TL法和UL法对刚架弹性大位移分析的适用性

本文分别基于Total Lagrange(TL)和Updated Lagrange(UL)描述分别导出了适用于刚架问题几何非线性分析的有限元公式系统,并研制了相应的计算程序,文中从量化的角度讨论了上述两种列式方法在通常情况下的适用性,并研究了诸如有限单元划分、杆件中轴向力的大小以及采用通常积分方法或积分平均化方法时等多种因素对于有限单元TL法和UL法适用性方面的影响,本文得出了一些相对量化的结论,对于非线性有限元方法的实际工程应用具有一定的指导意义。     

薄板几何非线性弯曲分析的深度能量法

发展了一种增量形式的深度能量法求解薄板几何非线性弯曲问题。根据最小势能原理和Von-Karman非线性理论,构建以薄板势能为驱动的增量式深度神经网络模型。首先用网格离散薄板求解域,通过Python读取网格数据计算Hammer积分点,并以此作为训练集代入网络模型预测板的弯曲位移,再将荷载分成一系列的荷载增量,每个增量步中计算薄板势能作为神经网络的损失函数,以最小化势能为目标,结合Adam优化算法更新网络模型参数,待势能取驻值后再继续下一个荷载步的计算。本文求解了不同形状、不同边界条件下薄板的几何非线性弯曲问题,并将计算结果与文献解或有限元Abaqus解进行对比,研究表明,本文方法在求解薄板的几何非线性弯曲问题上具备有效性和准确性,且增量式的神经网络模型能够减小计算内存,有效提高计算效率和模型的稳定性。     

杆系结构的几何非线性分析──Ⅰ．平面问题

本文以三维连续体的虚功增量方程为基础,采用平动、转角位移分别插值的方法,导出了梁结构大位移、大转动问题内力分析的ＵＬ法。本文考虑了轴向、剪切和弯曲效应,提出了新的几何刚度矩阵。算例表明,依本文方法编制的程序具有分析结构强几何非线性行为的能力;在满足本文位移假定（即每次加载增量中转角增量是小量）的条件下,可以描述任意大角度的刚体转动。     

折叠结构几何非线性分析

本文提出了一种推导折叠结构宏单元刚度矩阵的新方法,即在所假设普通单元位移模式的基础上直接引入位移约束条件,得到宏单元的形函数矩阵,进而给出宏单元的力与位移间关系.利用该思路,文中简捷地推导出剪式单元三节点梁大位移小变形的几何非线性切线刚度矩阵,并给出了线性刚度矩阵的显式.算例表明,分析折叠结构承载能力和自稳定结构的展开或收纳过程,考虑几何非线性的影响是必要的.     

杆系结构的几何非线性分析──Ⅱ．三维问题

以三维连续体的虚功增量方程为基础,采用平动、转角位移分别插值的方法,导出了空间Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁大位移、大转动问题内力分析的ＵＬ法（ＵｐｄａｔｅｄＬａｇｒａｎｇｉａｉ１Ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ）。本文考虑了轴向、剪切、弯曲和扭转效应,提出了新的几何刚度矩阵,并建立了描述大转动规律的坐标转换矩阵。算例表明,依本文方法编制的程序具有分析结构强几何非线性行为的能力;在满足本文假定（即每次加载增量中转角增量是小量）的条件下,可以描述任意大角度的刚体转动。     

几何非线性混合应变元的构造及应用

本文基于由文献〔１〕导出的几何非线性混合应变元一般公式，构造了三个八节点六面体几何非线性混合应变元和Ｓｉｍｏ－Ｒｉｆａｉ的二维四边形线性应变元的几何非线性混合应变元。数值结果表明，所构造的二维及三维几何非线性混合应变元具有理想的性能。它们通过分片试验，且没有虚假剪切现象和不可压缩材料的自锁。同时，它们对歪扭网格不敏感，在利用粗疏网格离散时对线性和非线性（几何和材料）问题具有很高的精度。     

考虑几何非线性的复合材料机翼气动弹性分析

本文研究结构几何非线性与气动力非平面效应对大展弦比复合材料机翼的气动弹性行为的影响．将非线性有限元法与曲面涡格法结合,计算机翼静气动弹性变形;通过曲面偶极子格网法结合静气动弹性平衡位置处的结构切线刚度,建立气动弹性方程并求解得到机翼颤振速度．针对板模型机翼,分析了迎角对机翼几何非线性气动弹性特性的影响．结果表明：本文复合材料板模型机翼的颤振形式不受水平弯曲模态影响,属于经典弯扭颤振;在几何非线性的影响下,机翼扭转频率随结构变形增大而明显减小,颤振速度随迎角增大而减小．     

大转动梁的几何非线性分析讨论

本文借助Ｌａｇｒａｎｇｅ（Ｔ．Ｌ．）法、修正的Ｌａｇｒａｎｇｅ（Ｕ．Ｌ．）法及带有动坐标的迭代法求解梁的几何非线性问题，说明了各自的特点，澄清了若干基本概念，指出动坐标方法实质上就是Ｕ．Ｌ．法，它适合于分析具有大转动梁的问题，并可方便地推广到大转动的板壳问题，同时指出对于几何非线性问题，可以不必区分Ｃａｕｃｈｙ应力和Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ应力。     

基于能量优化的桁架几何非线性问题力密度法

力密度法最初是求解膜结构找形问题的方法,经发展可用于计算桁架结构的几何非线性问题。本文应用力密度法建立结构变形后的非线性平衡方程及相应的雅可比矩阵,用于迭代求解;从能量原理出发,推导出杆单元应变能、外荷载势能、结构总势能在每次迭代位移方向上关于步长λ的显式列式。相对于固定步长的牛顿法,本文将最优迭代步长λ引入求解,使结构在每次迭代位移方向上均达到总势能最小。经桁架算例验证,表明该方法可加快计算收敛进程。     

基面力概念在几何非线性余能有限元中的应用

以基面力为基本未知量描述一个弹性系统的应力状态并表征单元的余能,将大变形的余能分解为变形余能部分和转动余能部分,采用Lagrange乘子法放松单元的平衡方程,利用已有的弹性大变形余能原理建立了一种几何非线性显式有限元模型,编制了相应的几何非线性余能原理有限元程序. 数值算例表明:该方法具有较好的收敛性和计算精度,可进行大载荷步的大位移、大转动计算.      

Karman型正交异性矩形薄板非线性弯曲的统一求解方法

本文对Karman型四边支承正交异性薄板在5种不同边界条件下的几何非线性弯曲进行了统一分析。所设的位移函数均为梁振动函数。它们精确地满足边界条件，利用Galerkin方法和位移函数的正交属性，转换控制方程为非线性代数方程。用“稳定化双共轭梯度法”求解稀疏矩阵线性方程组以及“可调节参数的修正迭代法”求解非线性代数方程组，最后给出了相应的数值结果。     

A MESHLESS LOCAL PETROV-GALERKIN METHOD FOR GEOMETRICALLY NONLINEAR PROBLEMS

Nonlinear formulations of the meshless local Petrov-Galerkin （MLPG） method are presented for geometrically nonlinear problems. The method requires no mesh in computation and therefore avoids mesh distortion difficulties in the large deformation analysis. The essential boundary conditions in the present formulation axe imposed by a penalty method. An incremental and iterative solution procedure is used to solve geometrically nonlinear problems. Several examples are presented to demonstrate the effectiveness of the method in geometrically nonlinear problems analysis. Numerical results show that the MLPG method is an effective one and that the values of the unknown variable are quite accurate.     

多自由度柔性结构非线性随机振动响应分析方法

随机等效线性化方法是多自由度结构非线性随机振动分析的有效方法,然而柔性结构隐式的系统方程限制了该方法的应用.本文首先提出了把多自由度柔性结构隐式系统方程显式化的等效非线性系统建立方法,该方法结合模态分析,将系统几何非线性作用等效为模态坐标的高次多项式组合,把多自由度物理系统转化为容易求解的模态系统;在此基础上运用随机等效线性化技术建立柔性结构非线性随机振动响应分析方法.该方法通过引入虚拟激励原理,大幅提高了计算效率,使对多自由柔性结构的非线性随机振动响应分析成为可能.通过算例分析,本文分析结果和精确解与数值模拟解的比较结果表明,本文方法具有较好的计算精度和较高的计算效率,能够应用于实际柔性工程结构的随机振动响应分析.     

Free vibrations of flexible shallow shells of complex shape

A method is proposed for studying the free vibrations of flexible shallow shells with a complex planform. The method is based on variational and R-function methods. The R-function method allows constructing a system of basis functions in an analytic form. This makes it possible to reduce the Donnell-Mushtari-Vlasov equations to Duffing equations. The amplitude-frequency characteristics of shallow shells with a complex planform are given for different curvatures and boundary conditions. The results obtained are compared with published results for simply supported square shells to demonstrate the reliability and efficiency of the method __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 43, No. 4, pp. 99–109, April 2007.     

薄膜结构的几何非线性分析

使用动力松弛法对薄膜结构进行静载分析，并提出一种方法处理皱折单元以确保荷载分析的可靠性。薄膜结构如果在某膜单元的单向应力方向发生皱折，其单元本身仍然能够继续承受荷载，因此提出索松弛单元和膜皱折单元处理薄膜的索松弛和膜皱折问题。就索网结构和薄膜结构分类给出算例进行静载分析，算例表明本文的方法可以有效处理索松弛单元和膜皱折单元，确保荷载分析的准确性。     

Global analysis of secondary bifurcation of an elastic bar

In a three dimensional framework of finite deformation configurations, this paper investigates the secondary bifurcation of a uniform, isotropic and linearly elastic bar under compression in a large range of parameters. The governing differential equations and finite dimensional equations of this problem are discussed. It is found that, for a bar with two ends hinged, usually many secondary bifurcation points appear on the primary branches which correspond to the maximum bending stiffness. Results are shown on parameter charts. Secondary modes and branches are also calculated with numerical methods. The project supported in part by the National Natural Science Foundation of China     

Nonlinear vibration analysis of viscoelastic plates based on a refined Timoshenko theory

Nonlinear vibrations of viscoelastic orthotropic and isotropic shells are mathematically modeled using a geometrically nonlinear Timoshenko theory. Nonlinear problems are solved by using the Bubnov-Galerkin method and a numerical method based on quadrature formulas. Results obtained from different theories are compared and analyzed. For each problem, the Bubnov-Galerkin method is tested for convergence. The influence of the viscoelasticity and inhomogeneity of materials on the vibrations of plates is demonstrated __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 42, No. 5, pp. 120–131, May 2006.     

高层建筑中空玻璃幕墙的结构分析

运用正交各向异性大挠度板的非线性理论,讨论了高层建筑中空幕墙玻璃结构的力学计算问题.根据实际的变形状态导出了相应的控制方程;探讨了中空玻璃幕墙的主刚度和折算刚度的计算;研究了中空玻璃在自重、风荷载、地震作用力及温度变化情况下的内力和变形的计算方法.所给出的算例与文献[3]吻合较好.     

一种几何大变形下的非线性气动弹性求解方法

非线性气动弹性的时域求解中, 涉及到非线性的流体动力学(CFD)和非线性的结构动力学(CSD)耦合问题. 基于Co-rotational理论, 推导了三维壳单元几何非线性下的切线刚阵和内力公式, 针对推进过程中的能量守恒, 引入预估-校正推进格式, 发展了一种近似能量守恒的非线性动态响应算法; 基于1/2时间步的交错耦合格式, 结合带有几何守恒律的双时间推进求解雷诺平均N-S方程的求解器, 发展了非线性气动弹性求解的高精度耦合格式. 通过结构几何大变形下的静力和动力分析验证了所发展的结构非线性求解器, 并通过AGARD445.6机翼的非线性气动弹性响应分析, 说明了所发展耦合求解方法的实用性.