多孔材料孔隙尺寸对渗透系数影响的数值模拟

采用有限元方法数值模拟了多孔材料的孔隙尺寸与等效渗透系数之间的非线性关系.有限元模型中的固体骨架和孔隙根据孔隙率的大小随机生成,模型中的材料参数和单元属性用ANSYS中的APDL参数化语言赋值.根据有限元随机模拟断面的流量分布和稳态渗流问题的达西定律,计算在不同孔隙尺寸的等效渗透系数,研究等效渗透系数与孔隙尺寸之间的关系.计算结果表明,在孔隙率不变的情况下,等效渗透系数与孔隙尺寸的平方成正比,该结论与经验公式相一致.而孔隙尺寸不变的条件下,随着孔隙率的增加等效渗透系数近似呈线性增加.     

腰椎力学分析的数值模拟与实验研究

采用数值模拟和实验测试技术对两种不同内固定法的腰椎模型进行应力和变形分析,基于CT图像建立L4-S1的三维数值模型,经ANSYS计算分析得出五种工况下的终板应力值;在实验中采用了一种薄膜压力测试传感器结合图像处理的方法,提高测试椎间盘压力分布的精度;同时采用数字图像相关技术对腰椎骨上下关节突在承载情况下的空间位移进行了测量,获得了腰椎间盘（L3-L4）在承受轴压、前屈后伸和侧弯情况下的压力分布,以及对应的关节突的位移迹线。结果表明：本研究采用的数值分析技术和实验开发的测试技术可操作性强,精度满足要求,有望在类似的生物力学分析中得到应用。     

大型空间结构的热-动力学耦合问题及其有限元分析

论文对辐射换热条件下闭口薄壁杆件与单枝开口薄壁杆件的瞬态温度场问题,提出了一种一维傅立叶温度有限元,克服了传统一维温度单元只能计算薄壁杆截面平均温度的缺点,通过增加结点摄动温度自由度的方法,该一维单元能计算杆截面的温度分布.在此一维温度单元与梁位移单元相协调的基础上,进一步发展了大型空间结构热诱发振动稳定性判据与热颤振响应有限元计算方法.对于柔性空间结构发展了考虑几何非线性的热-结构动力学耦合有限元计算方法,成功地对这类结构的热动力屈曲问题进行了数值模拟.     

模态分析和有限元分析相结合识别材料结构刚度

本文论述了利用模态分析和有限元分析相结合来识别复合材料板的刚度系数的方法。该方法取决于（１）正确的有限元模型；（２）可靠的实验模态分析数据和正确的相关准则；（３）快速而又稳妥的估算方法，该方法对有限元模型动力修正也是有用的     

固体非傅立叶温度场的时域间断Galerkin有限元法

运用时域间断Galerkin有限元法[1],对高频非傅立叶热波动问题[2-3]进行分析。其主要特点是:取温度及温度的时间导数为基本未知量,对其分别进行3次Hermite插值和线性插值。在保证节点温度自动保持连续的基础上,温度的时间导数在离散时域存在间断。数值结果表明所提出的方法能够滤掉虚假的数值震荡,能够良好地模拟固体中的非傅立叶热波动行为。     

聚醚醚酮基复合材料的热性质和物理性质预测及其摩擦销三维温度场的数值模拟

通过研究填料含量对聚醚醚酮(PEEK)基复合材料密度、比热和导热系数等热学和物性参数影响的规律,提出了三相PEEK基复合材料热学和物理性质的计算模型;以销/盘摩擦副作为研究对象,采用有限元分析法计算模拟了复合材料摩擦销的温度分布,给出了销的三维稳态和瞬态温度场,并讨论了填料含量对摩擦销端面温升的影响规律.结果表明,计算结果与试验结果吻合较好.     

基于热弹流润滑的双渐开线齿轮温度场研究

针对现有双渐开线齿轮温度场计算模型不考虑油膜润滑影响的问题,根据双渐开线齿轮啮合特点,提出采用“分段法”建立适合双渐开线齿轮的热弹流润滑模型,综合有限元法和热弹流润滑方法对其本体温度进行研究,并以润滑油膜为热源对其瞬时温升进行研究,最后分析了齿腰分阶参数对双渐开线齿轮温度场影响以及与普通渐开线齿轮温度场差异. 结果表明:双渐开线齿轮本体温度沿齿宽方向呈非对称分布,主动轮最高本体温度偏向齿根啮入端,从动轮偏向齿顶啮出端;啮合齿面间的油膜瞬时温升明显高于两齿轮界面温升,且主动轮界面瞬时温升高于从动轮;齿腰分阶参数变化对双渐开线齿轮温度场影响较小;双渐开线齿轮与普通渐开线齿轮的本体温度及齿面瞬时温升区别不大.      

属性与温度相关材料的广义热弹性问题有限元分析

计及材料特性与温度的相关性,基于Lord和Shulman(L-S)广义热弹性理论,建立了此类问题的有限元控制方程. 由于材料属性的温度相关性,温度控制方程具有非线性,积分变换求解方法难以采用,因而将有限元方程直接在时间域求解. 利用所建立方法研究了材料特性与温度相关、带有孔洞的无限大体在热冲击和机械冲击作用下的广义热弹性问题. 分析表明,在时间域直接求解材料属性与温度相关的广义热弹性问题是可行的,所得结果具有很高的精度,热的波动性得到充分的展现. 同时发现,热冲击载荷作用时,材料属性与温度的相关性对结构的机械响应影响显著,对温度响应影响很小;机械载荷作用时,材料参数与温度的相关性对所有响应影响都很小. 因此,研究热冲击载荷作用的机械响应时,必须考虑材料属性的温度相关性,而研究温度响应时,无论何种冲击载荷,都可以不考虑材料属性的温度相关性.      

磁悬浮飞轮转子组件温度场分析与研究

磁悬浮飞轮作为一种航天器的姿态控制执行机构当其工作在高真空环境下时，散热条件差，系统温度过高，导致转子组件热膨胀，产生热应力或改变磁轴承及电机的间隙，则会降低系统的可靠性。利用有限元软件ANSYS对一种磁悬浮飞轮系统的转子组件进行了温度场仿真，考虑了传导及辐射的传热方式，得到了飞轮转子组件的温度场分布，并且分析了组件材料属性对温度场分布的影响，最后对飞轮系统的强化传热进行了研究。分析所得温度值与实验测值相符，为磁悬浮飞轮系统的热设计及总体结构设计提供了重要依据。     

材料三维微结构表征及其晶体塑性有限元模拟

材料的力学性能,尤其是在有限变形下所呈现的宏观各向异性,是材料结构设计和服役寿命考虑的关键因素。由于宏观模型不能较好地反映材料微观结构（晶粒的形貌和取向等）对宏观塑性各向异性的影响,因此,本文建立了能实际反映晶粒形貌的三维Voronoi模型,并基于晶体塑性理论对铝合金在有限变形下的响应进行计算。首先,建立反映材料微结构的代表性体积单元RVE模型进行计算,并与实验结果进行对比验证。然后,以单向拉伸为例,分析了有限变形过程中试件的晶粒形貌和取向分布等微观因素对宏观各向异性演化的影响,并从材料和结构两个层面讨论了微观结构对宏观力学性能的影响。结果表明,本文模型能够反映微观结构对宏观力学性能的影响,为实际生产制造领域构件的力学性能提供可靠的预测。     

非均质材料热传导问题的扩展有限元法

针对非均质材料,提出了以导热系数为基本参数的热传导扩展有限元法。划分网格时不需要考虑材料界面的存在,因此网格的形成可以大大地简化,且可以获得高质量的网格。不含材料界面的单元,其温度场函数将退化为常规有限元的函数。含材料界面的单元,采用基于水平集的加强函数加强常规温度的近似,加强函数用于模拟界面。数值算例结果体现了该方法...     

Analytic upper-bound estimates for the critical loads of perfect ribbed shells

A new approximate approach is proposed to find upper-bound estimates for the critical loads of ribbed shells. Seventeen cases are considered, and the minimum critical load parameter is determined __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 41, No. 12, pp. 74–83, December 2005.     

Simulation of size effects by a phase field model for fracture

In phase field fracture models the value of the order parameter distinguishes between broken and undamaged material. At crack faces the order parameter interpolates smoothly between these two states of the material, which can be regarded as phases. The crack evolution follows implicitly from the time integration of an evolution equation of the order parameter, which is coupled to the mechanical field equations. Among other phenomena phase field fracture models are able to reproduce crack nucleation in initially sound materials. For a 1D setting it has been shown that crack nucleation is triggered by the loss of stability of the unfractured, spatially homogeneous solution, and that the stability point depends on the size of the considered structure. This work numerically investigates to which extend size effects are reproduced by the 2D phase field model. Exemplarily, a finite element study of the hole size effect is performed and the simulation results are compared to experimental data.     

Heat transfer during melting in rectangular enclosures—a finite element analysis

This paper is devoted to the finite element analysis of heat transfer during melting in rectangular enclosures. The effects of aspect ratio and subcooling on the motion of the interface and the Nusselt number have been investigated. The different schemes employed in the present work throw useful light on the choice of the appropriate method for dealing with such phase change problems.     

AN IMPROVED ARC-LENGTH METHOD AND APPLICATION IN THE POST-BUCKLING ANALYSIS FOR COMPOSITE STRUCTURES

Based on the conventional arc- length method, an improved arc- length method with high-efficiency is proposed. The weighted modifications with respect to the variation of structural stiffness and extra-interpolation modification by using the information of known equilibrium points are introduced to improve the incremental arc- length . An approximate expansion method for the accumulated and expected arc-length is used to ensure the convergence at given load levels in large range of applications. Numerical results show that the improved arc-length method has well adaptability and higher efficiency in the post-buckling analysis of plates and sheik structures for tracing whole load-deflection path and obtaining the convergence values at any specified load levels.     

惯性平台热场分析及热设计的改进

通过对某型惯性平台的热场进行有限元分析，确定了在原设计温度控制点控制范围内该型惯性平台的环境温度适应能力。利用传热学理论，对平台中的强化换热进行了简单的理论分析及计算并提出了改进方案，以期对该型惯性平台环境温度适应性的提高奠定基础。     

翼型跨音速流动计算和外形设计的变域变分有限元方法

在气体动力学问题研究中经常会碰到诸如激波、翼型设计等未知界面问题。未知界面的存在为该类问题的理论分析和数值求解带来了很大困难。刘高联针对未知界面问题发展了一种变域变分有限元方法,该方法将未知界面看作是一个变化区域的边界,采用变域变分将未知界面结合在变分泛函中,使其与求解流场的控制方程结合起来,从而将未知界面的求解和流场的求解完全耦合进行,因而是一种处理未知界面的独特工具,极适合于气动外形的设计求解。本文运用变域变分有限元方法对翼型跨音速流动正、反命题进行了数值研究。由于在跨音速翼型绕流中存在激波,所以为了得到压缩激波解,采用了“人工密度”办法。几个算例均得到了满意的计算结果和设计结果,证明了本文方法的有效性和优越性。     

有限元分析课程引入问题式学习(PBL)教学探索

在分析传统教学与问题式学习PBL(problem-basedlearning)教学各自利弊的基础上, 将PBL教学法引入工科研究生有限元分析课程教学. 通过改革课程体系和创新评价体系, 整合知识结构, 进行问题设计, 分步具体实施. 优化了教学内容, 加强了研究生自学能力及科学研究能力的培养, 激发了学生的想象力和创造力. 同时,对教学内容与课时数的矛盾, 理论教学和工程应用的矛盾以及有限师资和众多学生的矛盾等PBL教学中难点问题的处理, 作了初步的探索.     

Plotting isoclinics for hybrid photoelasticity and finite element analysis

Displacement-based finite element method formulations are coupled with stress-based photoelasticity analysis. As the stress field is discontinuous at the interelement boundaries, the introduced smoothing procedure enables the generation of high-quality digital images acceptable for hybird experimental-numerical techniques. The proposed methods are applicable for the analysis of static and dynamic results of experimental photoelasticity.