization grid has to be condensed in the zones of rapidly changing solutions in space variables. The results of analyzing the nonstationary deformation processes and critical loads are presented for composite and isotropic cylindrical shells reinforced with a set of discrete ribs in the case of pulsed axial compression and external pressure.Scientific Research Institute of Mechanics, Lobachevskii Nizhegorodsk State University, N. Novgorod, Russia. Translated from Mekhanika Kompozitnykh Materialov, Vol. 35, No. 6, pp. 757–776, November–December, 1999.     

Blast Damage Simulation With the Discontinuous Galerkin Finite Element Method of Bond⁃Based Peridynamics北大核心CSCD

近场动力学是一种积分型非局部的连续介质力学理论,已广泛应用于固体材料和结构的非连续变形与破坏分析中,其数值求解方法主要采用无网格粒子类的显式动力学方法.近年来,弱形式近场动力学方程的非连续Galerkin有限元法得到发展,该方法不仅可以描述考察体的非局部作用效应和非连续变形特性,还可以充分利用有限单元法高效求解的特点,并继承了有限元法能直接施加局部边界条件的优点,可有效避免近场动力学的表面效应问题.该文阐述了键型近场动力学的非连续Galerkin有限元法的基本原理,导出了计算列式,给出了具体算法流程和细节,计算模拟了脆性玻璃板动态开裂分叉问题,并对爆炸冲击荷载作用下混凝土板的毁伤过程进行了计算分析.研究结果表明,该方法能够再现爆炸冲击荷载作用下结构的复杂破裂模式和毁伤破坏过程,且具有较高的计算效率,是模拟结构爆炸冲击毁伤效应的一种有效方法.     

热-力耦合原子-连续关联模型的框架及其算法

对热-力耦合的原子-连续关联模型进行了系统研究,给出了计及热-力耦合行为的金属微-纳米构件内材料的瞬态弹性常数,应力、应变、比热容等物理量的具体计算公式及其算法.利用原子运动中的“结构形变”部分来研究微-纳米尺度下多晶原子团簇的非均匀结构变形.将原子团簇晶格结构的变形与连续体的变形关联起来,在准简谐近似假设下,推导出依赖于微观结构变形和热振动的自由能密度、熵密度、内能密度表达式,从而给出了微-纳米尺度下的瞬态热-力学参数.     

Nonlinear dynamics and dynamic instability of smart structural cross-ply laminated cantilever plates with MFC layer using zigzag theory

In this paper, a novel dynamic model for smart structural systems cross-ply laminated cantilever plate with smart material Macro fiber composites (MFC) layer is presented by using zigzag function theory. The nonlinear dynamic response and dynamic instability of the smart structural systems are studied for the first time. The plate is subjected to the uniformed static and in-plane harmonic excitation conjunction with electrically loaded under different electric boundary conditions. The partial layer-wise theory which the first shear deformation theory is expanded by introducing the zigzag function in the in-plane displacement components is adopted. The carbon fiber reinforced composite material T800/M21and macro fiber composites (MFC-d31) M8528-P3 are implemented. By Lagrangian equation and Chebyshev polynomial, the equations of motion are derived for the laminated plate. The validation and convergence are studied by comparing results with literatures. The dynamic instability regions and the critical buckling load characteristics can be obtained for different layer sequences, geometric dimensions and also the electromechanical effects are considered. Nonlinear dynamic responses of the laminated plate are studied by using numerical calculation. It can be seen that in certain state the plate will loses stability and the periodic, multiple period as well as chaotic motions of the plate are found.     

大位移Timoshenko转轴三维耦合动力学分析

对于高速柔性转轴,综合考虑滑移、弯曲、剪切变形、旋转惯性、陀螺效应和动不平衡等因素,运用Timoshenko旋转梁理论,给出弹性体空间运动的一般性描述,通过Hamilton原理建立弯曲-扭转-轴向三维耦合非线性动力学方程,应用参数摄动方法和假设振型方法进行化简,并用数值模拟分析了轴向刚性滑移、剪切变形、截面尺寸和转速等因素对转轴动力学响应的影响。     

圆柱壳在径向冲击载荷作用下的弹性脉冲屈曲

当圆柱壳承受径向脉冲载荷时，如果其径厚比大于一特定值，圆柱壳将产生弹性动力屈曲．本文根据有关实验结果，假定变形模态，采用Ｌａｇｒａｎｇｅ方法分析了有限长薄圆柱壳（ａ／ｈ＝４８０）在余弦冲击载荷作用下的弹性脉冲动力屈曲．导出了动力屈曲方程组，借助数值方法求解方程，并与有关计算结果进行了比较．     

三维高速冲击动力有限元滑移面算法

本文给出三维高速冲击动力有限元滑移面算法.该算法不但能保证单元结点的动量守恒、动量矩守恒,而且由实例计算表明该算法在处理高速穿、破甲过程中是稳定和有效的.     

柱形弹体撞击塑性变形的G.I.泰勒理论的分析解及其改进

柱形弹体对刚性靶体的纵向撞击塑性变形理论是G.I.泰勒[1]首先提出的.这个理论的重要性在于通过这个理论可以从实验数据计算动力屈服强度,而且从实验结果[2]中看到,动力屈服强度和撞击速度无关,动力屈服强度高于静力屈服强度,对某些材料而言,可以超出好几倍.这样就为弹塑性撞击研究提供了一个重要的根据.但是,泰勒理论由于微分方程的复杂性,求解过程都是数值计算,这样对使用其结果时深感不便.本文提供了全部分析解,并对其结果进行了讨论.本文对冲量计算进行了修正,修正理论的分析解指出,其结果比泰勒理论的解更加符合实验[2].