流体力学变分原理及有限元法研究的进展

本文对流体力学变分原理的发展,特别是近二十来年连同育限元的发展与现状,作一简要的综合评述,并展望今后的发展方向,提供若干参考意见。     

粘性流体力学的变分原理及其广义变分原理

本文通过引入Laplace变换,应用变积运算方法,建立了不可压缩粘性流体力学的变分原理及其广义变分原理.     

Gurtin变分原理及其应用的时间有限元法

动力学Ｇｕｒｔｉｎ变分原理完整地表征了动力学的全部特征。由于在Ｇｕｒｔｉｎ变分原理的泛函中含有双重卷积，给时间域的离散带来很大困难。本文通过在Ｌａｐｌａｃｅ空间构造泛函，获得了几个具有单重卷积的Ｇｕｒｔｉｎ原理。由于卷积降阶，所给出的泛函更加便于应用。本文还通过在时间域采用适当的插值多项式逼近广义节点坐标，进一步讨论了时间有限元法实施的基本原理和步骤。     

耦合热弹性问题的分区变分原理及其广义变分原理

本文在文献[1]和[2]的基础上建立并论证了耦合热弹性问题的分区变分原理及其分区广义变分原理     

等价变分原理泛函之间的联系

本文证明了等价变分原理的泛函,实质上都只相差某种加权残差项,这也就表明了,在已知的泛函后附加加权残差项,是建立等价变分原理最简便的方法.     

非饱和多孔介质有限元分析的基本控制方程与变分原理

本文在对问题研究现状进行阐述的基础上较系统地给出了骨架可变形非饱和多孔介质的全耦合分析模型,模型中考虑了孔隙气体、水(油)流动对介质力学性能的影响,多孔介质的饱和度、渗透系数与毛吸压力的关系.由实验给出,所导出的控制方程以固体骨架的位移与孔隙流体压力为基本未知量.由于问题的非自共轭特征,文中构造了非饱和介质动力问题的参数变分形式,并在此基础上给出有限元离散方程.     

基于位移型Gurtin变分原理计算动力响应的逐步积分法

本文利用位移型Ｇｕｒｔｉｎ变分原理,在时间域上采用三次Ｈｅｒｍｉｔｅ插值函数进行离散,给出了一种计算结构动力响应的逐步积分方法。通过稳定性分析研究了该方法的稳定区情况表明,当１．６４≤θ≤２．０８时,该方法的数值计算精度很高,但是条件稳定积分格式。当θ≥４．１时,该方法是无条件稳定的积分格式,精度较高。     

粘性流体动力学有限元变分原理

本文把建立有限元变分原理的一种新方法“N>2直接方法”从固体力学推广到流体力学,并用该方法把粘性流体动力学的广义功率消耗原理和广义变分原理发展成为有限元变分原理。还在论证中发现,相邻有限元交界面上的应力协调条件会自然地满足而无需引进任何拉民乘子。本文还建立了混合杂交非协调元的变分原理和广义变分原理,它解除了全部协调性约束条件和其它的边界性约束条件,但是并不增加待定的拉氏乘子,因此使有限元计算得到简化。本文结果可以作为粘性流体动力学有限元计算的基础定理。     

液固对流相变问题的焓式有限元法

本文基于焓的对流扩散方程,提出一种求解具有糊状区液固相变对流传热问题的有限元方法,避免了通常采用温度对流扩散方程进行数值求解所带来的许多困难,对问题的解决更加自然、简便。算例表明,本文提出的方法是有效且可行的。     

HYBRID FEM WITH FUNDAMENTAL SOLUTIONS AS TRIAL FUNCTIONS FOR HEAT CONDUCTION SIMULATION

A new type of hybrid finite element formulation with fundamental solutions as internal interpolation functions, named as HFS-FEM, is presented in this paper and used for solving two dimensional heat conduction problems in single and multi-layer materials. In the proposed approach, a new variational functional is firstly constructed for the proposed HFS-FE model and the related existence of extremum is presented. Then, the assumed internal potential field constructed by the linear combination of fundamental solutions at points outside the elemental domain under consideration is used as the internal interpolation function, which analytically satisfies the governing equation within each element. As a result, the domain integrals in the variational functional formulation can be converted into the boundary integrals which can significantly simplify the calculation of the element stiffness matrix. The independent frame field is also introduced to guarantee the inter-element continuity and the stationary condition of the new variational functional is used to obtain the final stiffness equations. The proposed method inherits the advantages of the hybrid Trefftz finite element method （HT-FEM） over the conventional finite element method （FEM） and boundary element method （BEM）, and avoids the difficulty in selecting appropriate terms of T-complete functions used in HT-FEM, as the fundamental solutions contain usually one term only, rather than a series containing infinitely many terms. Further, the fundamental solutions of a problem are, in general, easier to derive than the T-complete functions of that problem. Finally, several examples are presented to assess the performance of the proposed method, and the obtained numerical results show good numerical accuracy and remarkable insensitivity to mesh distortion.     

橡胶类材料大变形本构关系及其有限元方法

讨论大变形拟不可压缩模胶类材料的本构关系及有限元分析方法，采用乘法分解，将变形梯度表示成等容和体积变形两部分，在此基础上，推导了克希荷夫应力和格林应力表示的Ｙｅｏｈ形式应变能模胶类材料的本构关系及数值处理方法，为处理不可压缩问题，采用三场变分原理，其中静水压力，体积膨胀，以及位移均作为独立变量进行处理，并指出该变分原理同胡－鹫津广义变分原理的联系，变形采用相容等参插值，压力及体积膨胀采用低阶插值，     

GURTIN-TYPE REGION-WISE VARIATIONAL PRINCIPLES FOR THERMOPIEZOELECTRIC ELASTODYNAMICS

IntroductionThemethodofconvolution[1- 3]canbeusedinthestudyofpiezoelectricmaterial.Piezoelectricmaterialisoneoftheimportantsmartmaterials,usedinnovelsmartstructure .ThedynamictheoryforthermopiezoelectricelastomediawassearchedbyNowacki[4 ,5 ],Chandrasekharaiah[6 ]andIesan[7].However,region_wisevariationalprinciplesinlinearthermopiezoelectricelastodynamicshavebeennotestablishedsystematically .AlthoughLuoenandKuangJun_shang[8]havedevelopedsimplifiedGurtin_typevariationalprinciplesinlinearther…     

弹性力学广义混合变分原理及有限元广义混合法

近些年弹性力学中出现一种新型的变分原理,称为广义混合变分原理.特点是其泛函中包含某些可以任意选择的附加函数,称为分裂因子.新原理将弹性理论中现有的各主要变分原理都统一在一个框架中,并揭示出它们之间更深一层的相互关系.在应用方面,它提供了一个新的数学手段以建立有限元分析中的新模式.这些新模式已经显示出它们的优点:适当调节分裂因子,它们给出更好的数值解答,特别是,可用它们来处理有限元方法中棘手的病态问题.本文综述了线性及非线性弹性理论中的这种新型变分原理并就其在有限元中的应用作了讨论.     

子空间变分原理的修正及其应用于确定梁的剪切系数

首先简化了空间变分原理的数学结构，据此表明子空间变分原理存在一定的奇异性，并提出消除奇异性的修正子空间变分原理。作为应用，计算了单材料多种截面的剪切系数并与Ｃｏｗｐｅｒ解做了比较，结果表明修正后的子空间变分原理是正确的。我们还进一步计算了一个夹层梁在Ｃｏｗｐｅｒ意义下的剪切系数，说明了子空间变分原理复杂截面的能力。     

弹性与弹塑性问题的有限元与边界元耦合解法

本文提出了一种新的弹性与弹塑性问题的对称耦合解法。根据分区广义变分原理,直接导出问题的求解方程式。通过典型算例,验证了该方法的有效性,本文建议的方法与超单元形式的耦合法相比,在理论上比较直接,在计算上更为经济。