空间结构内力影响面的有限元计算方法

本文以弹性体功的互等原理为基础,提出了用强迫变位法计算空间结构中板、梁内力影响面的基本原理。文中给出了空间杆单元杆端发生单位强迫变形时单元等效节点力的计算方法;在薄板计算中引入了强迫应变盒的概念,导出了应变盒在某力素方向上发生单位面积强迫应变时单元的等效节点力计算公式,还对影响面坐标加密等问题作了讨论,实现了空间结构内力影响面的有限元计算。     

数值模型内力影响面分析的机动法

本文提出并证明了普遍适用于以广义位移为独立变量的各种数值模型的内力影响面分析的机动算法原理。这一原理把内力影响面分析归结为求解在一个等价荷载作用下的结构位移场,并给出了得到等价荷载的方法。用本文方法得到的是结构某一点的内力的影响面,而且对数值模型来说,是精确解。作为本文原理的应用,用机动法分析了采用有限条模型的薄板的内力影响面,并给出了若干数值例子。     

用改进的混合方法分析微电子封装热应变场

介绍一种可用于微电子封装局部应变场分析的实验/计算混合方法,该方法结合了有限元的整体/局部模型和实时的激光云纹干涉技术,利用激光云纹干涉技术所测得的应变场来校核有限元整体模型的计算结果,并用整体模型的结果作为局部模型的边界条件,对实验难以确定的封装结构局部位置的应力、应变场进行分析.用这种方法对可控坍塌倒装封装结构在热载荷作用下焊球内的应变场分布进行了分析,结果表明该方法能够提供封装结构内应力-应变场分布的准确和可靠的结果,为微电子封装的可靠性分析提供重要的依据.     

实验—数值综合法确定受载复合材料板的变形场和损伤场

本文根据广义弹脆性损伤理论模型，用综合实验分析和数值计算的方法，确定受载复合材料板的形变场和损伤场。首先用云纹干涉法确定各受损单元的节点位移，再用有限元分析得到这些单元的真实应变和有效应变。由此计算受载各单元的损伤变量和有效弹性系数。最后，根据弹脆性材料的损伤本构关系确定受载复合材料板的真实应力场。     

空间杆系结构实用几何非线性分析

从简单实用的角度论述了空间杆系结构的几何非线性分析方法。文中分析了非线性有限元方法的求解过程,特别强调决定几何非线性收敛结果的关键问题,即由节点位移增量计算单元的内力增量。通过引入转随转坐标系,论述了平面和空间梁单元小应变时单元内力增量的计算问题。针对杆系结构的大应变问题,从有限应变理论出发进行分析,提出了对该问题的有效处理方法,并且用实例进行了验证。计算结果表明,该实用几何非线性分析方法是可靠和有效的。     

环形含内钝缺口试件在斜加载作用下弹塑性场的分布特征

运用有限元数值计算方法,对含内缺口的环形试件在受到与缺口对称面成不同角度的载荷作用下,缺口前端附近的弹塑性场分布特征进行了研究,得到了缺口前端应力和应变场以及塑性区的变化情况,此外,选取缺口弧度不同的模型,探讨了缺口顶端钝化程度对弹生场的影响,为了对计算结果的可靠性进行评价,运用高精度云纹干涉实验力学方法进行了验证性试验,试验得到的位移,应变分布情况与计算结果基本吻合。文中得到的结果为钝口试件的材     

黏弹性界面断裂分析的增量“加料”有限元法

提出了一种适用于黏弹性界面裂纹问题的增量“加料” 有限元方法. 利用弹性界面裂纹尖端位移场的解答,通过对应原理和拉普拉斯逆变换近似方法,得到了黏弹性界面裂纹的尖端位移场. 用该位移场构造了黏弹性界面裂纹“加料” 单元和过渡单元位移模式,推导了增量“加料” 有限元方程,求解有限元方程可获得应力强度因子和应变能释放率等断裂参量. 建立了典型黏弹性界面裂纹平面问题“加料” 有限元模型,计算结果表明,对于弹性/黏弹性界面裂纹和黏弹性/黏弹性界面裂纹,该方法都能得到相当精确地断裂参量,并能很好地反映蠕变和松弛特性,可推广应用于黏弹性界面断裂问题的计算分析.      

用于多种夹层板等效的有限元分析法

针对夹层板力学性能解析法难于计算复杂结构的夹层板且通用性差的问题,本文采用有限元分析法研究了夹层板性能的等效方法。对夹层板的代表体单元模型施加位移约束,模拟弯曲变形时线性独立的应变分量和弯曲内力;根据夹层板内力与应变的本构关系,求出刚度矩阵;最后由刚度矩阵得出宏观等效弹性常数,从而把夹层板等效成连续材料的单层板单元。将该方法与解析法计算结果进行比较得到的夹层板单元四个主要弹性常数误差在0.2%以内,验证了该方法的有效性;另外采用该方法等效三种典型结构夹层板,比较实际模型和等效模型的弯曲响应,得到的误差均在1.4%以内,表明该方法在不考虑复杂多变的夹芯结构时具有通用性。     

薄壁组合结构弹塑性屈曲分析的有限元混合解法

简略回顾了柱子和平板的弹塑性分支屈曲问题。由于薄壁组合结构内力分布的不均匀性和结构本身的复杂性,本文提出了一种计算薄壁组合结构弹塑性分支屈曲荷载的有限元混合解法。利用切线刚度增量法和修正的Newton-Raphson法计算屈曲前的弹塑性内力分布,然后和用Stowell形变理论和逆幂叠代法求弹塑性屈曲荷载。此算法已在微型计算机上实现。程序要求材料是应变强化的,并接受三种强化的应力-应变关系:(1)Ramberg-Osgood应力-应变关系,(2)双线性应力-应变关系,(3)以离散点数值输入的任意凸强化的应力-应变关系。 用本文的方法计算了梁、框架、矩形板和加筋板壳在各种边界条件和不同荷载工况下的弹塑性屈曲荷载。计算结果与解析解及有关作者的数值和实验结果很好符合。     

影响函数与有限元应力计算

用有限元法得到位移场后,总要计算应力场。通常的做法是对位移进行微商计算应变,再根据应力-应变关系计算应力。有限元位移计算的精度比较高,但通过用位移微商来计算应力,精度会大大降低。本文利用Hamilton对偶体系的已有成果,解析求解位移和应力的影响函数,利用有限元法计算得到的位移和节点力,通过功的互等定理,可以求得一点的应力值。因影响函数是分析解,而且计算应力时不必进行微商,应力精度大幅提高。数值结果表明该方法是可行的和有效的。由该方法编制成的计算程序,可作为有限元通用程序应力计算的一个模块,将较大地提高有限元应力计算的精度和稳定性。     

切口端部弹塑性应变场的测试与比较

研究含切口部件的应力集中现象具有一定的工程价值,本文采用基于电子散斑干涉(ESPI)技术的Q100系统测试板材切口端部的位移场和应变场,同时采用弹塑性有限元方法予以分析;应变场ESPI试验结果反映了切口端部的应变局域化现象,横向和轴向应变的ESPI测试结果和计算结果变化规律一致,但有限元计算的切口端部应变分量变化梯度更大.     

橡胶楔体与刚性缺口接触大变形分析

利用Ｋｕｏｗｌｅｓ与Ｓｔｅｒｎｂｅｒｇ提出的非线性弹性大变形应变能函数,对橡胶楔体与刚性缺口接触问题进行大变形渐近分析,推导了楔体尖端场的渐近方程,得到楔体尖端附近的应力应变场及应力的奇异性指数与橡胶楔体角度、刚性缺口角度及材料常数有关的表达式;楔尖附近同一半径上应力分量为常数,同时,利用非线性有限元理论编制了大变形有限元程序,考虑楔体尖端与缺口接触边界条件,计算得到了与分析解一致的结论,当缺口角     

平面应力弹塑性复合型断裂研究

本文对受拉伸载荷的含有不同倾角中心裂纹的铝合金薄板,用直接记录激光散斑法和云纹法测量了裂纹周围的变形场,并测得裂纹稳态扩展过程中载荷与裂纹扩展量的对应关系。同时采用弹塑性大变形的有限元方法进行了数值分析,得到裂纹周围的应力应变分布,计算结果与实验测量值符合良好,并进行了讨论。     

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。     

一种从离散模拟到连续介质弹性模拟的过渡方法

提出了一种从离散分子动力学模拟(MD)到连续介质弹性有限元计算分析(FEA)的过渡方法, 简称MD-FEA方法. 首先通过MD计算获得晶体材料原子的移动位置, 然后根据晶体结构的周期性特征构造连续介质假设下的有限单元变形模型, 进一步结合材料的力学行为本构关系获得应变和应力场. 为了检验MD-FEA方法的有效性, 将该方法应用于详细分析Al-Ni软硬组合两相材料纳米柱体的拉伸变形问题和基底材料为Al球形压头材料为金刚石的纳米压痕问题. 采用MD-FEA方法获得了上述两种问题的应力?应变场, 并将计算结果分别与传统MD方法中通过变形梯度计算的原子应变以及原子的位力应力进行了比较, 详细讨论了用MD-FEA方法计算的应力?应变场与传统MD原子应变和位力应力的区别, 并对MD-FEA方法的有效性及其相较于传统MD方法所具有的优势进行了探讨. 结论显示, MD-FEA方法与传统MD方法在应力?应变变化平缓的区域得到的结果接近, 但在变化剧烈的区域以及材料的表/界面区域, MD-FEA方法能够得到更加精确的结果. 同时, MD-FEA方法避免了传统MD方法中, 需要人为选取截断半径以及加权函数所导致的误差. 另外, 当应变较大时, MD-FEA方法计算的小应变与传统MD方法计算的格林应变存在一定差异, 因此, MD-FEA方法更适合应变较小的情形.      

裂纹尖端弹塑性变形的实验测量与有限元计算

用显微网格数字图像处理方法，测量了Ｆｅ－Ｓｉ材料平面应力条件下Ⅰ型单边裂纹尖端附近的应变场，并且用弹塑性有限元程序进行了数值模拟。对实测结果和有限元计算模拟结果进行了对比分析。结果表明：逐级更新拉格朗日坐标体系下的弹塑性有限元计算在裂纹尖端不出现严重钝化和损伤的条件下，可以正确反映裂尖区域的弹塑性变形。在裂纹接近临界扩展时，有限元计算与实测结果之间有较大差别，其原因有待进一步研究。     

韧性金属裂纹尖端损伤区内应变场测量——数字散斑相关法应用

本文用数字散斑相关方法测量了五种不同幂硬化指数韧性金属材料(铝和铜),双边裂纹尖端细观区域内应变场.对所得结果用韧性损伤模型进行了分析.在此法中以金属自然表面结构为散斑场,不同加载状态的散斑场进行比较,得到相对变形与应变.图象之间相关性 C 是变形参数或是位移及其导数的泛函.使其相关性 C 取最大值的试凑变形即为其真实变形场.这一方法在细观测量中应用得到满意的结果.     

集中力拉伸楔体大变形理论分析及数值计算

对任意向集中力拉伸用下的橡胶类材料楔体尖端应力应变场进行了渐近分析,并利用有限元与无限元耦合作了数值计算,结果表明大应变情况下,楔体尖端场处于单向拉伸状态,应力主奇异项为ｒ＾－λ,ｒ为变形后至顶点距离,λ依赖于材料本构常数,数值计算与理论解吻合很好。     

泡沫杆撞击刚性壁的动态压溃模型

针对泡沫杆撞击刚性壁的情形建立了2类动态压溃模型:一维冲击波模型和三维细观有限元模 型。以连续介质框架下的应力波理论为基础,并假定了刚性-非线性塑性硬化的加载和刚性卸载的本构关系, 建立了一维冲击波模型,给出了冲击波波后应变与冲击时间的隐式表达式。利用随机Voronoi技术构建了闭 孔泡沫金属结构的三维细观有限元模型,使用ABAQUS/Explicit有限元软件模拟了泡沫材料的动态压溃过 程,并基于最小二乘法计算局部变形梯度和局部应变得到了三维泡沫结构的应变场。通过理论解和数值解的 比较,发现该理论模型能够较好地预测泡沫金属杆撞击刚性壁的力学行为,得到了较为精确的结果。     

利用全场灰度处理云纹数字图象的新方法

本文介绍并提出了一系列利用全场灰度进行云纹数字图象处理的新方法.由于充分利用了全场每个象素点的灰度信息,所以用这些方法可以得到传统方法难以得到的多种结果,例如条纹倍增、各种应变场图象的建立、应变等值线的提取等等。这些方法大大扩大了云纹法测量的使用范围。