基于局部插值的结构动力模型降阶方法

提出了一种基于局部插值对大型结构有限元模型的特征值问题进行降阶的方法. 该方法通过局部插值将复杂结构的有限元模型中节点的位移用凝聚点的位移插值来表示, 从而得到用插值函数表示的简化基向量, 实现对结构广义特征值问题的降阶. 为了提高降阶模型的精度, 采用非协调元的插值函数作为局部插值函数来弱化凝聚后的结构刚度, 并且在有限元模型上进行逆迭代, 对得到的降阶后的广义特征值问题的特征值和特征向量进行改善. 为了提高模型降阶的效率, 采用规整网格包围整个结构生成均匀的凝聚点, 高效地确定了有限元模型中节点所依附的凝聚点. 最后, 对 3 个机床部件的模态分析验证了提出的简化方法的高效性和可行性.      

结构动力学有限元模型修正的目标函数及算法

结构动力学有限元模型修正是结构动力学领域的一个热点问题,回顾了结构动力学有限元模型修正研究的发展历史和现状,简要评述了结构动力学有限元模型修正所使用的设计变量,着重阐述了各种结构动力学有限元模型修正方法中所使用的目标函数及修正算法,讨论了工程结构动力学有限元模型修正的一些策略,最后对结构动力学有限元模型修正技术的发展进行了总结和展望.     

基于静力响应面的结构有限元模型修正方法

提出了基于静力响应面的结构有限元模型修正方法.运用响应面方法,将结构静力响应和结构参数之间复杂的隐式关系用显式函数近似表达出来;在此响应面模型(函数)基础上,通过优化计算对结构有限元模型参数进行修正.阐述了基于静力响应面的结构有限元模型修正方法的基本理论和一般实现过程.对两跨连续梁结构的静力模型修正数值算例分析结果表明:基于静力响应面的有限元模型修正方法可以减少结构有限元计算的次数、提高模型修正的优化效率,结构有限元模型修正结果具有可接受的精度.     

一种新的有限元模型移频动力缩聚法

将矩阵幂迭代法与移频技术相结合,建立了一种新的结构动力缩聚方法.该方法首先应用矩阵幂迭代法对结构的初始有限元模型进行一次缩聚,计算初始缩聚模型的特征值,然后通过判断低阶特征值的收敛情况确定移频位置,选择合适的移频值,建立移频后的广义特征方程;再根据矩阵幂迭代法迭代计算新的广义特征方程的动力缩聚矩阵,经迭代收敛后得到精确...     

动力模型总体修正的近似解析解

本文针对土木工程中理论计算的要求和特点，基于逆特征值理论给出了一种适合有限元动力模型总体修正的广义逆特征值方法，该方法在给出修正解的表达式基础上，要求修正解满足动力模型的力学特征，且仅需要少量试验数据，是一种简单、实用的有限元模型修正方法．     

广义黏弹组合模型的等效性及其基本性质

对广义黏弹组合模型的等效性及其基本性质进行了研究,结果表明:广义Maxwell模型由于并联结构,其蠕变柔量很难得到. 但提出了求解广义Maxwell模型蠕变柔量的方法,给出了其具体表达式,且在此基础上证明了广义Maxwell模型与Kelvin链的等效性,建立了这两个模型物理参数间的转换关系式. 证明了广义黏弹组合模型的一个基本性质:当将模型的松弛时间谱和延迟时间谱由大到小顺序排列时,松弛时间与延迟时间互不相等,且相互交织,两相邻松弛时间中间有且仅有一个延迟时间,同时,两相邻延迟时间中间有且仅有一个松弛时间;当两者同阶相比时,延迟时间总是大于松弛时间. 这一基本性质明确了使用广义黏弹组合模型来描述现实中某种特定材料的黏弹性行为时,该材料必须具备的基本条件,因此,它可作为这类流变模型在工程应用中的一个实用判据. Wiechert模型和广义中村模型、广义Jeffreys模型和广义N-K模型、Maxwell链和广义Kelvin模型之间的等效性可作为特例.最后,实例验证了所提出的求解广义黏弹组合模型蠕变柔量方法及其基本性质.      

广黏弹组合模型的等效性及其基本性质

对广义黏弹组合模型的等效性及其基本性质进行了研究,结果表明：广义Maxwell 模型由于并联结构,其蠕变柔量很难得到. 但提出了求解广义Maxwell模型蠕变柔量的 方法,给出了其具体表达式,且在此基础上证明了广义Maxwell模型与Kelvin链的等效性, 建立了这两个模型物理参数间的转换关系式. 证明了广义黏弹组合模型的一个基本性质：当 将模型的松弛时间谱和延迟时间谱由大到小顺序排列时,松弛时间与延迟时间互不相等,且 相互交织,两相邻松弛时间中间有且仅有一个延迟时间,同时,两相邻延迟时间中间有且仅有一个松 弛时间;当两者同阶相比时,延迟时间总是大于松弛时间. 这一基本性质明确了使用广义黏 弹组合模型来描述现实中某种特定材料的黏弹性行为时,该材料必须具备的基本条件,因此, 它可作为这类流变模型在工程应用中的一个实用判据. Wiechert模型和广义中村模型、广义 Jeffreys模型和广义N-K模型、Maxwell链和广义Kelvin模型之间的等效性可作为特例. 最后,实例验证了所提出的求解广义黏弹组合模型蠕变柔量方法及其基本性质.     

土体动力"广义阻尼比退化系数"本构模型

针对土动力试验中土体反向卸载(或加载)曲线形状有时表现为先变化平缓后变化剧烈这一特征,基于原来的"阻尼比退化系数"本构模型和土体实验结果G/Gmax-γ和λ-γ曲线,给出了不规则荷载作用下曲线形状可调的"广义阻尼比退化系数"本构模型,并阐述了第二种"阻尼比退化系数"模型、"广义阻尼比退化系数"模型的函数表达武及实现过程.通过对试验阻尼比的模拟表明,所建立的加卸载准则尤其能准确拟合试验阻尼值,是对广义Masing准则的一种简化及实用化.由于调制因子Ad的可变性,它较原模型有更强地模拟试验本构曲线形状的能力.针对台湾LotungDHB钻井台阵试验场地,"阻尼比退化系数"模型和"广义阻尼比退化系数"模型分别进行了非线性地震反应分析,并将结果与强震观测记录进行比较,结果表明:"广义阻尼比退化系数"模型计算的复合加速度地震动的蜂值大小、波形大小相对关系及后续波形,与实际地震记录较相一致,说明了模型的合理性以及实际工程应用的可行性.     

不同应力分量下广义开尔文模型粘性系数探讨

对不同应力分量下的广义开尔文模型应力应变关系进行了研究,推导了在不同应力分量下的广义开尔文模型的粘性应变增量计算式;通过对这些粘性应变增量计算式的比较分析,得到结论:对于线性粘弹性模型,当应力张量引起粘性变形的规律与应力偏量和球应力分别引起粘性变形的规律相同时,它们的系数满足关系式Ek/ηk=Gsk/ηsk=Kmk/ηmk;否则,这个关系式不成立.现有文献采用应力张量表示的粘性变形有限元计算式隐含假定了球应力与应力偏量产生的粘性变形规律相同.对于复杂的工程材料而言,这种假定并不总是合适的.这在工程问题粘性分析时值得注意.     

节理岩体能量损伤本构模型与工程应用

本文根据Betti能量互易定理,节理岩体能量损伤演化方程,广义正交法则和塑性损伤一致性条件建立了节理岩体的能量损伤本构模型,并将该模型编制成三维非线性有限元计算程序应用于溪洛渡地下厂房洞室群施工开挖稳定性分析,获得了较为满意的计算结果。     

利用三维随机模型分析沥青混合料的蠕变行为

将沥青混合料看作由粗骨料和沥青砂组成的两相复合材料,根据给定的级配生成凸多面体骨料,然后利用随机投放算法建立沥青混合料试样的三维随机模型.采用广义Maxwell模型刻画沥青砂的本构行为,其参数通过单轴蠕变实验获得.在对三维随机模型的有效性进行验证之后,采用参数化建模方法建立包含不同骨料分布、含量和级配的沥青混合料有限元...     

有限元实现含应变非强化区的双面循环塑性模型

在有限单元方法的框架下,由广义径向返回法来实现含有应变非强化区的循双面环塑性本构模型.在小变形的假设下,本文详细描述了有限元方法实现率无关的双面循环塑性本构模型的完整算法.采用向后Euler隐式算法进行离散积分,其最终可化简为一个非线性方程,并且由Peg-asus方法来求解.对径向返回法进行线性化,可以得到切向刚度算子.最后,文中通过两个算例表征了离散积分的精确性和材料模型的正确性.     

非线性有限元分析的非协调模式及存在的问题

利用非协调模式提高非线性有限元分析广泛采用的低阶单元的精度和性能,是国际计算力学界研究的热点和难点.阐述了国际上在非线性有限元分析中已广泛采用的增广假设应变法方法(the enhanced assumed strain, EAS)的基本原理,详细讨论了非协调模式用于非线性有限元分析保证收敛、稳定的条件及增广假设应变场插值函数的构造方法.介绍了国内学者关于几何非线性非协调模式的研究方法和研究成果: (1)从Hellinger-Reissner广义变分原理出发,提出了几何非线性非协调模式的收敛条件,并采用非线性计算的若干简化措施建立几何非线性非协调元的简化模型;(2)一类放松单元间协调要求的非线性广义变分原理,对几何非线性问题可以选择事先无协调约束的非协调函数建立非协调元,收敛性可以保证,并根据此非线性广义变分原理可建立C$^1$或C$^0$类几何非线性广义杂交元,C$^1$或C$^0$类精化杂交元和精化直接刚度法.指出了EAS方法用于非线性有限元分析存在的问题,即本构关系和求解方法的限制,并对非协调元应用于非线性有限元分析提出了展望.      

基于微态方法的耦合韧性损伤的弹塑性本构模型

基于广义连续介质力学提出了一个热力学一致性的耦合微态韧性损伤的弹塑性本构模型。该模型遵循Forest的微态方法,在有限变形中提出引入额外的微态损伤因子及其一阶梯度以考虑材料的内部特征尺度。通过广义虚功原理得到了微态损伤的补充控制方程,对亥姆霍兹自由能进行扩展,得到了新的包含微态损伤变量的损伤能量释放率,在微态损伤的正则化作用下,采用隐式迭代更新局部损伤和应力等状态变量。基于Galerkin加权余量法,推导了以传统位移和微态损伤为基本未知量的有限元列式。利用该数值模型,对DP1000材料的单向拉伸实验和十字形零件的冲压实验进行了应变局部化与材料断裂的有限元分析。结果表明,该微态弹塑性损伤模型可以得到一致的有限元模拟响应曲线并收敛到实验曲线,从而避免发生网格依赖性问题。     

基于微态方法的耦合韧性损伤的弹塑性本构模型

基于广义连续介质力学提出了一个热力学一致性的耦合微态韧性损伤的弹塑性本构模型。该模型遵循Forest的微态方法,在有限变形中提出引入额外的微态损伤因子及其一阶梯度以考虑材料的内部特征尺度。通过广义虚功原理得到了微态损伤的补充控制方程,对亥姆霍兹自由能进行扩展,得到了新的包含微态损伤变量的损伤能量释放率,在微态损伤的正则化作用下,采用隐式迭代更新局部损伤和应力等状态变量。基于Galerkin加权余量法,推导了以传统位移和微态损伤为基本未知量的有限元列式。利用该数值模型,对DP1000材料的单向拉伸实验和十字形零件的冲压实验进行了应变局部化与材料断裂的有限元分析。结果表明,该微态弹塑性损伤模型可以得到一致的有限元模拟响应曲线并收敛到实验曲线,从而避免发生网格依赖性问题。     

广义杂交元

在有限元分析中,变分原理已成为建立各种有限元模型的依据,本文从放松连续性条件的胡海昌一鹫津广义变分原理出发建立了一类广义杂交元。现有的应力杂交模型,位移杂交模型,广义杂交应力模型,都可以看成是广义杂交模型的特殊形式。 本文还讨论了其他可能类型的新的杂交模型,以及这些单元的场变量选择原则,收敛要求及秩的条件。 除了对各类杂交元进行统一的理论分析外,还对各单元列式做了比较,指明其便于实际应用的形式。     

非局部模型与变形局部化数值模拟

基于非线性身体场论,建立了材料非局部连续模型、变分方程及相应的实时拖带系大变形有限元数值模型,设计了这一模型的数值卷积算法,由于广义函数弱收敛定理和卷积理论,证明所提出的非局部连续模型具备收敛性和稳定性。并阐明了材料特征尺度数学物理意义,统计加权函数的选择原则,数值结果表明非局部模型描述变形局部化问题是适当的。     

任意轴对称弹性体吸附接触的广义Maugis模型

通过线性叠加Sneddon方法和Lowengrub-Sneddon方法分别给出的解, 得到了一个弹性半空间 轴对称混合边值问题的一般解，进而研究了两个一般轴对称弹性体的正向无摩擦吸附接触问 题. 考虑任意有效的表面形状(要求中心部分首先进入接触)和任意的表面吸附作用，推广 得到了广义Maugis模型. 该模型是一个半解析的模型，它可以分解成表面形状和表面吸附 作用的分别独立影响的两部分，以及一个关联变形和吸附作用的式子. 利用Dugdale模型近 似表面吸附作用，得到了具有任意有效的表面形状的广义M-D模型. 它在强吸附或软材料条 件下的极限形式是广义JKR模型，而在弱吸附或硬材料下的另一个极限形式是广义DMT模型.     

考虑不确定性因素的有限元屈曲模型验证

研究了考虑不确定性因素的有限元屈曲模型验证和确认方法,提出了不确定参数选择的相关性和敏度分析方法以及基于面积度量的模型评估方法.针对化铣整体壁板,开展了有限元屈曲模型验证研究,首先利用8件试验件,获得了壁板屈曲载荷的试验值,然后依据试验加载情况,建立了考虑试验台的壁板有限元模型,最后利用面积度量方法对有限元模型进行了验证和确认.本文的模型验证和确认方法可为其他工程结构开展类似的工作提供借鉴.     

有限元模型修正研究进展:从线性到非线性

有限元分析在实际工程中得到了广泛应用.然而有限元模型由于受到网格划分、边界条件和材料物理参数不确定性等的影响,与真实结构有差异.因此须通过试验数据加以修正,使其尽可能接近实际结构,以保证之后的结构动力模拟分析和监测等具有实际意义.经过多年发展,有限元模型修正技术已经能够成功应用于一些实际工程,但现代工程技术的进步对有限元模型修正提出了更高要求,修正后的有限元模型不仅要有较高的精确度,还需要为后续应用给出具有指导意义的置信度.而现有的有限元模型修正、确认方法多基于结构线性的假设,而未能考虑实际结构中广泛存在的非线性.因此本文以土木工程结构模型修正的一些研究成果为例,通过对传统有限元模型修正的发展历程进行全面回顾;总结评述传统有限元修正技术的主要方法,以及包括有限元模型确认在内的最新研究进展;重点探讨有限元模型修正技术向非线性发展的技术路线和目前主要研究成果,展望其未来发展方向,并提出值得研究的问题.