极限下限分析的正交基无单元Galerkin法

基于极限分析的下限定理，建立了用正交基无单元Galerkin法进行理想弹塑性结构极 限分析的整套求解算法．下限分析所需的虚拟弹性应力场可由正交基无单元Galerkin法直接 得到，所需的自平衡应力场由一组带有待定系数的自平衡应力场基矢量的线性组合进行模 拟．这些自平衡应力场基矢量可由弹塑性增量分析中的平衡迭代得到．通过对自平衡应力场 子空间的不断修正，整个问题的求解将化为一系列非线性数学规划子问题，并通过复合形法 进行求解．算例表明该方法有效地克服了维数障碍问题，使计算效率得到了充分的提高，是 切实可行的．     

基于圆筒模型的热障涂层安定分析

热载荷作用下,由于热障涂层(thermal barrier coatings, TBCs) 各层材料的热不匹配以及材料参数的温度相关等因素,会使热障涂层界面区域存在复杂的应力应变场,影响系统安定性,并导致涂层开裂和剥落. 将热障涂层外凸和内凹微观界面结构简化为多层圆筒模型,借助经典机动安定定理,利用特雷斯卡(Tresca) 屈服准则和增量破坏准则处理对时间的积分问题,避免了常规安定性分析的数学规划问题,建立了热障涂层安定极限分析方法,将材料屈服强度随温度变化关系简化为双线性关系,利用补偿变换的方法简化求解过程,对典型热障涂层安定性进行了研究. 结果表明,利用基于圆筒的安定极限分析方法,能够方便求解安定极限,便于工程应用;热障涂层安定极限值明显高于弹性设计值,且界面外凸区域安定极限高于内凹区域极限值,结构首先在内凹处失效;圆筒模型基体曲率和涂层厚度越大,结构安定极限越高,分析结果与试验结果一致;所建立的热障涂层安定分析方法,对进一步研究考虑蠕变因素影响的热障涂层安定性具有重要意义.      

轴对称结构极限下限分析的自然单元法

作为一种基于自然邻近插值的新型无网格法,自然单元法克服了大多数无网格法难以施加本质边界条件的困难．将自然单元法与减缩基技术相结合,建立了一种轴对称结构极限下限分析的数值格式和求解算法．通过不断修正自平衡应力场,轴对称结构极限下限分析可转化为一系列的非线性数学规划子问题,并由复合形法求解．在每个非线性规划子问题中,自平衡应力场表示为一组带有待定系数的自平衡应力场基矢量的线性组合,并且这些自平衡应力场基矢量可由弹塑性增量分析的平衡迭代结果得到．算例结果表明,本文所提的轴对称结构极限下限分析方法行之有效．     

Lower bound limit analysis of three-dimensional elastoplastic structures by boundary element method

IntroductionThelimitanalysisofstructuresisoneofthemostpracticalandusefulbranchesinplasticity .Ithasimportantapplicationbackgroundforproblemssuchasthedeterminationofloadcarryingcapacityandplasticformingofmetal.Thepurposeofthelimitanalysisofstructuresistoprovidereliabletheoreticalbasesforengineeringdesignandsafetyassessment.Asasimplifiedmethodforelastoplasticproblems,limitanalysisneednotrequirethehistoryofloadandcancomputethelimitloadsdirectlyinsteadofelastoplasticincrementalcomputationwhichisus…     

超载下桩锚支护基坑安全系数的计算分析

假设桩锚支护下基坑土体塑性变形破坏机构以及满足边界条件的合理机 动场，而不是传统方法中那样将土体离散为许多相对运动的刚性块. 运用土塑性力学中 极限分析法的上限定理从能量功率角度探讨了超载下桩锚支护基坑竖直边坡安全系数的计算 方法. 并以一工程为例，用FLAC数值分析软件的模拟结果对该方法进行了验证.     

不排水双层粘性土地基极限承载力的数值分析

采用弹塑性有限元分析了条形基础作用下不排水条件的双层粘性土地基极限承载力性状。采用修正的地基承载力系数表征,并将不同的几何与土层参数条件下的数值解与上下限解和经典的经验解进行比较。表明弹塑性位移有限元法可以很好地求解地基的极限承载力问题,其求解得到的修正地基承载力系数与基于下限原理的有限元解很接近,而上限解高估了地基的极限荷载值,传统的经验解在某些条件下却偏小。     

结构可靠性仿真方法研究简

可靠性仿真是对复杂结构系统进行可靠性分析计算最为有效的方法,引起了研究者越来越广泛的关注. 综合目前结构可靠性仿真方法研究现状,介绍了蒙特卡罗（Monte-Carlo,MC）法、极限状态方程重构法、随机有限元法（stochastic finite element method,SFEM）进行结构可靠性仿真计算的特点及发展现状,归纳了固体火箭发动机（solid rocket motor,SRM）结构可靠性的特点及当前进行仿真的方法;并在此基础上分析了目前结构可靠性仿真方法及对SRM 结构可靠性进行仿真分析计算时存在的不足及需要进一步研究的内容.     

理想塑性结构极限与安定分析的数值方法

极限分析和安全分析的近代发展方向是寻找通用性强，计算效率高的数值方法。本文介绍将有限单元法和数学规划法相结合的、同时适用于极限分析和安全分析的统一数值方法，包括下限格式和上限格式。     

极限分析的弹性补偿法及其应用

有限元法与数学规划法相结合，应用极限上、下限定理，将极限分析归结为求解最优化问题，是目前被普遍应用的极限分析方法，但是该方法受到计算能力的限制，难以应用到实际工程问题中。鉴于此，本文介绍一种基于线弹性分析基础上的简单的求解复杂结构极限栽荷下限、上限的方法——弹性补偿法，同时结合三维有限元分析，求解内压下三通结构的极限载荷。通过与弹塑性分析结果比较发现，简单的弹性补偿法能够很好的评估复杂三雏结构的塑性承载能力。     

CONSTRUCTION OF MECHANISM MODES OF GEOMETRICALLY UNSTABLE SYSTEMS IN LARGE DEFORMATION

针对仅有一个自由度的几何可变体系,基于大变形机构模态的特性,提出常变、瞬变的判断方法,进而对常变体系提出大变形机构模态的二元体构建算法。该算法将问题简化为类似于一元二次方程的求解,无须求解非线性超越方程组,可给出完备的模态解答和完整的解答路径及其分叉点。本法具有原理直观、公式简洁、解答完备的优点,可作为结构力学几何构造分析教学的补充内容。     

Spinning rods, elliptical disks and solid ellipsoidal bodies: Elastic and plastic stresses and limit spins

The analysis of the stresses in one-, two- and three-dimensional spinning bodies is discussed in a systematic and comprehensive way. First elastic solutions are derived for rods, for elliptical-shaped flat disks and for ellipsoidal solid bodies spinning about their sideways axes. Then the spins for first plastic yield are found in each case using each of the Tresca and the von Mises yield conditions. Then upper and lower bounds on the maximum allowable limit spins where the body would globally fail assuming perfectly plastic behavior are derived. The elastic solutions at first yield always give a lower bound to that limit spin, but global failure generally does not occur until the spin is increased. A way to calculate an improved lower bound is illustrated. Upper bounds are found in a simple and new way. The method uses the fact that the volume-averaged stresses can be calculated directly from the loadings without the need for any actual stress solutions, and then it is proved that the use of those average stresses in the yield functions always gives an upper bound to the limit loads. That use of the statically determinate average stresses to obtain meaningful plastic upper bounds to limit loads is though to be a new method, and can be applied to any shape. Finally, several finite element calculations are used to determine the quantitative relations between the lower and upper bounds and the actual limit spins for ellipsoidal bodies.The results are of interest in the spin of planetary bodies, where they explain the nature of an average-stress approximate method, and in the analysis of spinning bodies in general. In addition, the approach gives a very interesting example of the utility of the limit analysis approaches of plasticity theories.     

光滑节点插值法:计算固有频率下界值的新方法

将光滑节点插值法用于悬臂梁的静力学,并首次用于旋转柔性梁的频率分析. 采用梯度光滑技术,用线性插值形函数描述梁的位移场,求解4 阶微分方程. 在静力学分析中,将该方法所得梁中各点位移与假设模态法、有限元法及解析解的结果对比,可知该方法虽用简单的线性插值形函数描述梁的位移场,但精度却很高. 进一步研究表明,采用模态高于9 阶的假设模态法会使刚度阵条件数变差,导致结果发散. 在频率分析中,与有限元法、假设模态法和解析解对比,表明该方法一个重要特性:能提供固有频率的下界值,而有限元法和假设模态法只能提供固有频率的上界值,说明该方法结合有限元法在处理无解析解的问题时可以从上下界最大程度的逼近真实解,提高精度. 光滑节点插值法具有形函数结构简单、独立变量少且能提供固有频率下界值的特性,因此,具有较高的推广及应用价值.      

PROGRESS IN MEASUREMENT TECHNOLOGY FOR DRILL STRING VIBRATION

随着深井、超深井数量的快速增加, 钻柱振动导致的钻具失效问题更加突出. 针对钻柱振动的研究可分为理论与数值模拟、测量分析两种方法. 由于钻柱振动具有复杂的非线性特征, 使得理论与数值模拟研究受到了很大限制, 因此井下振动测量技术的研究显得尤为重要. 本文比较全面和系统地介绍了国内外钻柱振动测量技术研究现状和进展情况, 并对几个应用较为成熟的国外测量系统的工作原理、分析方法及应用技术进行了详细的综述. 所得结论可为我国井下振动测量技术的发展提供重要参考.     

A WAVELET THRESHOLDING DENSITY-BASED ADAPTIVE IMPORTANCE SAMPING METHOD

提出了一种基于小波阈值密度估计的结构可靠性分析高效自适应重要抽样方法.该方法利用非线性小波收缩方法对结构失效域样本进行密度估计,并以此作为重要抽样密度进行可靠性分析.与传统基于核密度估计的重要抽样方法比,由于非线性小波阈值密度估计具有较好局部适应性和最优收敛速度,且克服了核密度估计中计算精度严重依赖于参数选择的缺陷,因此以较少的预抽样样本就能获得与传统方法相当的精度,有效提高计算效率.数值算例表明所提方法对工程中常遇到的多设计点及噪音功能函数可靠性问题具有良好适应性.     

Upper-bound limit analysis based on the natural element method

The natural element method (NEM) is a newly-developed numerical method based on Voronoi diagram and Delaunay triangulation of scattered points, which adopts natural neighbour interpolation to construct trial functions in the framework of Galerkin method. Owing to its distinctive advantages, the NEM is used widely in many problems of computational mechanics. Utilizing the NEM, this paper deals with numerical limit analysis of structures made up of perfectly rigid-plastic material. According to kinematic theorem of plastic limit analysis, a mathematical programming natural element formulation is established for determining the upper bound multiplier of plane problems, and a direct iteration algorithm is proposed accordingly to solve it. In this algorithm, the plastic incompressibility condition is handled by two different treatments, and the nonlinearity and nonsmoothness of the goal function are overcome by distinguishing the rigid zones from the plastic zones at each iteration. The procedure implementation of iterative process is quite simple and effective because each iteration is equivalent to solving an associated elastic problem. The obtained limit load multiplier is proved to monotonically converge to the upper bound of true solution. Several benchmark examples are investigated to validate the significant performance of the NEM in the application field of limit analysis.     

THE TRANSVERSE NONLINEAR FREE VIBRATION AND THE BUCKLING OF A COMPRESSIVE BAR ON AN ELASTIC FOUNDATION

基于Hamilton 原理,运用假设时间模态法,得到了弹性基础上压杆的横向非线性自由振动与屈曲的位移型常微分控制方程. 考虑一端固定另一端可移简支边界条件,采用打靶法得到了结构第一至第三阶结构频率与一阶屈曲载荷的数值结果. 结果表明：随轴心压力增加,结构频率减小;随弹性基础刚度增加,结构频率与屈曲载荷均增加;弹性基础刚度对结构频率的影响随振型阶数增加在减小;在小振幅的情形下,不同振型对一阶屈曲载荷的影响很小.     

基于自然单元法的极限上限分析

自然单元法是一种基于离散点集的Voronoi图和Delaunay三角化几何信息,以自然邻近插值为试函数的新型数值方法.相对于一般无网格法中常采用的移动最小二乘近似而言,自然邻近插值不涉及到复杂的矩阵求逆运算,更不需要任何人为的参数,可以提高计算效率.采用该方法构造的形函数满足Delta函数的性质,可以像有限元一样准确地施加边界条件,可以方便处理场函数及其导数的不连续性的问题.论文将自然单元法应用到极限上限分析中,编制了相应的计算程序,通过极限分析的几个经典算例进行了验证,同时采用类似于分片应力磨平的方式,编制相应的磨平程序,由计算点上的塑性耗散功外推得到了节点上的塑性耗散功的值,从而画出了极限状态下结构的塑性耗散功的分布云图.计算结果表明采用自然单元法求解极限上限分析具有稳定性好,精度高,收敛快等优点.     

非均布随机参数结构非线性响应的概率密度演化简

首先考察了概率密度演化理论中的点演化和群演化与概率空间剖分的关系. 继而,讨论了点集筛选的基本准则. 在此基础上推广了点集偏差的概念,对非均匀、非正态的一般多维分布,提出了广义F 偏差（GF 偏差）的概念,避免了偏差计算的NP 难解问题. 探索了GF 偏差与EF 偏差的关系. 以GF 偏差最小化为准则,建议了概率空间最优剖分与点集重整的新策略. 结果表明,上述方法能够处理包含多达数10 个随机变量的结构动力响应概率密度演化分析问题. 最后,指出了需要进一步研究的问题.     

LIMIT STATE DETERMINATION FOR A SUBWAY STATION STRUCTURE BY INCREMENTAL DYNAMIC ANALYSIS1)

-5 表征地下结构抗震性能的研究不多,而性能化设计方法需要确定结构物在地震作用下的极限状态. 本文根据地铁车站特点,从结构变形性能和止水性能两个方面定义了抗震性能的四个极限状态,并以结构最大层间位移角 作为特征指标. 以上海某多层地铁车站为背景,建立了土--结构二维有限元模型,采用增量动力分析法 研究该类结构的抗震极限状态,建立了增量动力分析法的地震动强度指标结构底部峰值加速度与结构性能指标最大层间位移角 的关系曲线,给出了该地铁车站结构4个极限状态的最大层间位移角界限值.     

Limit analysis of composite materials based on an ellipsoid yield criterion

Employing repeating unit cell (RUC) to represent the microstructure of periodic composite materials, this paper develops a numerical technique to calculate the plastic limit loads and failure modes of composites by means of homogenization technique and limit analysis in conjunction with the displacement-based finite element method. With the aid of homogenization theory, the classical kinematic limit theorem is generalized to incorporate the microstructure of composites. Using an associated flow rule, the plastic dissipation power for an ellipsoid yield criterion is expressed in terms of the kinematically admissible velocity. Based on nonlinear mathematical programming techniques, the finite element modelling of kinematic limit analysis is then developed as a nonlinear mathematical programming problem subject to only a small number of equality constraints. The objective function corresponds to the plastic dissipation power which is to be minimized and an upper bound to the limit load of a composite is then obtained. The nonlinear formulation has a very small number of constraints and requires much less computational effort than a linear formulation. An effective, direct iterative algorithm is proposed to solve the resulting nonlinear programming problem. The effectiveness and efficiency of the proposed method have been validated by several numerical examples. The proposed method can provide theoretical foundation and serve as a powerful numerical tool for the engineering design of composite materials.