插值型无单元Galerkin比例边界法与有限元法的耦合在压电材料断裂分析中的应用

插值型无单元Galerkin比例边界法是一种只需在边界上采用插值型无单元Galerkin法离散且无需基本解的半解析方法,能有效求解压电材料的断裂问题.为进一歩提高这种方法的适用性,该文提出了一种用于压电材料断裂分析的插值型无单元Galerkin比例边界法耦合有限元法(finite element method,FEM)的分析方法.裂纹周边一定范围的计算域采用插值型无单元Galerkin比例边界法离散,其余区域采用FEM离散.插值型无单元Galerkin比例边界法方程和FEM方程的耦合可利用界面两侧广义位移的连续条件方便地实现.最后,给出了两个数值算例验证了该文所提方法的有效性.     

基于光滑扩展有限元的平板裂纹参数不确定性反求

裂纹位置和尺寸等是工程监测需掌握的非常重要的信息.光滑扩展有限元是近年来发展起来的一种模拟裂纹的有效方法,即使采用极度不规则单元仍可获得精确的模拟结果,无需单元"质量"要求.因此在单元自动划分方面具有突出的优势,这一特点也使得该方法适用于裂纹反求过程的实时调用和含裂纹仿真模型的网格自动划分.研究基于光滑扩展有限元的不确定反求方法,用于识别平面弹性板中直裂纹位置和尺寸参数,即采用光滑扩展有限元法进行拉伸工况的正问题分析,通过测量平板边缘的节点位移建立优化模型,调用遗传算法实现裂纹参数的反求.反求过程中将材料的弹性模量和Poisson(泊松)比作为区间不确定变量,采用一阶Taylor(泰勒)公式实现了平板裂纹参数的不确定性反求.     

大跨度叠合梁斜拉桥多维多点非平稳随机地震响应分析

为研究地震动非平稳特性对大跨度叠合梁斜拉桥随机地震响应的影响,采用绝对位移求解的虚拟激励法在通用有限元软件中对某座叠合梁斜拉桥进行多维多点非平稳随机地震响应分析.研究结果表明:采用绝对位移求解的虚拟激励法,能在通用有限元软件中高效地实现对大跨度叠合梁斜拉桥多维多点非平稳随机地震响应分析;设计中假定地震动平稳性,得到的结果偏于保守;行波效应对大跨度叠合梁斜拉桥结构响应有显著影响,考虑行波效应对主塔塔顶位移和塔底内力是有利的,但应注意其对主梁跨中位移和内力的不利影响.     

考虑屋盖整体空间工作时的单层偏心厂房的平扭耦联地震反应分析

本文研究了单层偏心厂房的平动-扭转耦联地震反应.建立了考虑屋盖整体空间工作时的地震反应运动方程,并进行了分析,讨论.指出在包含有地震动转动分量作用时,地震动各运动分量独立作用的迭加原理和动力反应分析的振型分解法已不再适用.本文在不计地震转动分量的前提下,对单层偏心厂房的平扭耦联地震反应进行了大量的计算及对比分析,结论是:考虑屋盖变形后的计算结果能更好地解释地震破坏现象,并指出了不考虑屋盖变形的适用范围.     

有界多连通区域数值保角变换的GMRES(m)法北大核心CSCD

求解复杂多连通区域的保角变换函数是困难的.针对这一问题,该文将求解保角变换函数转化为利用模拟电荷法求解一对定义在问题区域上的共轭调和函数,再根据边界条件建立约束方程,并利用GMRES(m)(the generalized minimal residual method)算法求解约束方程,获得了模拟电荷,进而构造了高精度的近似保角变换函数,将有界多连通区域映射为三种无界正则狭缝域.数值实验验证了该文算法的有效性.     

高压气体淬火过程中的温度场与相变耦合问题的计算

高压气体淬火技术是一种现代的、有效的材料加工技术．在Cheng所得到的高压气体淬火过程中非线性表面换热系数的基础上,用有限单元法对钢淬火过程的温度场与相变耦合问题进行了模拟计算．在数值计算中,材料的热物性系数被处理为温度和相变体积百分比的函数．为避免数值解的震荡,采用了Norsette有理近似法．     

混合杂交罚函数有限元方法及其应用

对一般非协调有限元,目前采用最多的两种方法是罚函数法和混合、杂交法.前一种方法总能保证收敛,但精度差,条件数和稀疏性不好;后一种方法则要满足“秩条件”才能保证收敛,故单元的构造受到很大的限制.本文提出把这两种方法结合一起的有限元方法——混合杂交罚函数法.从理论上严格证明了(在非常一般的条件下)这种新方法总是收敛的,并且其精度、条件数以及稀疏性等皆与协调元相同,也就是说都是最优的. 最后应用这一方法具体构造了一个新的九自由度任意三角形弯板单元(每个顶点给三个自由度——一个位移和两个转角),其单元刚度矩阵计算公式与旧的九自由度三角形弯板单元的计算公式相差不多.但它对任意几何形状的平板都收敛于真解,如果真解u∈H3的话,它的三个弯矩具有一阶精度,位移及两个转角均具有二阶精度.     

解非线性方程的自动调节阻尼法

解非线性方程组的一般方法是将其线性化,形成各种形式的迭代程序进行数值近似计算.对于复杂强非线性问题,在迭代过程中往往不易收敛,甚至数值失稳而发散.不能满足工程要求.常规的牛顿法及改进的牛顿法均未彻底解决这一问题,因而使得复杂强非线性问题的数值模拟计算受到了限制.本文提出一种新的方法---自动调节阻尼法,是对带阻尼因子的牛顿法的进一步改进.引进阻尼因子向量,在迭代过程中,通过判断与调整,不断地自动调节阻尼因子向量,引用有效收敛系数与加速系数,改善对赋初值的要求,加速求解的迭代过程,保证了复杂强非线性方程求解的稳定性.采用这一新的方法,已成功地数值模拟了飞机中的一些复杂的传热问题,可进一步推广用于非线性流动、传热、结构动力响应等各种复杂强非线性的工程问题的数值模拟计算.     

基于曲率插值的大变形梁单元

线性梁单元的形函数在单元大转动时会引起虚假应变,不适用于几何非线性分析．传统的几何非线性梁单元由于位移插值和转角插值的相干性,常常引起剪切闭锁等问题．该文 提出了一种平面大变形梁单元,通过单元域内的曲率插值以及曲率与节点位移之间的函数关系,将单元节点力和节点位移表示为节点曲率的函数．由于曲率插值本质上是对梁的应变进行插值,保证了单元任意刚体运动不会产生虚假的节点力;且将梁的截面形心位移表示为曲率的函数,避免了传统单元中的剪切闭锁问题．因而所提方法特别适用于梁的几何非线性分析．数值算例说明了所提方法的正确性和有效性.     

基于LSQR法的外部数值保角逆变换计算法

本文提出了基于模拟电荷法的外部数值保角逆变换计算法.利用LSQR (Least Square QR-factorization)方法来求解基于模拟电荷法的外部数值保角逆变换中的约束方程,得到了电荷量和逆变换半径,进而构造了近似保角逆变换函数.数值实验证明本文提出的算法是有效的.     

一般杆系结构的非线性数值分析

本文在total-Lagrange坐标系下,对Kirchhoff梁给出了考虑几何非线性的两种梁单元刚度的显式表达式.一种是一般的非线性梁元,它既考虑了应变增量和位移增量间的二次项,又计及了刚体位移的影响,另一种是简化的非线性梁元,它只在线性梁的平衡方程中直接加入了轴力对弯曲的影响.非线性方程采用混合法求解,文中通过一些算例的数值计算,对两种单元作了比较详细的分析和评估.     

一种有限元-边界元耦合分域算法

提出了一种有限元-边界元耦合分域算法．该算法将所分析问题的区域分解成有限元和边界元子域,在满足两子域界面上位移和面力协调连续的条件下,通过迭代求解得到问题的解．在迭代求解过程中,引入动态松弛系数,使收敛得以加速．该方法在两子域界面上有限单元结点和边界单元结点的位置相互独立,无需协调一致,对诸如裂纹扩展过程的模拟具有独特的优势．用所提出的耦合算法分析算例,得到的结果与有限元法、边界元法和另一种耦合算法的数值计算结果一致,验证了这种算法的正确性和可行性．     

基于扭转-滑移耦合约束的梁桥抗倾覆滑移整体稳定分析

为了分析考虑支座失效的梁桥整体稳定问题，推导了七自由度曲梁单元刚度矩阵，并建立了部分支座脱空和滑移等情况下的边界约束方程，利用Newton-Raphson迭代法求解了含支座约束的有限元总方程，并提出了依据支座受力状态判断梁桥失稳模式的方法，编制了相应程序.以简支超静定曲梁为例，验证了所提出的七自由度曲梁单元的精度；进一步利用所提出方法分析了某匝道桥倒塌事故，通过对比传统杆系有限元方法，验证了所提出的方法能更精确地模拟各种支座失效情况下的梁桥平衡状态.     

离散算子差分法的单元函数

给出了弹性力学离散算子差分法的离散格式,并给出了该方法的几个板弯曲单元和平面四边形单元,通过对它们的考察,分析了离散算子差分方法中的离散格式对单元位移函数的反映能力。在离散算子差分方法中,无论单元位移函数是否协调,其位移函数均能在离散格式中得到十分好的再现,说明了离散算子差分方法的离散格式是一种性能很优良的离散格式。     

基于扩展多面体组合单元的非规则颗粒材料离散元方法北大核心CSCD

非规则颗粒材料广泛地存在于自然界和工业生产中,其复杂的几何形态对力学性质有显著的影响.为构建更接近真实颗粒形态的理论模型,以扩展多面体为基本单元,发展了扩展多面体组合单元.为验证扩展多面体组合单元的可靠性,分别对凸形三棱柱单元、凹形正倒锥体单元在平底漏斗中的卸料过程进行了离散元模拟,并与试验结果进行比较分析,得到其具有较好的一致性.在此基础上,对不同形态的组合单元进行堆积和卸料离散元模拟,研究了颗粒形状对堆积分数、卸料流量和休止角的影响.结果表明,颗粒形状越复杂,颗粒之间的互锁效应越显著,颗粒系统更加稳定.扩展多面体组合单元的有效应用,为离散元数值模拟描述任意形态颗粒材料提供了一种新的构建方法.     

用最优回归方法评价一种选择回归子集的新方法

本文试提出一种多元回归中选择变量子集的新方法——浮动法.对14个实例以及由 Monte Calro 模拟产生的450个 Wishart 样本,采用最优回归方法及浮动法进行计算.分析和比较了这两种方法所得的回归方程、计算精度及运算时间.实例和模拟样本的计算表明,浮动法是一种较好可供选用的方法.     

平面弹性裂纹分析的一种有效边界元方法

提出了一种简单而有效的平面弹性裂纹应力强度因子的边界元计算方法．该方法由Crouch与Starfield建立的常位移不连续单元和闫相桥最近提出的裂尖位移不连续单元构成A·D2在该边界元方法的实施过程中,左、右裂尖位移不连续单元分别置于裂纹的左、右裂尖处,而常位移不连续单元则分布于除了裂尖位移不连续单元占据的位置之外的整个裂纹面及其它边界．算例(如单向拉伸无限大板中心裂纹、单向拉伸无限大板中圆孔与裂纹的作用)说明平面弹性裂纹应力强度因子的边界元计算方法是非常有效的．此外,还对双轴载荷作用下有限大板中方孔分支裂纹进行了分析．这一数值结果说明平面弹性裂纹应力强度因子的边界元计算方法对有限体中复杂裂纹的有效性,可以揭示双轴载荷及裂纹体几何对应力强度因子的影响．     

旋转薄壳的大位移分析

本文对旋转薄壳的大位移分析提出了一种新方案.与Karman-Donned方程不同的是,其控制方程是基于Green应变张量的.文中采用了以子午向Hermitian插值和环向Spline插值相结合的有限单元法,而且利用载荷-位形空间Rⁿ⁺¹中的弧长增量法求解所得的离散非线性方程组.根据上述方案,我们编制了STAB程序并计算了一些算例,得到了一些新的结果.     

基于GMRES(m)法的双连通区域数值保角变换的计算法

本文研究了基于模拟电荷法的双连通区域的数值保角变换问题.利用限制Krylov子空间最大维数的算法–GMRES(m)算法,求解基于模拟电荷法的双连通区域数值保角变换中的约束方程,获得了模拟电荷和变换半径,构造了近似保角变换函数.数值实验表明了本文算法的有效性.     

对应不同类型变分原理的旋转薄壳轴对称单元

本文在一定范围内,统一考察基于不同变分原理建立的有限元模型中,泛函约束条件的不同对单元性态的影响.文中以旋转薄壳轴对称单元(简称TSR单元)为例,采用相同的曲边单元几何描述,推导了七种TSR杂交单元和二种TSR位移协调元,它们分别对应于三类杂交变分原理及最小势能原理.通过单刚列式分析和波纹壳等数值算例比较,分析了不同模型的性态异同和应用上的适应性与局限性;讨论了两类模型间的相互关系;指出了TSR杂交位移元的—个发散条件,并推荐了二种性态较理想的TSR单元.