复合材料圆筒自由边效应的有限元分析

本文分析复合材料圆筒在内压作用下的自由边效应，讨论圆筒的叠层顺序对自由边应力的影响，预报最易发生边界脱层的界面．有限元分析结果表明：层间剪切破坏是该结构发生边界失效的主要原因，不同的叠层顺序可较大地影响自由边层间剪切应力，而大变形情况下线性有限元分析结果与非线性有限元数据相差较大，几何非线性的影响不容忽视．     

MATLAB在有限元教学中的应用与实践

 利用MATLAB在有限元教学中进行公式推导和程序编写, 可极大地降低学生掌握有限元理论和进行程序设计的难度, 从而提高学习兴趣和效率. 另外, 利用MATLAB强大的图形处理功能, 也可方便地进行有限元分析的后处理, 增加学生对计算结果的感性认识, 提高教学效果. 经过几年的教学实践, 发现学生经过本课程后, 均具有独立使用MATLAB进行有限元程序设计的能力.     

圆柱壳的非线性有限元分析及其并行求解

采取16节点曲线边等参元对圆柱壳的几何非线性进行有限元分析. 分析考虑了完全非线性运动关系以便预测在非线性区域的稳定平衡路径. 建立了基于广义非线性位移的有限元公式. 提出了基于全Lagrangian格式的非线性有限元分析的并行计算策略. 在集群环境下, 对圆柱壳的几何非线性分析进行了并行计算. 计算结果表明: 在集群环境下,所提并行算法具有良好的加速比和效率.     

滑轮绳索系统中动态节点绳索单元

解除了传统有限元方法中单元节点与物质点固结的假设, 建立了空间点的速度和加速度与相应物质点的速度和加速度之间的数学关系, 强调了虚功率原理中出现的速度和加速度皆为物质速度和物质加速度. 在此基础上构造了单元节点既不与空间坐标固定也不与物质坐标固定的动态节点绳索单元. 根据滑轮绳索系统的特点, 选取绳索出入绳点的弧长坐标、出入绳角、面外摆角以及拉伸应变等空间参数描述了滑轮绳索系统的运动. 将绳索与滑轮以及绳索与卷筒之间的相互作用合理简化为物质速度间的约束条件, 避免了传统方法中接触力计算不收敛、效率低等缺点. 所提方法可精细求解绳索与滑轮间接触边界点位置和卷筒入绳点在卷筒上的运动、滑轮的中心和其连体基的运动、绳索出入滑轮和卷筒时空间方位的变化以及绳索上任意点的拉力变化等细节. 可为含绳索机械系统的力学分析提供新的理论基础. 所用的解除单元节点与物质点绑定的理论具有一定的普适性, 可为有限元方法的理论和应用提供参考.      

滑轮绳索系统中动态节点绳索单元

解除了传统有限元方法中单元节点与物质点固结的假设, 建立了空间点的速度和加速度与相应物质点的速度和加速度之间的数学关系, 强调了虚功率原理中出现的速度和加速度皆为物质速度和物质加速度. 在此基础上构造了单元节点既不与空间坐标固定也不与物质坐标固定的动态节点绳索单元. 根据滑轮绳索系统的特点, 选取绳索出入绳点的弧长坐标、出入绳角、面外摆角以及拉伸应变等空间参数描述了滑轮绳索系统的运动. 将绳索与滑轮以及绳索与卷筒之间的相互作用合理简化为物质速度间的约束条件, 避免了传统方法中接触力计算不收敛、效率低等缺点. 所提方法可精细求解绳索与滑轮间接触边界点位置和卷筒入绳点在卷筒上的运动、滑轮的中心和其连体基的运动、绳索出入滑轮和卷筒时空间方位的变化以及绳索上任意点的拉力变化等细节. 可为含绳索机械系统的力学分析提供新的理论基础. 所用的解除单元节点与物质点绑定的理论具有一定的普适性, 可为有限元方法的理论和应用提供参考.     

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.     

有限单元质量质心集中方法的探讨

提出利用单元质量质心集中方法来优化单元惯性效应表征、改善单元力学效应匹配的思想: 将单元质量质心集中能够建立精确描述单元质点系惯性效应的动力学方程, 进而达到优化单元惯性效应表征以及改善单元惯性和变形两种力学效应匹配的目的. 本文通过一维问题的频散效应分析等对该方法的有效性进行了详细的分析和验证.     

有限元畸变单元离散模型中的SH波动

本文采用晶格动力学分析方法,研究了有限元畸变单元离散模型中的SH波的传播规律。结果表明单元畸变对波动规律影响显著,当单元畸变较小时,单元畸变对波动传播并不产生明显的不利影响,当单元畸变较大时,这一影响不可忽略。通过详细分析和对比集中质量、混合质量和一致质量模型中的波动规律,评价了不同有限元模型的抗畸变能力。文中还讨论了时域离散化与单元畸变联合作用对波动传播的影响。     

多体系统动力学的高斯拘束分析方法

为研究高斯拘束原理下多体系统的动力学分析问题, 针对一类多体开环链状结构, 运用高斯拘束方法建立了动力学方程, 讨论了动力学方程的符号推导过程, 并给出了封闭形式的动力学方程解析表达式. 以刚性和柔性结构为例, 比较分析了不同分析方法、不同自由度下符号推导多体结构动力学方程的运算时间. 分析结果表明, 高斯拘束方法与传统的拉格朗日方法相比, 更适合于多体结构动力学方程的符号推导, 且结构自由度越高, 其运算优势越明显.高斯拘束方法为一种较好的多体系统动力学分析方法.     

柔性多体系统接触/碰撞动力学的若干关键问题

归纳了柔性多体系统接触/碰撞动力学中的4个关键问题: 接触区域的处理方法、 接触作用的力学模型、 柔性体的运动学描述和约束问题的数值方法. 针对这4个问题, 综述了柔性多体领域和有限元领域的现有方法, 指出了这些方法的优点和不足. 进一步提出了柔性多体系统接触/碰撞问题的发展趋势.     

滑轮在索上滑行分析的索-轮单元法

为了分析索结构中滑轮在悬索上行走及连续长索从滑轮下绕行问题,创建了一种新的单元. 被称为索-滑轮单元的三节点新单元模拟一段索支承滑轮,滑轮的中心取为中间节点,索的两端点为另外两节点. 基于有限元分析的基本原理,并利用处于平衡状态时单元内力之间的关系,推导了单元的算法. 这种新单元可以通过自动调整滑轮两侧索段的长度使单元处于平衡状态,从而简化了计算. 算例证明了新单元的算法及所编制程序的正确性,同时说明了它在工程中的应用. 给出了构成刚度阵的各矩阵的显式表达式. 新单元可以直接用于常规的有限元分析中,分析处于工作状态或施工中的索结构.     

索托桥结构分析的滑移索单元法

为在索托桥的结构分析中精确模拟连续长索的滑动,本文创建了一种新的单元。被称为“滑移索单元”的新单元有三个节点,以点接触的形式模拟索从下方绕过滑轮,它可以通过自动调整两侧索段的长度而使单元处于平衡状态,从而简化了计算。新单元算法的推导基于有限元分析的基本原理和弹性悬链线的解析解,并利用了平衡状态时单元内力之间的关系。本文介绍滑移索单元的推导过程,用设计的算例验证了它的正确性,分析了连续长索的滑移对索托桥桥面竖向变形的影响。新单元可以直接用于常规的有限元分析中,研究处于工作状态或在施工中的索结构。     

预应力钢桁架结构分析中的摩擦滑移索单元

为精确模拟预应力钢桁架中连续长索在支撑点的滑动,本文创建了一种考虑摩擦力影响的新单元。被称为摩擦滑移索单元的新单元有三个节点,中间节点为支撑点。本文首先利用弹性悬链线的解析解,建立了弹性悬链线单元,并推导了单元两端点的张拉刚度。摩擦滑移索单元由两个弹性悬链线单元组合而成,根据支撑点处索的滑动方向、索力差、滑动摩擦力和滑移刚度调整两索段的原长,使支撑点两侧的索力满足给定的摩擦关系。算例验证了新单元算法的正确性和高效性,对设计的预应力钢桁架的分析,显示了张拉过程中及使用荷载作用下新单元在结构分析中的应用。新单元可直接用于常规的有限元分析,研究在工作状态或施工中存在连续长索滑移的索结构。     

一种考虑初始垂度影响的非线性索单元

本文首先运用Mathematic的符号运算功能,通过解偏微分方程给出了不等高单索的显式解析解,然后把该解析解应用于索微元的应变计算中,在此基础上运用虚功原理推导了考虑初始垂度影响的两节点非线性索单元,并给出了索单元的单刚矩阵的具体形式,通过与两节点直线索单元的单刚矩阵的形式的比较,明确了该曲线非线性索单元的修正项,并给出了垂度影响因子的变化曲线.比较直观的给出了垂度对索单元刚度各项的影响程度.该非线性索单元既有多节点索单元精度高的特点,又有节点少,刚度元素较易求解以及有限元列式简洁等特点.本文通过两个数值算例表明,本文的非线性索单元是正确的,也表明了所编制的非线性计算程序是正确和可靠的.     

悬索的变原长计算模式

本文从非线性弹性理论出发,采用泛函内积形式,建立了悬索非线性计算模式。提出了变原长迭代计算的基本思想,就一端固定、另一端张力已知的悬索模型,从Reissner变分理论出发,导出了该模式的非线性有限元的基本方程,使计算量大大减少。     

悬索结构非线性分析的滑移索单元法

本文提出了一种悬索结构存在在滑移单元时的非线性计算方法,利用文献（１）提出的五节点曲线索单元有限元基本方程,建立了滑移单元非线性分析的计算理论、方法及公式,并进行了实例计算,结果表明,本文方法是行之有效的,可供悬索结构设计、施工时参考。     

拉索穹顶结构非线性分析的混合有限元增量法

拉索穹顶结构是由受压桅杆和拉索组成的新型柔性大跨度空间组合结构,几何上表现为极强的非线性特性,计算困难,本文应用有限元法,结合拉索穹顶结构特征,假定拉索和桅杆的受力满足虎克宣定律,建立了可以直接考虑拉索垂度影响的两节点索单元模型,并与两节点直杆单元相结合,基于修正的拉格朗日描述方法和虚功原理建立了拉索穹顶结构非线性分析的混合有限元增量方程。采用荷载增量法与Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ法相结合的求解     

损伤因素对单层平面索网静力性能影响研究：有限元分析与试验验证

运用通用有限元软件ANSYS建立三维有限元模型,对横索与竖索连接节点失效、索预应力损失和锚固端失效这三种损伤因素的不同损伤工况下,单层平面索网结构的受力性能进行了非线性有限元分析,并与相应的试验结果进行了全面对比分析。结果表明：本文的有限元模型能够准确地分析计算上述三种损伤因素对单层平面索网结构受力性能的影响,包括结构...     

斜拉桥架设分析的新算法

斜拉桥各架设几何形态与内力的确定是施行工程控制的重要前提。目前普遍采用的倒拆法数据量大，计算周期长、对大跨度斜拉桥更是如此。本文提出一种斜拉桥架设分析的新算法－－状态比较法。     

降落伞膜索非线性有限元模拟

用膜单元和索单元模拟降落伞织物绳索系统,基于完全拉格朗日格式的非线性有限元方法编程计算降落伞的结构动力学特性。采用增量与迭代混合方法改善非线性计算的收敛特性并结合HHT隐式时间推进方法减小整体迭代计算量。使用修正应力应变张量导数的方法模拟膜单元单向应力状态并针对膜单元和索单元分别进行了非线性有限元计算验证。最后针对C-9型降落伞建立三维有限元模型,根据设定流速对伞衣施加均匀压强载荷,将模拟展开的结果与使用相同模型、不同方法商业软件的文献进行对比,显示了隐式非线性有限元方法模拟降落伞膜索系统大变形动力学的能力。