周期结构区域中压电问题的双尺度有限元方法

近年来纤维压电复合材料的力电性能预测已发展为一个重要的研究领域．对力电耦合周期结构的复合材料问题,通过引入匹配的边界层得到了电势与位移解的新型双尺度有限元计算方法,建立了电势与位移的双尺度耦合关系,分析了双尺度有限元解的误差.数值算例验证了方法的有效性．     

模糊运算和模糊有限元静力控制方程的求解

根据模糊数的区间形式表达和区间运算的性质,给出了模糊数和模糊变量的运算规则.据此并依据区间有限元理论,提出了结构模糊有限元静力控制方程的几种求解方法.方法可根据输入模糊数的隶属函数,给出结构响应量的可能性分布.且计算量小,易于实施.算例分析说明了方法是实用和可行的.     

复杂结构粘弹性问题的大规模并行计算研究

在一些重大装备中存在一类重要部组件,即由周围刚性构件和中间垫层构件组合而成的多层回转预紧垫层结构,因垫层材料往往选择橡胶、硅泡沫等高分子材料,计算其在役受力响应时,涉及预紧、粘弹性非线性、结构尺度差异大的几何细节描述等复杂问题,目前还缺乏对涉及该问题进行高保真和高效率数值计算的方法研究。依托自主开发的有限元并行计算框架PANDA,设计实现了一种粘弹性非线性有限元并行算法和程序,在曙光5000A并行系统上通过算例验证了程序计算结果的正确性,探讨了预条件子对程序并行效率的影响。显示程序具有较好的并行计算能力,为复杂工程结构中的大规模粘弹性非线性有限元并行分析提供了有效的工具。     

飞机设备舱门开启空腔流动效应下舵面振动响应分析方法研究

飞机设备舱门打开时会出现明显的空腔流动现象,附近流场发生剧烈振荡,可使舱体附近的舵面表面气动载荷出现强烈脉动,激发舵面结构模态产生剧烈振动。利用ANSYS CFX平台,通过二次开发程序实现了对上述现象进行CFD/CSD耦合计算分析,并研究了在不同来流条件下舵面结构响应的变化规律。     

基于多项式混沌展开的结构动力特性高阶统计矩计算

结构参数的不确定性会导致其动力特性的不确定性,量化动力特性的不确定性能为结构动力设计分析提供准确的动力信息.统计矩是表征结构动力特性不确定性非常重要的统计量,比如均值和方差.传统的Monte-Carlo(蒙特-卡洛)模拟方法需要大量次数的模型运算来保证结果的收敛,其用于复杂结构的动力特性统计矩计算因耗时太高而使用受限.该文采用多项式混沌展开替代模型来取代计算花费高的有限元模型,然后在替代模型框架下快速有效地计算结构动力特性的统计矩.该方法在建立替代模型之初只需要少量次数有限元分析,后续的统计矩计算无需有限元模型,因此从根本上解决了动力特性统计矩计算花费高的难题.该文的多项式混沌展开方法适用于参数服从任意概率分布,能够有效地计算高阶统计矩,为量化结构动力特性不确定性提供更多统计矩信息.最后通过平铝板算例验证了此方法的有效性.     

非结构网格下2D Riesz分数阶方程的Galerkin有限元方法

讨论了2D Riesz分数阶扩散方程的Galerkin有限元方法.基于非结构网格,采用Lagrange线性分片多项式作为基函数,详细描述了分数阶扩散方程的有限元实现.与现有方法相比,该方法有效地降低了计算成本,提高了刚度矩阵的精度.最后,数值算例验证了所提方法的有效性.     

Elastic Analysis of Anisotropic Functionally Graded Rotating Disks With Non-Uniform Thicknesses北大核心CSCD

研究了任意梯度变化的变厚度各向异性转动圆盘的弹性问题.假设圆盘绕刚性轴匀速转动,其材料性能和厚度沿径向任意梯度变化.考虑圆盘在中心转轴处受位移约束,外侧自由,根据各向异性转动圆盘的平衡微分方程,得到关于径向应力的Fredholm积分方程,继而通过对Fredholm积分方程进行数值求解,得到结构的位移场和应力场.对具体梯度变化情况仅需代入相应梯度变化进行求解即可.数值算例部分,通过假设厚度、弹性模量等参数为特殊的幂函数形式,将由Fredholm积分方程求出的数值解与对应的精确解进行对比,以及针对常见的Voigt模型,将由该方法算得的数值解和ANSYS有限元计算结果进行对比,验证了该方法的准确性和精度.其次,针对Voigt模型,重点分析了厚度变化、材料性能梯度参数、各向异性度等对应力场和位移场的影响.提出了针对材料性能和厚度沿径向呈任意梯度变化的圆盘结构弹性分析方法,将为优化功能梯度圆盘的结构和材料参数、有效调整构件应力分布、提高结构安全性,提供强有力的工具;算例分析结果对功能梯度圆盘在复杂条件下的结构安全设计有重要的理论指导意义.     

基于模态综合法的大型结构模型修正技术

基于有限元模型修正理论和模态综合法,改进了子结构试验建模综合方法.在子结构模型修正阶段,应用固定交界面模态综合法,对子结构模型实施减缩,提高子结构模型的计算和修正效率,从而提高了子结构试验建模综合技术整体计算效率.在减缩模型的基础上,推导模型修正设计参数法的计算公式,详细列出此方法的执行步骤,并以某运载火箭模型为算例,结合商业软件ANSYS二次开发,验证了该文方法的有效性.     

模糊随机桁架结构的动力特性双因子分析法

针对模糊随机桁架结构的动力特性分析,提出了一种新的模糊随机有限元方法．当结构的物理参数和几何尺寸同时具有模糊随机性时,利用模糊因子法和随机因子法建立了结构刚度矩阵和质量矩阵;从结构振动的Rayleigh商表达式出发,利用区间运算推导出结构动力特性模糊随机变量的计算表达式;之后利用随机变量的矩法和代数综合法,推导出结构特征值的数字特征的计算式．通过算例分析了模糊随机桁架结构参数的模糊随机性对其动力特性的影响．该方法的优点是能准确反映结构某一参数的模糊随机性对结构特征值及其数字特征的影响．     

求解场问题的一种新算法

基于文（１）（２），本文给出了一种计算场问题的新算法－拓扑有限元Ｇｉｖｅｎｓ算法，该方法利用了拓扑有限元的特性及快速Ｇｉｖｅｎｓ变换。算例结果与实验吻合很好。     

二重数值积分公式的高精度对偶公式及其应用

给出了计算二重积分的Simpson公式与两点高斯公式的对偶公式的构造过程,得到与之对应的高精度对偶修正解,提高了二重数值积分公式的计算精度,同时给出了二重积分的一种估值方法.最后,应用于几个典型的数值算例,计算结果表明：对偶修正解比对应的数值积分公式及其对偶公式的解有更高的计算精度和更快的收敛速度.     

基于参数化水平集法的材料非线性子结构拓扑优化

针对利用传统水平集法进行非线性结构拓扑优化计算过程复杂及计算效率低等问题,将参数化水平集方法引入材料非线性结构拓扑优化中。通过全局径向基函数插值初始水平集函数,建立了以插值系数为设计变量、结构的应变能最小为目标函数、材料用量为约束条件的材料非线性结构拓扑优化模型,利用有限元分析对材料非线性结构建立平衡方程,并用迭代法求解。同时,采用子结构法划分设计区域为若干个子区域,将全自由度平衡方程的求解分解为缩减的平衡方程和多个子结构内部位移的求解,减小了计算成本。算例表明,这种处理非线性关系的方法可以在保证数值稳定的同时提高计算效率,得到边界清晰、结构合理的拓扑优化构形。     

基于LiToSim平台的疲劳寿命评估LtsFatigue软件开发及应用

针对结构的疲劳问题,考虑随机载荷作用,在自主开发的LiToSim平台基础上,嵌入结构疲劳分析数值计算程序。基于LiToSim平台开发LtsFatigue疲劳软件,运用时域疲劳算法,通过雨流计数法对应力时程曲线处理并计算结构疲劳寿命;引入频域疲劳算法,基于应力响应功率谱根据应力循环分布估算疲劳寿命;通过齿轮算例进行疲劳分析,与商业软件对比,验证了LtsFatigue定制化疲劳软件时域法、频域法的计算精度,同时,频域算法有效提高了计算效率,凸显了LtsFatigue软件的优势。基于LiToSim平台的LtsFatigue定制化疲劳软件开发,对大型复杂结构的疲劳仿真具有重要的应用价值。     

统计能量分析中参数不确定性分析

统计能量分析方法是计算结构高频振动噪声的有效方法之一，内损耗因子和耦合损耗因子是其中重要的参数但不易测量，测量误差通常比较大，导致计算得到的子系统振动能量和真实值之间存在偏差.为解决上述问题，该文采用了4种不同的区间分析方法:区间矩阵摄动法、基于区间变量特性法、仿射算法和仿射逆矩阵法，从理论上计算了统计能量分析子系统的振动能量区间，该区间结果充分考虑了内损耗因子和耦合损耗因子的测量误差对计算结果的影响，对传统的统计能量分析理论进行了完善.然后，通过算例比较了每种方法所求子系统总能量区间的优劣.     

无额外自由度广义有限元的近不可压弹-塑性分析

研究了常规有限元方法在近不可压弹-塑性分析中的体积自锁问题,并在广义有限元框架下引入无额外自由度的强化函数对此问题进行了改进.一方面,插值函数在引入强化函数后获得了更加丰富的近似空间,提高了在体积近似不变约束下正确反映结构变形的能力;另一方面,强化函数的建立不依赖额外自由度,从而消除了传统广义有限元方法中的线性相关性问题.分析并验证了常规有限元在线弹性、超弹性和塑性分析中的体积自锁问题具有不同的触发条件和表现形式.3个典型的数值算例表明,无额外自由广义有限元能有效地缓解体积自锁并得到准确合理的计算结果.     

具有对数势能的Cahn-Hilliard方程的有限元算法

本文我们提出了具有对数势能的Cahn-Hilliard方程,在空间上采用混合有限元方法进行离散,时间上采用Crank-Nicolson格式.运用正则性,将对数势能函数F(u)的定义域的范围由(?1,1)扩展到(?∞,∞).证明该方法是能量耗散的,并计算误差估计,最后通过数值算例对理论部分进行验证.结果表明,理论与数值算例相一致.     

人体胫骨骨裂三型耦合裂纹数值模拟研究

采用断裂力学的最大周向应力理论对人体胫骨复合型裂纹进行分析,建立Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型耦合裂纹数学模型,提出一种计算裂纹开始扩展临界状态时所对应的位移和应力的有限元计算方法,对三型耦合裂纹位移进行仿真分析.研究工作对加强骨病探伤,提高裂纹检测技术水平,及时发现裂纹失稳及扩展情况,尽量减少裂纹对骨结构的破坏,有积极推动作用;对解决我国骨结构非线性断裂问题具有重要的理论指导意义和实际应用价值.     

定常Navier-Stokes方程基于完全重叠型区域分解的并行稳定化有限元方法

基于完全重叠型区域分解技巧,针对低阶P_1-P_1有限元,本文提出求解二维定常不可压缩Navier-Stokes方程的并行稳定化有限元方法,其稳定项是基于两局部Gauss积分的压力投影.该方法的基本思想是,使用一局部加密的多尺度网格计算给定子区域上的局部稳定化有限元解.理论分析上借助有限元解的局部先验误差估计,推导出并行稳定化方法所得速度和压力解的误差界.选取适当的算法参数比例,该方法能取得与标准稳定化有限元方法相同的收敛阶,同时减少大量的计算时间.最后给出两类数值算例验证并行稳定化方法的高效性.     

集中弯矩作用下箱梁剪力滞效应的解析解

以承受集中弯矩的简支梁结构为对象,基于能量变分法,获得了剪力滞效应计算的解析解通式.分别对仅跨内承受集中弯矩和单侧梁端承受集中弯矩简支梁,以及两侧梁端承受相反弯矩的纯弯梁,提出了剪力滞效应计算的理论公式,揭示了该类型结构的剪力滞规律.通过简支箱梁算例,研究了3种集中弯矩工况下的剪力滞效应,并和有限元板壳数值解进行对比分析.研究表明,该解析方法可以有效计算简支梁承受集中弯矩时的剪力滞效应.简支梁在集中弯矩作用部位存在较为突出的剪力滞效应.     

结构可靠性分析的支持向量机方法

针对结构可靠性分析中功能函数不能显式表达的问题,将支持向量机方法引入到结构可靠性分析中．支持向量机是一种实现了结构风险最小化原则的分类技术,它具有出色的小样本学习性能和良好的泛化性能,因此提出了两种基于支持向量机的结构可靠性分析方法．与传统的响应面法和神经网络法相比,支持向量机可靠性分析方法的显著特点是在小样本下高精度地逼近函数,并且可以避免维数灾难．算例结果也充分表明支持向量机方法可以在抽样范围内很好地逼近真实的功能函数,减少隐式功能函数分析（通常是有限元分析）的次数,具有一定的工程实用价值．