等几何分析中采用Nitsche法施加位移边界条件

等几何分析使用NURBS基函数统一表示几何和分析模型,消除了传统有限元的网格离散误差,容易构造高阶连续的协调单元.对于结构分析,选择合适的几何参数可以得到光滑的应力解,避免了后置处理的应力磨平.但是由于NURBS基函数不具备插值性,难以直接施加位移边界条件.针对这一问题,提出一种基于Nitsche变分原理的边界位移条件"弱"处理方法,它具有一致稳定的弱形式,不增加自由度,方程组对称正定和不会产生病态矩阵等优点.同时给出方法的稳定性条件,并通过求解广义特征值问题计算稳定性系数.最后,数值算例表明Nitsche方法在h细化策略下能获得最优收敛率,其结果要明显优于在控制顶点处直接施加位移约束.     

基于等几何分析的边界元法求解二维Laplace方程

针对二维Laplace问题,提出了基于非均匀有理B样条的等几何边界单元法(IGABEM),并利用径向积分法来处理奇异积分。该方法实现了几何与求解域的无缝融合,不仅实现了求解域与几何的完美匹配,而且节约了前处理时间。该方法可以很容易地实现模型的细分,并且在仅增加少量自由度的情况下获得更高的精度。数值算例表明,该方法能够有效地求解二维Laplace方程,且具有非常好的计算精度。     

基于等几何分析的比例边界有限元方法

提出了一种具有比例边界有限元的半解析特性和等几何分析的几何特性的新方法。该新方法是在比例边界有限元框架中用NURBS曲线或曲面精确描述域边界几何形状,同时域边界位移场采用描述几何形状的NURBS形函数等参构造。这种新方法具有比例边界有限元固有的径向解析特性和NURBS的高阶连续性的优点。数值算例显示,与传统的比例边界有限元相比,基于等几何分析的比例边界有限元方法提高了域边界单元和域内应力场的连续性,减少了计算自由度。应用此方法可以用较少的计算自由度获得更高连续阶和更高精度的位移、应力和应变场。     

摩擦接触问题的比例边界等几何B可微方程组方法

摩擦接触问题是计算力学领域最具挑战性的问题之一,接触系统的泛函具有非线性、非光滑的特点,导致接触算法的收敛性与精确性难以保证.因此将比例边界等几何分析(scaled boundary isogeometric analysis,SBIGA)与B可微方程组(B dierential equation,BDE)相结合,提出了求解二维摩擦接触问题的比例边界等几何B可微方程组方法.在比例边界等几何坐标变换的基础上,通过虚功原理推导了关于边界控制点变量的接触平衡方程,表示成B可微方程组形式的接触条件可被严格满足,求解B可微方程组的算法的收敛性有理论保证.此比例边界等几何B可微方程组方法(SBIGA-BDE)只需在接触体边界进行等几何离散,使问题降低一维,能精确描述接触边界,并可通过节点插入算法进行真实接触区域的识别.此外,由于几何建模和数值分析使用相同的基函数,节约了划分网格的时间.以赫兹接触问题和悬臂梁摩擦接触问题为例,通过与解析解及数值计算软件ANSYS计算结果进行对比,验证了该方法求解二维摩擦接触问题的有效性及高精度等特点.     

热传导问题的比例边界等几何分析

提出比例边界等几何分析SBIGA(Scaled Boundary IsoGeometric Analysis)方法来求解热传导问题。SBIGA兼具比例边界有限元和等几何分析的优势,特别适用于求解包含无限域和奇异物理场的问题。该方法造型十分方便,在径向具有半解析性质,仅需在计算域边界上用NURBS基函数自然离散,为实现CAD/CAE无缝融合提供了新的途径,大大节约前处理和计算耗时。此外,SBIGA无需进一步与CAD系统数据交换就可以保型细分。三个基准算例证明了其在热传导分析中的有效性。与传统比例边界有限元相比,SBIGA模型消除了几何模型误差,并显示出更高的计算精度和收敛速度。     

三维接触问题的拟二维序列解法

在每个接触点引入一系列测动坐标系，使三维接触问题转化为一系列可直接用线性互补的Ｌｅｍｋｅ算法求解的拟二维接触问题序列，逼近原三维接触问题的解，给出了加速收敛的算法。算例表明提出的方法是行之有效的。     

弹塑性接触问题的非光滑非线性方程组方法

将求解三维弹性摩擦接触问题的非光滑非线性方程组方法推广到弹塑性(Mises材料)情形，提出了两种应用方法：一种是将非光滑非线性方程组方法和求解弹塑性问题常用的Newton—Raphson迭代方法结合起来；另一种是将问题写成统一的非光滑非线性方程组，直接求解。数值算例验证了两种方法的有效性，并进行了结果比较。     

二维小接触问题的焦散线分析

本文是以一组聚碳酸脂园盘试件,用焦散线法对小接触问题所进行的一系列实验分析,其中包括一个滚柱轴承的模拟分析,定量地得到了接触面宽度和面上的应力。对小接触奇异应力场给出可靠的定量结果,这是其他实验力学手段目前难以解决的。此外,本文的实验分析结果也与理论计算相当一致。     

Kirchhoff-Love壳的等几何分析

论文利用等几何分析研究了基于Kirchhoff-Love理论的薄壳的静态问题.等几何分析采用等参思想,将精确描述几何形状的NURBS基函数同时作为场变量的插值函数,保证了在分析和网格优化过程中模型的几何精确性,并可以轻易地构造任意高阶连续的单元.该方法具有很高的数值精度.计算结果表明,在等几何分析中,NURBS单元的阶次越高,网格数越多,计算结果越精确.     

等几何壳体分析与形状优化

首先基于Reissner-Mindlin理论进行了三维壳体等几何分析,而后基于此对三维壳体进行形状优化,提出了形状优化中灵敏度的全解析计算方法,包括位移应变阵、雅克比阵和刚度阵等相对控制顶点位置的灵敏度解析计算公式;通过实例验证了壳体等几何分析和灵敏度全解析计算方法的有效性。与传统的基于网格的灵敏度半解析计算方法相比,基于NURBS的灵敏度全解析计算具有精确、计算效率高的特点,且可以避免优化迭代中的网格畸变。     

A combined programming and iteration algorithm for finite element analysis of three-dimensional contact problems

Comparing with two-dimensional contact problems, three-dimensional frictional contact problems are more difficult to deal with, because of the unknown slip direction of the tangential force and enormous computing time. In order to overcome these difficulties, a combined PQP (Parametric Quadratic Programming) and iteration method is derived in this paper. The iteration algorithm, which alleviates the difficulty of unknown slip direction, is used along with the PQP method to cut down computing costs. Numerical example is given to demonstrate the validity of the present algorithm. The project supported by the Machinary and Electronics Ministry of China     

车桥耦合振动迭代求解数值稳定性问题

本文首先建立简化的等效弹簧振子模型进行车桥耦合振动迭代求解稳定性理论分析,然后将分析结论推广到复杂车桥系统进行验证.论文揭示了迭代不收敛的机理,再现了分离迭代发散的现象,提出了解决或者改善迭代稳定性的方法.研究表明迭代计算稳定性主要由所采用的轮轨接触假设决定,轮轨密贴接触假设是迭代不收敛的主要根源,而采用轮轨非密贴接触假设基本不会导致迭代不收敛.若采用轮轨密贴接触假设,在足够小的积分步长下,轮对质量与轮轨接触处桥梁单元的节点集中质量之比是影响迭代稳定性的关键因素,而桥梁和车辆系统的刚度、阻尼是影响迭代稳定性的次要因素.可采取如下方法改善迭代稳定性:忽略轮对惯性力对桥梁的作用,采用迭代加速技术,选用较大的时间积分步长等.     

三维数值流形方法的点-面接触模型

建立了三维流形元的点-面接触模型,给出了嵌入准则并应用罚方法强迫接触界面满足不嵌入和无拉伸条件约束求解,详细推导了法向弹簧、切向弹簧和摩擦力子矩阵并给出了接触状态(张开、滑动和固定)的模式变化准则,算例表明该模型的有效性。     

A New Method for Solution of 3D Elastic-Plastic Frictional Contact Problems

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＣｏｎｔａｃｔｐｒｏｂｌｅｍｉｓｏｆｐａｒｔｉｃｕｌａｒｉｎｔｅｒｅｓｔｉｎｎｕｍｅｒｏｕｓｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｒａｎｇｉｎｇｆｒｏｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ＿ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｔｏｍａｃｈｉｎｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｍｅｔａｌｆｏｒｍｉｎｇｕｎｄｅｒｖａｒｉｏｕｓｌｏａｄｃａｓｅｓ.Ｃｏｎｔａｃｔｐｒｏｂｌｅｍｓａｒｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｆｏｒｔｈｅｍｏｖｉｎｇｂｏｕｎｄａｒｙａｎｄｔｈｅｅｘｉｓｔｅｎｃｅｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎａｌｏｎ…